承台大体积混凝土水化热分析及温控措施

承台大体积混凝土水化热分析及温控措施

汤曦

武汉江虹城达建设工程有限公司湖北武汉430200

摘要：大体积混凝土承台在浇筑过程中，水泥的水化作用使混凝土温度迅速上升，释放大量热量，由于混凝土导热性能差，内部热量难以散发，易造成承台内表温差较大、局部拉应力超限、混凝土表面出现温度裂缝现象，从而影响结构的正常使用。承台是连接基础与桥墩的重要受力构件，为保证其施工质量，必须采取相应的施工措施，控制有害裂缝的出现及发展。

关键词：承台；大体积混凝土；水化热；温控措施

1承台大体积混凝土水化热影响因素

1.1水泥的种类、细度及用量

水泥的种类对大体积混凝土的绝热温升有直接影响。不同种类的水泥其矿物组成也不相同，C3A和C3S含量高的水泥早期水化速率较快，水泥水化产生的水化热较多。采用低热硅酸盐水泥可以降低混凝土内部的绝热温升，同时也可以延缓大体积混凝土中心达到最高温度的时间。水泥细度也是影响水泥水化热的重要因素，随着水泥细度的增加，水泥比表面积增大，早期水化速率升高，水化热增加。水泥用量也会影响混凝土内部的绝热温升，水泥用量越多，产生的水化热越多，混凝土内部的绝热温升越高。当混凝土中胶凝材料用量由480kg/m3降低到430kg/m3时，混凝土绝热温升降低3～4℃。

1.2矿物掺合料的种类及用量

混凝土中常用的矿物掺合料有活性掺合料和惰性掺合料。活性掺合料主要有粉煤灰、矿渣粉、硅灰等。粉煤灰经常用于大体积混凝土中，当粉煤灰掺量超过胶凝材料总量的25%时，对混凝土强度和温升有较大的影响，掺30%粉煤灰比不掺粉煤灰时温升降低7℃。混凝土中单掺硅灰时前期加快水泥水化，但降低混凝土总的水化热。采用热导式量热分析法研究了石灰石粉对水化热的影响，掺入石灰石粉的水泥试样水化诱导期和加速期的结束时间均早于不掺石灰石粉试样，说明石灰石粉能够促进水泥的水化，其原因是石灰石粉在水泥水化反应中起晶核作用，诱导水泥的水化产物析晶，加速水泥水化。

1.3水灰比

水灰比对水泥水化温升存在一定的影响。水灰比对水泥水化热的影响不仅与其大小有关，还与水泥水化龄期有关，水化初期低水灰比的砂浆比高水灰比砂浆产生的水化热多，但是随着水化进一步进行，低水灰比砂浆水化热快速降低，而高水灰比砂浆在水化后期有较高的水化热。

1.4外加剂

外加剂主要是通过改变水泥水化速率来影响水泥水化热。减水剂可以提高水泥初期的水化速率，增加第一水化速率峰值，但是对第二水化速率峰值有一定的延迟作用缓凝剂可以显著延缓水泥的凝结时间，降低水泥水化的放热速率。当复合使用高效减水剂（糖钙）与缓凝剂时，由于协同效应，使高效减水剂的分散作用及缓凝剂的缓凝作用同时得到加强。与单掺缓凝剂相比，复掺后水泥水化温度峰值出现的时间进一步延迟，水化温度峰值进一步降低。

2温度监测

为检查承台混凝土温度是否满足温控标准，温度控制措施是否有效，便于及时掌握温控信息，调整和改进温控措施，应进行温度监测。（1）温度监测内容以温度监测为主，就是在混凝土中埋入一定数量的测温仪器，测量混凝土不同部位温度变化的过程，检验不同时期的温度特性和温差标准。当温控措施效果不佳，达不到温控标准时，及时采取补救措施；当混凝土温度远低于温控标准时，则可减少相关的温控措施，缩短工期。（2）温度监测设计按照突出重点、兼顾全局的原则，布置好北街水道桥主墩承台预埋监测孔。混凝土入模后由专人进行观测。观测频率先密后疏，以确保观测温度的连续性并测得最大值和最小值为原则。正式观测从仪器被埋入开始，5d前4h一次，5~10d时6h一次，11~15d时8h一次，16~30d时24h一次，30d后每2d一次。承台混凝土块体的观测总时间为45~60d。

3大体积混凝土温度控制措施

在大体积混凝土浇捣养护期，温度控制措施一般可分为两类：一是在混凝土外部加强保温以减少热量散发，从而提高面层混凝土的温度；二是在混凝土内部预埋冷却水管然后通水降温，从而降低内部混凝土的温升。这两类措施均可有效降低混凝土内表温差。大量工程实践表明，一般大体积混凝土在2.5m以上的，才有必要采取在混凝土内部预埋冷却水管然后通水降温的方法。

3.1外部保温保湿措施

大体积混凝土表面覆盖多层保温材料，做好外部保温工作。保温材料可按下列用量准备：塑料薄膜1层；保温麻袋2～3层（井坑周边），1～2层（其余区域）。保温材料的覆盖应尽可能早，必须在混凝土表面抹平搓实后且充分湿润时加以覆盖。保温材料的增减和揭除应根据现场温度监测的具体情况协商定夺。

3.2内部降温措施

冷却水管可在大体积混凝土厚度中心平面布置一层，在井坑周边较厚区域宜多布置1～2层。冷却水管可采用DN40钢管，水管水平间距1.0～1.2m。每路水管总长度宜控制在200～250m，每路水管各配一台水泵（可选择立式离心泵或潜水泵）。混凝土覆盖冷却水管后，即可开始进行通水降温，循环后的热水可直接回流到水池，以调节水池内水温，也可引到承台表面作养护水。根据实际温度监测情况，各路管网每隔一段时间切换一次循环水流的方向，尽可能使混凝土的温度均匀。监控水池温度，控制冷却水温与混凝土的温差一般不超过20℃。冷却水管埋设时，各接口处必须密封严密，防止管路漏水或被水泥浆渗入堵塞。水管埋设时应固定牢靠，防止浇筑混凝土时位置移动导致损坏。

4大体积混凝土温控期间的养护要点

大体积混凝土的养护主要包括两个部分：保温和保湿。保温是为了提高表层混凝土温度，减小混凝土里表温差，尽量使整个结构的温度场趋于均匀，同时减小混凝土的降温速率。保湿则是尽可能使混凝土处于湿润状态，让水泥充分水化，这可以增强混凝土的抗裂能力[2]。大体积混凝土温控期间的养护应注意做到以下几点：①监控期间应派专人负责落实现场混凝土的保温保湿养护工作，并实行24h工作制；②在混凝土浇筑完毕初凝前，宜进行喷雾养护工作；③保湿养护的持续时间不得少于14d，应经常检查塑料薄膜或养护剂涂层的完整情况，保持混凝土表面湿润；④铺设塑料薄膜、保温材料时应注意相同材料相互搭接处的处理；⑤当监测结果有不满足温控要求的趋势时，应及时预警，并及时调整保温养护措施；⑥大体积混凝土拆模后，不宜长期暴露在自然环境中。

结束语

在水化热温度场升温阶段，改变冷却水的质量流率对冷却效果的影响很小。在水化热温度场降温阶段，改变冷却水质量流率的影响比升温阶段时有所增大，随着冷却水质量流率的增大，混凝土水化热温度场降温速率有所加快。降低冷却水温度可以加快水化热温度冷却速率。但冷却水温过低时，可能导致与冷却水管直接接触的混凝土与内部混凝土产生较大温差，从而产生较大拉应力，另外考虑降温成本，不建议将冷却水温降得过低，保持在环境温度左右即可达到良好的降温效果。

参考文献

[1]张亮.高墩大跨连续刚构桥承台大体积混凝土水化热研究[A].中国科学技术协会.2017世界交通运输大会论文集（下册）[C].中国科学技术协会：，2017：10.

[2]张亮.高墩大跨连续刚构桥承台大体积混凝土水化热研究[A].中国科学技术协会.2017世界交通运输大会论文集（上册）[C].中国科学技术协会：，2017：10.

[3]张宗鲁.异形承台大体积混凝土水化热分析[J].国防交通工程与技术，2017，15（03）：39-42.

[4]郑祥斌.桥梁承台大体积混凝土水化热分析及温控措施研究[J].黑龙江交通科技，2017，40（05）：96-97.