高標(biāo)號(hào)超大體積混凝土溫控成套技術(shù)

1、高標(biāo)號(hào)超大體積混凝土溫控成套技術(shù)1 工程概況本工程處于近海環(huán)境，白天溫度高、日照強(qiáng)、風(fēng)速大，具有鹽霧腐蝕的特點(diǎn)，某大橋主墩0#塊在盛夏施工，最高溫度38， 0#塊結(jié)構(gòu)尺寸為：長 寬高=13m44.5m6.5m，混凝土方量約2400m3， 混凝土設(shè)計(jì)強(qiáng)度等級(jí)C55。傳統(tǒng)主墩 0#塊采用成熟的分層施工工藝， 分兩次澆筑時(shí)，工期約50 天，因難以滿足節(jié)點(diǎn)工期要求，需采用一次性澆筑施工技術(shù)。大橋主墩0#塊為高標(biāo)號(hào)超大體積混凝土，一次 性澆筑施工時(shí)必須采取系統(tǒng)的抗裂技術(shù)措施防止其開裂，在一般抗裂措施的基礎(chǔ)上， 為保證工程質(zhì)量， 在高標(biāo)號(hào)超大體積混凝土的溫控中采用了液氮冷卻技術(shù)。一般控裂措施防止大體積混凝

2、土開裂的技術(shù)措施有：通過優(yōu)選原材料、 優(yōu)化配合比提高混凝土本身的抗裂性能；對(duì)非薄壁結(jié)構(gòu)大體積混凝土，影響其開裂的主要因素是大體積混凝土的內(nèi)約束作用，通過采取有效的控溫措施，降低主墩0#塊大體積混凝土的內(nèi)表溫差應(yīng)力及表面與外界環(huán)境溫差應(yīng)力。原材料及配合比為降低0#塊高標(biāo)號(hào)超大體積混凝土的水化熱溫升與收縮， 提高混凝土自身的抗裂能力，通過原材料優(yōu)選及混凝土性能調(diào)試，提出優(yōu)化的大體積混凝土配合比。原材料水泥：塔牌P 42.5 低堿水泥， C3A含量 7%，比表面積 380m2/kg，出廠溫度 68；粉煤灰：廈門益材 F 類級(jí)粉煤灰， 45m 方孔篩篩余 11%，需水量比 98%，燒失量 4%；礦渣粉

3、： 廣東國鑫 S95 級(jí)，比表面積 450m2/kg，需水量比 96%，28d 活性指數(shù) 99%；骨料： 潮州鳳山 525mm 碎石，細(xì)度模數(shù)2.8 韓江中砂；減水劑：武漢港灣新材料聚羧酸減水劑；水：自來水。配合比大體積混凝土澆筑后因工期原因需盡早張拉， 對(duì)混凝土前期彈性模量和早期抗壓強(qiáng)度有較高的要求， 通過原材料的優(yōu)選， 使用較低水膠比，雙摻適量的礦物摻合料，經(jīng)過多次優(yōu)化調(diào)試， 0#塊大體積混凝土的最佳配比見表 1。一般控溫措施0#塊高標(biāo)號(hào)超大體積混凝土于 8 月份澆筑施工， 因混凝土連續(xù)澆筑，施工時(shí)環(huán)境溫度為 28 38，澆筑溫度約為 Tp=34.5，混凝土最終絕熱溫升 T=64.5，混凝

4、土內(nèi)部最高溫度為 99，故必須采取系統(tǒng)的控溫防裂措施。制冷水拌合大體積混凝土拌合時(shí)的制冷水， 可采用冷水機(jī)制冷或在蓄水池中投放塊冰的方式來降低拌合水溫度。冷水機(jī)制冷的降溫能力約4，但使用專門的冷水機(jī)制冷相對(duì)成本較高，往蓄水池中投放塊冰 可使現(xiàn)場拌合水溫度降至8左右，降溫能力約為2。制冷水提供的冷量有限，拌合降溫效果不顯著，尚需補(bǔ)充其他降溫措施。碎冰拌合用碎冰代替部分冷卻水， 利用碎冰相變， 可大量提高融解潛熱，碎冰還可以儲(chǔ)存冷量， 其既是降低出機(jī)口溫度，削減高峰負(fù)荷的載冷劑，又是大體積混凝土的組成成分，是較有效、靈活、簡易的冷 卻方式。 1kg 碎冰融化為水，大約需要吸收336kJ 熱量，根據(jù)

5、工程經(jīng)驗(yàn)，每加入10kg 的碎冰可使新拌混凝土降溫1，通常高溫季節(jié)可考慮加冰量 4060kg/m3。原材料溫度控制澆筑溫度高的大體積混凝土的溫升值遠(yuǎn)超過澆筑溫度低的 相同大體積混凝土， 在混凝土拌合過程中， 需嚴(yán)格控制混凝土原材料溫度。水泥等膠凝材料， 通過儲(chǔ)存?zhèn)}轉(zhuǎn)運(yùn)， 延長膠凝材料的降溫時(shí)間， 禁止剛出廠的膠凝材料直接進(jìn)入攪拌站用于生產(chǎn)；骨料既可搭設(shè)遮陽棚進(jìn)行存儲(chǔ)，又可提前1d 采用土工布進(jìn)行覆蓋灑水降溫；拌合用水可在開盤前 4 6h 向蓄水池中投入塊冰， 并保證蓄水池中存有30% 50%容積的塊冰。循環(huán)水管布設(shè)為加快 0#塊大體積混凝土水化熱的擴(kuò)散，在0#塊中共布設(shè) 7 層冷卻水管，每層1

6、 套水管，第一層水管及第七層水管距0#塊上、下頂面的距離均為0.85m，不同層水管的垂直與水平間距均為1.0m，上下層水管對(duì)齊布置。 控制循環(huán)水管進(jìn)出水的溫度， 冷卻水的進(jìn)水溫度以 15 25為宜，入水口與出水口水溫之差 15，冷卻水管降溫效果一般可達(dá) 5左右。頂面噴霧在頂面上按一定間距均勻布置噴頭及連接水管，將淡水霧化后噴灑到混凝土頂面，能降低頂面溫度，提高混凝土頂面濕度，同時(shí) 改善施工操作環(huán)境。 頂面噴霧系統(tǒng)還有利于混凝土的濕養(yǎng)護(hù)，降低局部環(huán)境溫度 4 8，提高混凝土的養(yǎng)護(hù)質(zhì)量?；炷琉B(yǎng)護(hù)在大風(fēng)速近海洋環(huán)境條件下， 混凝土初凝后立即保溫保濕養(yǎng)護(hù)，灑水時(shí)控制表面不出現(xiàn)干濕循環(huán)?；炷羵?cè)面采用

7、透水模板布， 上表面覆蓋塑料薄膜及土工布或采用蓄水養(yǎng)護(hù)。保溫保濕養(yǎng)護(hù)時(shí)間宜不少于 14d，可根據(jù)溫度監(jiān)測結(jié)果進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整，確?；炷羶?nèi)表溫差、表面與外界環(huán)境溫差在控制標(biāo)準(zhǔn)內(nèi)。液氮冷卻技術(shù)墩頂 0#塊高標(biāo)號(hào)超大體積混凝土采用制冷水與碎冰拌合、原材料溫度控制措施后，因運(yùn)輸過程中混凝土升溫約3，現(xiàn)場混凝土澆筑溫度約為32，不滿足水運(yùn)工程大體積混凝土溫度裂縫控 制技術(shù)規(guī)程（JTS202-1-2010）規(guī)定的澆筑溫度不高于30、不低于5的要求。為降低混凝土的最高溫度，減小溫差應(yīng)力，亦應(yīng)降低混凝土的澆筑溫度。國內(nèi)液氮冷卻技術(shù)用于混凝土工程，曾在80 年代末有部分相關(guān)文獻(xiàn)報(bào)道， 其主要用于混凝土原材料的冷卻

8、降溫，但對(duì)液氮利用比較粗放。當(dāng)混凝土運(yùn)輸距離較遠(yuǎn)時(shí)，能耗損失大，對(duì)液氮的利用率 低。近 30 年來，液氮冷卻技術(shù)用于混凝土工程的應(yīng)用案例鮮有報(bào)道。2016 年汪天詳?shù)葘⒁旱鋮s技術(shù)用于塞爾維亞的澤蒙-博爾察大橋， 但液氮仍主要用于混凝土原材料的降溫，特別是對(duì)水泥等膠凝材料的降溫，因此其應(yīng)用仍受到較大的局限。為進(jìn)一步降低混凝土的澆筑溫度，利用液氮冷卻技術(shù)在混凝土澆筑前 510min 直接冷卻罐車中的混凝土拌合物，不僅能降低混凝土的澆筑溫度， 提高液氮冷卻的效率， 還降低了利用液氮冷卻技術(shù)的成本。液氮是不可燃、無色、無臭、無腐蝕性的惰性液體，化學(xué)性 質(zhì)穩(wěn)定，對(duì)混凝土的含氣量、工作性能及周邊環(huán)境無不

9、利影響。在常 壓下，液氮溫度 -196，汽化潛熱5.56kJ/mol，因冷卻溫差大，熱交換時(shí)間短， 基本可以做到 “即冷即降 ”。液氮冷卻系統(tǒng)簡單， 由液氮罐、噴嘴、連接管道組成，對(duì)施工環(huán)境無要求，一人即可操作。0#塊高標(biāo)號(hào)超大體積混凝土采用液氮直接冷卻， 現(xiàn)場液氮冷卻情況如圖 1 所示。在距混凝土澆筑地點(diǎn) 200 300m 處設(shè)置液氮冷卻點(diǎn)，通過特制噴嘴將液氮直接噴入罐車內(nèi)對(duì)混凝土進(jìn)行冷卻， 噴入一半的液氮后開始攪拌， 之后再噴入另一半的液氮。 液氮及其冷卻操作均由廣州廣鋼林德有限公司專業(yè)人員負(fù)責(zé)， 液氮冷卻操作時(shí)壓力維持在 0.40.6MPa，冷卻時(shí)間為 10 15min，經(jīng)現(xiàn)場測試，液氮

10、單位消耗量為 10kg/（ m3），能降低混凝土澆筑溫度約 5。實(shí)施效果經(jīng)過原材料的優(yōu)選和配合比的優(yōu)化設(shè)計(jì)， 0#塊高標(biāo)號(hào)超大體積混凝土的綜合性能較好， 采取一般控裂措施后， 其現(xiàn)場澆筑溫度由34.5降至約 32，進(jìn)一步采取液氮冷卻降溫技術(shù)后， 混凝土的澆筑溫度降至 28及以下，連續(xù)澆筑約 50h 后， 0#塊混凝土順利澆筑完畢。根據(jù)工程實(shí)際及有關(guān)規(guī)范要求，制定了澆筑溫度 28，內(nèi)部最高溫度 75，混凝土最大內(nèi)表溫差 25，表面與外界環(huán)境溫差 20 的溫控標(biāo)準(zhǔn)。采用現(xiàn)場定時(shí)自動(dòng)測溫記錄儀TR-SD 對(duì) 0#塊高標(biāo)號(hào)超大體積混凝土進(jìn)行實(shí)時(shí)溫度監(jiān)控，溫度監(jiān)測結(jié)果如圖2 所示。溫度為 74.8，最大

11、內(nèi)表溫差13.5，帶模養(yǎng)護(hù) 3 天，第 4 天拆模后立即覆蓋灑水養(yǎng)護(hù)，此后最大表面與外界環(huán)境溫差為22， 略超出溫控標(biāo)準(zhǔn)要求。經(jīng)過近一年的觀察，該0#塊高標(biāo)號(hào)超大體積 混凝土基本未出現(xiàn)裂縫， 溫度控制取得了良好的效果， 基本達(dá)到了預(yù)期目標(biāo)。結(jié)論為防止高標(biāo)號(hào)超大體積混凝土出現(xiàn)溫度裂縫，采取了系統(tǒng)的溫控措施，包括原材料優(yōu)選、配合比優(yōu)化設(shè)計(jì)、制冷水拌合、碎冰 拌合、原材料溫度控制、液氮冷卻、埋設(shè)冷卻水管、頂面噴霧、加強(qiáng) 混凝土養(yǎng)護(hù)等一系列超大體積混凝土工程的全過程控制，合理控制了超大體積混凝土的澆筑溫度及養(yǎng)護(hù)過程中的溫度場。液氮直接冷卻混凝土技術(shù)在國內(nèi)橋梁工程中應(yīng)用較少，液氮冷卻系統(tǒng)簡單，占地小，操作簡便