悬索桥锚碇大体积混凝土温度控制与施工

悬索桥锚碇大体积混凝土温度控制与施工
汪峰;刘沐宇
【摘要】黄埔大桥南锚锭底板C30混凝土方量近16847 m3,在取消设置冷却水管通水冷却情况下,通过选择级配优良的碎石、砂、外加剂,掺入矿粉和粉煤灰优化混凝土配合比,控制混凝土的浇筑过程和保温养护,减小水泥用量,降低混凝土的水化温升峰值,提高了混凝土和易性和耐久性.现场实时温度监测表明:锚锭底板未出现温度裂缝,底板最高温度峰值为58.0℃,内表最大温差24.3℃小于规范值25℃,满足工程设计要求.
【期刊名称】《三峡大学学报（自然科学版）》
【年(卷),期】2013(035)002
【总页数】4页(P61-64)
【关键词】悬索桥;大体积混凝土;混凝土配合比;温度控制;锚锭底板
【作者】汪峰;刘沐宇
【作者单位】三峡大学土木与建筑学院,湖北宜昌 443002;武汉理工大学道路桥梁与结构工程湖北省重点实验室,武汉430070
【正文语种】中文
【中图分类】TU755
黄埔大桥位于广州番禺区，主航道桥由南汊主跨1 108m 钢箱梁悬索桥和北汊主跨383m 独塔斜拉桥组成，桥宽34.5m（不含布索区）.悬索桥主塔柱基础采用
16根直径2.2m 的钻孔灌注桩，桩端嵌入微风化基岩4.4m；索塔承台及系梁呈哑铃状，承台采用钢板桩围堰施工.索塔为钢筋混凝土门式结构，塔高1 90.476m，设两道预应力混凝土横梁，横梁为箱形断面，仿古木榫结构.
悬索桥锚锭底板直径65.5m，高5m.混凝土为C30微膨胀混凝土，总浇筑方量16 847m3，属典型的大体积混凝土.大体积混凝土体积大且导热性能较差，由于混凝土中水泥水化温升作用，混凝土浇筑后将经历3个阶段：升温、降温和稳定.在施工前期水泥水化产生的热量不能较快散失，混凝土内部温度变化剧烈，若各块混凝土的体积变化受到约束就会产生温度应力，很容易形成早期裂缝［1－3］.为了避免大体积混凝土出现温度裂缝，提高混凝土的使用性和耐久性，保证混凝土浇筑质量，有必要对锚锭底板大体积混凝土进行配合比优化设计和温度控制.
因此，黄埔大桥锚锭大体积混凝土在取消设置冷却水管通水冷却的情况下，通过选择级配优良的碎石、砂、外加剂以及掺入矿粉和粉煤灰优化混凝土配合比，控制混凝土的浇筑过程，采取保温养护措施，减小了水泥用量，降低了混凝土的水化温升峰值，提高了混凝土使用性和耐久性.
1 大桥锚碇底板配合比设计与施工
1.1 工程概况
黄埔大桥锚锭底板是圆柱体大体积混凝土结构物，直径65.5m，高5m，分两层浇筑，每层厚2.5m.由于现场施工情况复杂，底板取消了设置冷却水管，而且底板选择通仓浇筑，所以有必要实时监测锚碇底板温度变化并控制好底板早期混凝土的温度裂缝，锚碇总体结构示意图，如图1所示.
图1 锚碇总体结构示意图（单位：cm）
1.2 混凝土配合比的优化设计
锚锭底板选用强度等级为C30的混凝土.由于底板是空间大尺寸的圆柱体混凝土，若混凝土配合比中水泥用量较大，则水泥水化热也高，若内外温差超过25℃时易
产生温度裂缝［4－8］.因此，在配合比设计时遵循如下原则：
1）选用发热量低的水泥，水泥品种对于大体积混凝土的温升影响较大.低热水泥可以减小混凝土内部温度峰值，降低水泥水化速率.
2）选用级配好、空隙率小的骨料.选用间断型密级配，粗颗粒碎石相互嵌挤可形成空间骨架，而细颗粒的砂填充到骨架的空隙处，将使混凝土更加致密，强度更高. 3）选用优质粉煤灰和矿粉作为掺合料.掺入粉煤灰减少了水泥用量，降低混凝土水化温升，同时矿粉可减缓水泥水化速率.粉煤灰和矿粉使得混凝土热量降低，密实
性进一步增强.
基于上述原则，黄埔大桥锚锭底板大体积混凝土配比原材料如下：碎石选用5～
25mm 间断型密级配石灰岩碎石，表观密度为2 740kg／m3，堆积密度为1
470kg／m3，含泥量＜0.4%，针片状含量为8%，压碎指标为9；砂：中砂，细
度模数为2.6～2.8，表观密度为2 630kg／m3，堆积密度为1 600kg／m3.Cl－
量为0.01%，含泥量＜2.0%；水泥：P.O32.5（R）水泥；粉煤灰：II级灰，矿粉：比表面积为500m2／kg；减水剂：江门WH 缓凝型高效减水剂，减水率为23%；拌和水：采用洁净的自来水.采用密实骨架堆积法配制C30微膨胀大体积混凝土，配合比设计结果见表1.水泥、粉煤灰及矿粉的化学成分见表2，力学性能测试结果见表3.
表1 C30微膨胀大体积混凝土配合比抗渗各组分用量／（kg·m－3）水水泥粉煤灰矿粉膨胀剂砂石减水剂初凝时间／h坍落度／cm 0h 1h抗压强度／MPa 7d 28d 等级175 160 140 120 30 708 1 062 8.1 30 20 21.5 18 22P14
表2 水泥、粉煤灰及矿粉的化学成分表材料SiO2 CaO Fe2O3 Al2O3 MgO SO3 烧失化学成分／%量水泥21.45 59.62 4.01 5.78 3.22 2.08 2.44粉煤灰45.36
3.14 5.27 33.55 2.81 0.41 3.85矿粉3
4.77 3
5.85 1.23 15.39 9.07 3.84／
表3 锚锭底板C30微膨胀混凝土力学性能抗压强度／MPa 7d 28d静弹模／GPa
抗剪强度／MPa 28d劈裂抗拉强度／MPa 3d 7d 14d 28d 28d 24.7 37.7 38.8 1.36 1.6 2.80 3.30 5.4
1.3 锚锭混凝土施工工艺
为防止大体积混凝土温度裂缝的产生，同时有利于锚锭底板的施工浇筑，5m 厚的锚锭底板大体积混凝土分两层浇筑，每次浇筑高度为2.5m，2次浇筑间隔时间至
少7d.在底板浇筑过程中，从原材料进场、混凝土拌合、泵送浇筑到后期保温养护，每一施工环节严格按照《公路桥涵施工技术规范》（JTJ041－2000）进行控制，
具体施工时重点注意以下方面：
1）为了保证混凝土拌合质量，在配料前计量和标定各种衡器，减小称料误差.拌合时严格控制混凝土的和易性，使其满足施工要求，保证新拌混凝土质量.施工中坍
落度不符合规范要求的混凝土杜绝使用，需在混凝土出机口进行塌落度检验，频次为每班2～3次，确保锚锭底板混凝土坍落度满足规范要求.随时检测粗骨料碎石、细骨料砂的含水量，及时有效地调整底板混凝土的用水量，若遇阴雨天气时，应该增加检测频率.
2）混凝土浇筑前，应对锚锭模板、预埋件和钢筋进行检查确认.对于现场埋设的温度监控元件和线路应采取有效保护措施，防止混凝土浇筑时损坏.检查待浇筑的仓
面是否冲毛和清理等，检验合格后方可开盘.
3）底板混凝土按照从仓面一侧向另一侧的顺序浇筑，分层浇筑的厚度不超过
0.3m.在下层混凝土初凝之前需完成上层混凝土的浇筑.如果2次浇筑之间的停歇时间超过混凝土的初凝时间，底板仓面混凝土需要按照工作缝处理.
4）混凝土应该振捣密实，但应避开温度监控元件或者预埋件10～15cm.为了避免混凝土塑性收缩裂缝的出现，同时减小内表温差，底板混凝土浇筑完毕立即用湿麻袋覆盖混凝土表面进行保温养护.浇筑完毕后，通过在上层混凝土顶面蓄水，对终
凝后的混凝土进行蓄水保温养护，蓄水深度10～20cm.
2 温度监测与效果评价
2.1 监测方案设计
为准确反映混凝土的内部温度分布情况，掌握底板大体积混凝土温控效果，防止底板出现温度裂缝，以便出现异常情况时及时采取措施.根据底板混凝土施工方案和结构的具体情况，在锚锭底板内埋设测点进行温度实时监测.由于底板结构的对称性和温度场分布具有对称性，只考虑在锚碇1／4 沿平面方向取“外密内疏”的布点原则，每层15个测点位，竖向分4层，共布置了15×4＝60个测温点外加1
个大气温度测点，实时监测整个锚碇底板的温度分布情况，测点布置如图2～3所示.将各测点的温度传感器固定在∠30×30mm 的角钢固定架上，传感器与角钢之间垫上隔热材料，浇筑混凝土前安装完毕.在浇筑过程中，混凝土及振捣器均未直接冲击或触及传感器，传感器由电缆引出.
在底板大体积混凝土整个施工浇筑过程中，全天候实时动态地进行温度监测和控制.在混凝土升温阶段，温度监测为每2h 监测各测点一次.在混凝土达到峰值后的降温阶段，温度监测为每4h记录各测点一次，持续5d.随着混凝土温度的持续降低，内表温差逐渐减小，此时延长监测间隔时间，直到混凝土温度变化趋于稳定.在混凝土温控过程中，还实时监测和记录了混凝土的出机温度、入仓温度、浇筑温度以及现场大气温度等.
2.2 温控效果分析
通过对锚锭底板大体积混凝土的实时温度监测，其各层内部最高点温度、温峰持续时间、最高温度出现时间、断面最大内表温差见表4，底板断面典型温度历时过程曲线见图4、图5所示.
表4 锚碇底板温度监测成果表位置中心最高温度／℃温峰持续时间／h最高温度出现时间／h断面最大内表温差／℃53.6 8 98 22.0 A2层测温断面58.0 6 72 24.3
A3层测温断面55.1 6 94 15.7 A4层测温断面A1层测温断面58.0 8 64 17.3
由表4可知：（1）在取消设置冷却水管通水冷却降温情况下，锚锭底板混凝土中心最高温度达58.0℃，底板混凝土内部升温阶段历时64～98h，底板中心温峰持续时间为6～8h.（2）由于锚锭底板浇筑面积大，A1、A2 层被混凝土覆盖的时间不同，A1层的混凝土首先水化放热，产生的热量加快了A2断面混凝土的温升速率，使得A2层测温断面达到峰值的时间比A1层断面快，A3和A4层情况相似.（3）锚锭底板混凝土内表温差最大为24.3℃，小于规范值25℃.
由图4可知，在浇筑完成后，锚锭底板大体积混凝土有明显的温升、降温两个过程，但在200h后混凝土内部温度逐渐趋于稳定；由于温控防裂措施恰当，锚锭底板降温速率缓慢，起到了早期削减温峰及防止温度回升的效果.由图5可知，相比混凝土内部温度变化而言，锚锭底板外围边点升温速率较快，而降温随环境温度的变化会出现一定数值的波动.
3 结语
黄埔大桥锚锭底板大体积混凝土施工中，通过选择级配优良的碎石、砂、外加剂以及掺入矿粉和粉煤灰优化混凝土配合比，控制混凝土的浇筑过程和保温养护，减小水泥用量，降低混凝土的水化温升峰值和底板内表温差，提高了混凝土和易性和耐久性.温度监测和观测表明：
1）锚锭底板平均最高峰值达到58.0℃，最大内表温差24.3℃小于规范值25℃，而且降温速率缓慢，阻止了温度裂缝的产生.
2）掺有活性粉煤灰和矿粉的混凝土各项力学性能优越，混凝土工作性能良好. 3）基于混凝土材料考虑，用大掺量粉煤灰和矿粉替代部分水泥，降低混凝土配合比中水泥用量，控制大体积混凝土放热源头，有效地削减早期混凝土内部出现的最高温度峰值.锚锭底板未出现温度裂缝，满足工程设计要求.
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