摘要：本文通过对佛山市汾江路南延线工程（澜石路至裕和路段）中沉管隧道主体大体积混凝土施工温控实例的分析，介绍高温天气下大体积混凝土温度控制的主要措施及混凝土浇筑温度的计算方法。
关键词：大体积混凝土；温度控制；沉管隧道；入模温度
1、前言
自1894年美国在波斯顿修建世界上第一座沉管隧道以来，到现在世界上已经修建了一百多座沉管隧道[1]。沉管法作为一种先进的隧道施工方法发展至今，已有了其成熟的施工工艺。其主要施工工序有：管节主体预制、基槽开挖、管节沉放安装、基础处理、最终接头处理、管内铺装等。管节主体预制作为施工过程中极其重要的一环，其实施的好坏直接关系到整个工程的质量。
沉管隧道作为水下大体积钢筋混凝土建筑物，其预制阶段的裂缝控制直接关系到整条隧道的防水性及耐久性。混凝土浇筑期间，混凝土内部温度由于水化热聚集且难以散发，将明显升高；而混凝土表面温度则由于散热条件良好，将较快下降。温差产生的混凝土表面拉应力将逐渐增大，当该应力大于混凝土极限抗拉强度时，混凝土表面将产生温度裂缝。因此，作为减少温度裂缝的重要手段，合理的混凝土温度控制措施是沉管管节主体预制质量保证的关键点之一。
2、温度控制措施介绍
2.1、概述
2.1.1、温控措施概述
大体积混凝土温控措施主要包括三大部分，即实验室优化配置、混凝土入模温度控制、混凝土浇筑后温度控制。
实验室优化配置包括：原材比选、胶凝材料体系优化、配合比优化等。
混凝土入模温度控制包括：胶凝材料温控、骨料温控、拌合用水温控、拌制及运输设备温控、控制混凝土运输时间、合理选择浇筑时间等。
混凝土浇筑后温度控制包括：埋设混凝土内部冷却水管、加强混凝土养护、布设测温点记录温度变化状况等。
2.1.2、设计要求
本工程沉管段主体混凝土设计为C40P10防水混凝土，结构设计使用寿命100年，混凝土出槽及浇筑入模温度≤30℃，混凝土里表温差（除侧墙外）≤20℃，混凝土里表温差（侧墙）≤15℃，混凝土内部最高温度≤70℃，混凝土表面与环境温差≤20℃，混凝土表面与养护水温差≤15℃，降温速率≤2℃/d。
2.2、实验室优化配置
2.2.1、原材料的比选
本工程通过对施工现场附近混凝土拌合站的生产能力、技术实力、至工地的运输时间等方面进行调研，在拌和站对各种混凝土原材进行取样检测及比选，形成最优原材料配置方案。
表2-1 拌合站原材料优选结果[2]
2.2.2、胶凝材料体系优化设计
胶凝材料主要包括水泥及粉煤灰、矿渣粉等掺合料，选择水化热低、放热慢的胶凝材料体系是混凝土温度实验室控制的重要部分。在混凝土中掺加粉煤灰及矿渣粉代替部分水泥或细骨料，不仅能降低成本及水化热，而且能提高混凝土的各项性能，减少混凝土的收缩和开裂等[3]。
本工程利用胶凝材料体系水化热测定装置，通过对纯水泥体系、单掺粉煤灰体系、双掺粉煤灰及矿渣粉体系进行放热性能测定研究，在满足混凝土设计强度、抗渗性能、耐久性等要求的前提下，选择最有利于混凝土温度控制的组合。
表2-2 胶凝材料优化配置
2.2.3、配合比优化设计
本工程通过对仑头－生物岛隧道、洲头咀隧道、港珠澳大桥沉管隧道等已完成或在建的隧道工程混凝土配合比进行调研，分别按不同水胶比、按不同比例单掺粉煤灰或双掺粉煤灰及矿渣粉、按不同重量使用水泥及骨料等等进行初步配置，对按照不同配比产出的混凝土进行物理力学性能测试，最后在一系列组合中选择符合设计要求的最优配合比。
表2-3 沉管主体混凝土推荐配合比[2]
2.3、混凝土入模温度控制
2.3.1、胶凝材料温度控制
按照施工需求提前2～3天安排水泥、粉煤灰、矿渣粉等胶凝材料进场，尽可能降低胶凝材料在生产过程中残留的热量。
现场实测新进场水泥温度约70～80℃，放置2～3天可降低至约55℃。
2.3.2、骨料温度控制
按照配合比计算可知，骨料所占混凝土重量比例为（（727+1046）/2361.4=）75%，因此降低骨料温度可以更为明显的降低混凝土出仓温度。按照以往施工经验，可采取以下措施降低骨料温度：
（1）加装遮阳棚对骨料进行遮挡，避免阳光直射；
（2）抽取深井水或冷却水对粗骨料进行喷淋，同时应注意测定使用时粗骨料的含水率，并对理论配合比用水量进行修正。
（3）选择气温较低的时候使用骨料。
（4）采取风冷措施，在骨料仓内利用0℃以下的冷风对骨料进行降温，该方法普遍应用于低温混凝土的生产。
（5）采用液氮降温，利用液氮的超低沸点，在使骨料快速降温的同时，又不影响混凝土性能。该方法同样可利用于拌合用水的降温及混凝土成品的降温。
现场实测骨料在露天阳光直射的情况下，温度可达42℃，考虑到混凝土产量及成本，本工程仅采取了方法（1）～（3）对骨料进行降温。采取方法（1）之后，骨料温度可降低至34℃；采取方法（3）之后，骨料温度可减低至28℃；采取方法（2）之后，粗骨料温度可降低至25℃。
2.3.3、拌合用水温度控制
混凝土施工中通常采用抽取深井水、拌合用水加碎冰、工业冷水机降温等形式控制拌合用水温度。
本工程采取加碎冰的形式控制拌合用水温度，实测加冰前水温约22℃，加冰后水温约10℃。
2.3.4、其他控制措施
（1）抽取深井水，对搅拌机、原材仓、料斗、运输搅拌车进行喷淋降温。
（2）控制混凝土运输时间：混凝土运输应充分考虑恶劣天气、节假日及上下班时段等车流高峰期，避开繁忙路段，同时应事先安排好备选运输路线，保证在出现塞车、道路桥梁维修等意外情况时，仍能够及时将混凝土运输至施工现场。
（3）施工现场夏季14：00气温较20：00至次日8：00气温可高出5～7℃，选择夜间施工可以有效的降低混凝土入模温度。
2.3.5、理论温度计算及实际对比
采取降温措施前，砂含水率取4%，碎石含水率取0%；采取降温措施后，砂含水率取4%，碎石含水率取1%。
表2-4 混凝土原材料温度控制前热量表
混凝土理论拌合温度T0=总热量/总热当量=107743/2690=40℃，不符合设计及规范要求，必须采取温度控制措施。
表2-5 混凝土原材料温度控制后热量表
（1）混凝土理论拌合温度计算
理论拌合温度T0=总热量/总热当量=72607/2690=26.99℃。
（3）混凝土理论浇筑温度计算
理论入模温度T3=T1-(a1t1+0.032n+a2t2)×(T1-T4)=28.65℃≤30℃
其中：T1为混凝土理论拌合温度，取26.99℃
T4为环境温度，取32℃
a1为运输温度损失系数，按混凝土搅拌车运输，取0.252/小时
t1为混凝土运输时间，按现场实际情况，取1小时
n为混凝土转运次数，按出仓各入模1次，取2次
a2为浇筑温度损失系数，取0.003℃/分钟
t2为混凝土浇筑时间，取5分钟
（4）现场实测混凝土入模温度基本保持在28～30℃范围内，与理论计算值基本一致。
2.3、混凝土浇筑后温度控制
2.3.1、埋设混凝土内部冷却水管
考虑到本工程侧墙混凝土里表温差要求较高（≤15℃），因此在侧墙厚度中心位置以0.4～0.8m排距埋设6排φ30循环冷却水管，流量约50～60m³/h，以带走内部混凝土水化热的形式减低混凝土中心温度。
2.3.2、加强混凝土养护
保湿保温养护可以让混凝土具备更好的硬化条件，提高混凝土湿度可以减少干缩裂缝的产生，加快混凝土强度增长；降低混凝土表面温度散失速率可以降低混凝土里表温差，在提高混凝土强度的同时减少温度应力，从而减少温度裂缝的产生。
2.3.3、布设测温点记录温度变化状况
在结构侧墙、底板、顶板、转角位、最厚混凝土、对称轴等具有代表性的位置，参照实际情况各设置一组测温点，分别位于该位置的混凝土中心及表面；设置一处环境测温点；设置一处养护水测温点；冷却水管进出口各设置一处测温点；用于监测混凝土中心温度、表面温度、降温速率、里表温差、表面与环境温差、表面与养护水温差、冷却水降温效率等等。
3、结语
沉管隧道主体结构预制过程中，可根据设计及规范要求，结合施工现场实际情况，计算多种组合情况下混凝土理论入模温度，确定经济、合理、行之有效的温度控制方案，在确保施工质量的前提下，保证施工的顺利进行。
参考文献：
[1]沉管隧道的发展综述及琼州海峡沉管隧道方案[Z].
[2]胡勇前，邓春林等.佛山市汾江路南延线工程沉管混凝土配合比设计及大体积混凝土防渗抗裂和耐久性技术研究[Z].
[3]用于水泥和混凝土中的粉煤灰（GB/T1596-2005）[S].
论文作者:张毅
论文发表刊物:《基层建设》2015年7期
论文发表时间:2016/9/1
标签：混凝土论文; 骨料论文; 温度论文; 温度控制论文; 隧道论文; 测温论文; 温差论文; 《基层建设》2015年7期论文;