赵锦团
中交第三航务工程局有限公司宁波分公司 浙江省宁波市 315200
摘要：本文将通过以黔张常铁路阿蓬江特大桥墩身大体积混凝土为例，优化机制砂混凝土配合比、降低水化热，墩身大体积混凝土防裂措施及冷却管的降温效果，并进行实际监测分析结果表明：采用冷却管后，混凝土未产生明显温差，说明冷却管的降温作用效果明显，为山区类似大体积承台及墩身的施工提供借鉴作用。
关键词：机制砂；配合比优化；大体积混凝土；防裂措施
1 工程概况
阿蓬江特大桥位于重庆市黔江区境内，设计行车速度200km/h客货共线，为黔张常铁路控制性工程，阿蓬江特大桥全桥长1.36km，为目前国内第一高跨矮塔斜拉桥，由预应力混凝土筒支T形梁、矮塔斜拉桥（135+240+135）m、刚构连续梁组成，其中大桥主跨为240m，主墩高123m，主塔高度173m，为全线最高桥梁，桥址位于湾塘峡谷地段，主墩墩身结构为变截面矩形空心方墩。设计强度等级C40，14#墩墩身底部实心段截面长25.8m宽15.9m，高度12.5m，混凝土约5000m3，为典型的大体积混凝土。一次性浇筑混凝土方量巨大，施工设备车辆以及组织难度大，混凝土浇筑时间长，分段分层混凝土搭接易出现冷缝等隐患。
2 大体积混凝土配合比设计思路
针对大体积混凝土施工，最主要的措施降低水化热产生的绝热温升，无论是混凝土外观质量、应力状态、使用寿命，裂缝的产生是大体积混凝土的重大隐患。由于水泥水化引起的温度变化和收缩而导致裂缝产生，大体积混凝土配合比选配时，重点减少水泥用量或选用高标号水泥（同等级C40的混凝土，P.O52.5水泥要比P.O42.5水泥用量少用57kg），采取粉煤灰大掺量替代部分水泥，采取掺高性能减水剂达到减少水泥用量。由于粉煤灰的水化反应慢，推迟延缓了放热时间。试验室采用低砂率、低坍落度、低水胶比、掺超缓凝减水剂、引气剂和粉煤灰高掺量的方式进行配合比的优化设计。
2.1大体积混凝土原材料优选
2.1.1水泥
大体积混凝土中的水泥宜选用中低热水泥，或选用C3A含量低普通硅酸盐水泥，由于当地不生产中低热水泥，本工程选用东方希望水泥 P.O42.5水泥，混合材10%，比表面积小于350m2/kg，游离氧化钙0.93%，氯离子含量0.018%，碱含量0.58%。C3A含量7.45%，28d抗压强度46.2MPa。
2.1.2粉煤灰
大体积混凝土按规范掺入40%粉煤灰，减少水泥用量，降低混凝土水化热，改善混凝土拌合物的和易性和可泵性。粉煤灰选用贵州粤黔电力 F类Ⅱ级灰（C50以下混凝土用），细度18%，需水量比100%，烧失量3%，游离氧化钙0%，氯离子含量0.013%，碱含量1.58%。
2.1.3机制砂
细骨料选用黔江永文砂石水洗机制砂，同时，对细骨料严格控制含泥量，试验表明含泥量超标不仅会增加混凝土的收缩，同时也会降低混凝土抗压强度和抗拉强度。机制砂细度模数2.8～3.0，Ⅱ区中砂，表观密度2690kg/m3，亚甲蓝MB值1.1，石粉含量6.2%，泥块含量0，压碎指标20%（＜25%），非碱活性骨料（砂浆棒法0.02%）。
2.1.4 粗骨料
粗骨料选用良好的三级配（5-10mm30%：10-20mm50%：16-31.5mm20%）合成5～31.5mm，可以减少混凝土空隙率，提高混凝土和易性和密实性。粗骨料选用黔江粒吏石灰岩碎石，反击破破碎生产的5-31.5mm三级配合成，表观密度2690kg/m3，紧密空隙率40%，含泥量0.3%，泥块含量0.1%，针片状含量5%，母岩强度100MPa，压碎指标9%。非碱活性骨料（砂浆棒法0.02%）。
2.1.5外加剂
掺加减水剂是减少水泥用量降低水化热的间接有效途径，选用上海三瑞高性能缓凝型减水剂，含固量25.52%，减水率27%，含气量2.6%，用于泵送混凝土压力泌水率21%，碱含量2.89%，氯离子含量0.1%，7天抗压强度比150%，28天抗压强度比140%，收缩率比101%。通过调整外加剂性能（保坍、缓凝、缓释、增稠、降粘）、砂率、浆体比，确定试验室合理配合比，根据现场气温季节变化，结合泵送高度距离变化情况，采用不同的配合比进行生产施工。
2.2大体积混凝土配合比优选
墩身大体积混凝土使用泵送工艺施工，为保证墩台在建成之后外观验收及正常使用，通过对比粉煤灰和矿物掺合料不同掺量、减水剂不同成分调配，对混凝土工作性能以及硬化后体积收缩变形影响，反复进行比较优化，选配出混凝土配合比具有拌合物的特性良好泵送的流动度，不泌水，坍落度损失小，适宜的凝结时间以及满足耐久性的优质混凝土。C40大体积混凝土配合比经优化，水泥240kg，粉煤灰160kg，水胶比0.43，砂率44%，坍落度160-200mm（满足可泵性要求），经检测，初凝时间39h55min，终凝时间42h30min，混凝土氯离子含量0.014%（＜0.06%）、总碱含量1.837kg/m3（＜3.0 kg/m3），三氧化硫含量2.096%（＜4.0%），混凝土强度7d强度36.1MPa，28d强度44.9MPa，56d强度50.5MPa（大于试配48.2MPa），抗裂性能合格，56d电通量990C（＜1200C），满足设计各项指标要求。
3.大体积混凝土施工温度控制及预防措施
经热工估算按混凝土入模温度20℃，按照C40大体积配合比试验选定结果表1，假定混凝土入模温度20℃，计算混凝土芯部最高温度：Tmax=a（wc/10）+wf/50+To=1.0x（240/10）+160/50+20=47.2℃，对于入模温度基础上的温升值不大于50℃的要求（GB 50496《大体积混凝土施工规范》中3.0.4条）。施工中采用北京海创科技有限公司的HC-TW80型无线温度监控采集系统，具有实时在线和自动记录和报警功能，在监测数据的指导下，及时调整技术措施，确保冷却水温调整温升峰值、里表温差、降温速率、混凝土表面与大气温差等到有效的控制。
3.1混凝土原材料温度控制
目的为了减小混凝土内部最高温度值，采用通过降低原材料温度和拌和水的温度，来降低混凝土拌合物温度，夏季施工时，在蓄水池中加入碎冰，使水温下降，设置遮阳棚或拌和前洒冰水预冷骨料，同时避开白天高温期，夜间施工。
3.2铺设降温水管
阿蓬江特大桥14#主墩墩身底部实心段高12.5m，混凝土约4894m3，15#墩底部实心段高度10.5m，混凝土方量4154.5m3，分两次浇筑，首次浇筑6m高，混凝土约2500m3，剩余部分第二次浇筑，两次浇筑后墩身实心段剩余部分高度为0.4m不在采取降温措施。下面以14#墩墩身实心段首次浇筑高度6m为例对降温水管的铺设进行介绍。
首先在墩身首段实心段混凝土浇注前预先在混凝土内水平按1.0m的间距，布设4层降温冷却水管，每层冷却水管采用循环进出水的方式。冷却水管采用Ф50mm的无缝钢管，接头采用丝口加焊接连接的方式。层距与降温冷却水管在混凝土浇筑前应严格定位，防止在浇筑过程中出现上浮现象，同时应进行水密试验，保证无漏水现象。混凝土一边浇，一边通循环水。通过循环水带走混凝土内部的水化热量，将混凝土内部的温度降低到规范要求的最低限度，大体积墩身降温水管布置如图1、图2所示。
3.3温度检测监控
墩身实心段混凝土施工过程中，采用北京海创科技有限公司的HC-TW80型无线温度监控采集系统，实时在线和自动记录和自动超差报警。监测点的布置范围选墩身长面的一半为测试区，平面内共分为4个测区，每个测区从底层到表层均布5根测管，底层测管距混凝土底面15cm，表层测管插入距混凝土表面5～10cm，温度监测点布置如图3所示。
3.4混凝土温度检测过程控制
墩身大体积混凝土分五层浇筑，每层浇筑完，及时开启HC-TW80型无线温度监控采集系统，每10分钟自动采集温度一次，派专人轮流值班监控混凝土内部及外部温度实时数据，进水口与出水口的内外温差不超过20 ℃。当温差超过以上界限时，及时对冷却管内的水温进行调整或对混凝土表面进行覆盖保温，混凝土温度检测持续时间为14d。
4 墩身大体积混凝土温控效果
阿蓬江特大桥14#墩墩身实心段大体积混凝土通过防裂、温控措施的实施，墩身各部位温度指标均满足设计规范要求，混凝土表层与芯部温度监测数据变化情况如图4所示。14#墩身实心段在混凝土入模66小时，内部最高温度达到47℃，拆模之后，采用裂缝观测仪进行混凝土裂纹观测，墩身结构部位未出现明显裂缝，只是在个别处出现微小的混凝土收缩裂缝以及养护不及时出现表面龟裂，裂缝最大宽度0.15mm，温控效果满足规范和防裂性能要求。
5 墩身模板拆除及养护措施
墩身模板拆除对墩身后期混凝土的裂纹控制有较大影响，首先延迟拆模时间，拆模时间应根据混凝土强度、混凝土表面、外界环境温度、天气情况等条件而定。拆除保温覆盖时，混凝土浇筑体表面与环境大气温差控制在20℃以内。
混凝土养护是防止早期混凝土表面因失水出现裂缝的重要环节，大体积混凝土采取带模洒水养护，施工采用的木模竹胶板有利于保湿养护。拆模后，墩身周侧采用洒水塑料薄膜包裹养护，实心段顶面采用土工布覆盖洒水养护，养护周期控制在14d以上。
6 结语
依托黔张常铁路阿蓬江特大桥墩身实心段大体积混凝土施工，机制砂混凝土配合比优化、大体积混凝土冷却管的降温效果，并进行实际监测分析结果表明：大体积混凝土一次性浇筑混凝土方量大，浇筑时间长，温度测点的波动趋势基本一致，表明在同层的各点之间没有产生明显太大的温差，未出现明显裂缝，为大体积泵送机制砂混凝土的施工提供很好的参考和借鉴作用。
参考文献：
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[5] 《铁路混凝土工程施工质量验收标准》TB10424-2010
论文作者:赵锦团
论文发表刊物:《建筑模拟》2019年第3期
论文发表时间:2019/4/8
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