锚碇大体积混凝土冬季施工技术研究探讨

摘要本文结合工程实例，对桥梁大体积混凝土冬季施工中存在的问题进行分析，并提出解决问题的办法

关键词大体积混凝土冬季施工

1 工程概况

黄山市人行观光索桥跨越新安江，全长290m，主跨170m，是一座三跨两铰柔性结构的悬索桥，由主塔、锚碇、主缆、索夹、吊杆、桥面系等结构组成。锚碇为重力式锚，长19.5米，宽9米，高15.42米，混凝土数量为1400m3，混凝土标号为C40。由于锚碇体积庞大，其混凝土施工属大体积混凝土施工范畴。锚碇施工期正值冬季，环境气温极低，如何解决大体积混凝土冬季施工技术难题值得研究。

2 技术分析

2.1 大体积混凝土施工

大体积混凝土浇筑初期，水泥与水发生化学反应过程中释放大量的水化热，使其内部温度急剧上升，导致混凝土内部和表面的温度差过大，从而产生温度拉应力；另外后期混凝土温度下降，收缩被约束时，产生收缩拉应力。当拉应力大于混凝土本身的抗拉强度时，就会在混凝土表面或内部产生裂缝，影响混凝土的质量。

2.2 混凝土冬季施工

冬季施工时，新浇筑的混凝土对温度非常敏感。由于外界环境温度极低，在低温下混凝土外部的强度增长要比常温下慢得多，原因是混凝土中水泥和水的化学反应在低温下进展缓慢，在4～5℃时极为显著。如果温度降至4℃以下，水泥水化所需液态水的体积开始膨胀，这对于新形成的水泥颗粒会产生永久性的损害；如果混凝土温度降至冰点以下，由于混凝土中的液态水已结冰，不能与水泥结合，混凝土内化学反应产生的新复合物就大为减少，这将会造成混凝土强度、耐久性、水密性的损失。

由以上分析可以看出，如何降低大体积混凝土内部温度、控制混凝土内外温度差小于25℃、确保混凝土浇筑时的温度保持在10～20℃等，是解决大体积混凝土冬季施工的切入点和着手点。

结合本桥重力式锚碇，主要存在三个不利因素：

（1）锚碇混凝土厚度大，要一次性浇筑完毕，混凝土内部热量不易散发。

（2）混凝土强度等级很高，一般需用高标号的525#水泥，水化热高。

（3）冬季施工，环境温度低，混凝土浇筑时的温度将会低于10℃，且混凝土内外温差大。

在这些因素的综合作用下，混凝土内外必然产生较高的温差，锚碇将发生开裂。

3相应措施

根据以上分析，决定从以下几方面严格控制，保证大体积混凝土冬季施工质量：

3.1原材料选择

（1）水泥：对于大体积混凝土而言，对其性能影响最大的是水泥，因此应优先选用水化热较低的水泥，并尽可能减少水泥用量，本工程选用525#矿渣水泥。

（2）细骨料：细骨料直接影响着混凝土的和易性和强度，若细骨料偏粗，则和易性差，泌水性大；反之，则含泥量大、比表面积大。因此宜选用II区中砂，且使用中砂比使用细砂可减少水及水泥的用量。

（3）粗骨料：宜选用粒径为5～31.5的连续级配碎石。良好的级配碎石可使水泥用量低、混凝土强度高、和易性好等特性，同时也能够减少混凝土收缩变形。

（4）外加剂：为了降低混凝土初期硬化过程中水泥的水化热、延缓混凝土的凝结时间，宜掺入缓凝减水剂。本工程选用木质素磺酸钙，能起到缓凝、减少水泥用量和抑制水泥初期水化速度的作用。

（5）水：选用未被污染的新安江河水，水质好，PH值为7.2，且水中不含氯化物等其他有害杂质，对混凝土不会产生有害影响。

（6）严格控制粗、细骨料的含泥量：在大体积混凝土中，粗、细骨料的含泥量是要害问题，若骨料中含泥量偏多，不仅增加了混凝土的收缩变形，同时又严重降低了混凝土的抗拉强度，对抗裂的危害性很大。因此必须现场取样实测，粗骨料的含泥量控制在0.6%以内，细骨料的含泥量控制在1.0%以内，碎石中针

片状颗粒含量不得大于8.5%。

3.2混凝土配合比设计及试配

为保证C40大体积混凝土的施工质量，最主要的措施是降低混凝土的水化热，因此，必须做好混凝土的配合比设计及试配工作。

通过对外加剂及各种原材料的优化选择和多次试配，得出施工配合比为1：

1.43：2.9：0.44：0.00262，即每立方混凝土（C40）配合比为525号矿渣水泥420kg、中砂599kg、连续级配碎石1216kg、水185kg、木质素磺酸钙1.1kg，其坍落度为40～50mm。

3.3混凝土的施工

（1）混凝土浇筑：严格控制混凝土的坍落度在40-50mm之间，要求前、后层混凝土的浇筑时间，控制在初凝时间以内。因此，在浇筑混凝土前，详细计算和安排施工次序、流向、浇筑厚度，长度、宽度及前、后两次浇筑的时间。

锚碇混凝土施工分层为（以锚块为例）：第一层：115.78m～117.18m（标高）；第二层：117.78m～120.78m（标高）；第三层：120.78m～124.315m（标高）。采取从锚块两边同时向中间推进的施工顺序施工，两台搅拌机同时工作，确保混凝土的供应，同时一台搅拌机备用，两边互不干涉，井井有条，确保了混凝土连续浇筑。

为了降低混凝土初期硬化的水化热，减少锚碇体内的温升，控制锚碇的内外温差，在锚碇体内预埋φ50mm的钢管，间距为0.5m，呈梅花型布置。混凝土浇筑过程中，随时旋转钢管，待锚碇施工完毕，混凝土强度达到2.0MPa时，拔出钢管，作为锚碇体内的散热孔，将混凝土内部的热量散出，降低锚碇体内的温度。预留孔待混凝土强度达到设计强度的90％后，注浆封孔。

（2）混凝土振捣：严格控制混凝土振捣的时间及插入深度分层振捣，防止漏振。当浇筑后的混凝土即将凝结时，在适当的时间内再振捣，增加混凝土的密实度，减少混凝土内部微裂缝和提高混凝土的强度。

（3）混凝土表面处理：大体积混凝土表面水泥较厚，浇筑后3～4h内初步用水长刮尺刮平，初凝前用铁滚筒碾压2遍，再用木抹子搓平压实，减少水泥收缩变形所引起的裂缝。

3.4混凝土的养护

锚碇混凝土浇筑完毕，表面抹平初凝后，及时覆盖两层草垫，再浇温水保湿，并在草垫上面铺设两层塑料薄膜进行保温。在养护期间，按时向草垫洒水保湿养护，并检查混凝土的情况。由于混凝土体内的热量通过散热孔释放出来，在保温层的作用下，提高了锚碇体的表面温度，使得混凝土内外温差显著降低，减少了

混凝土的温度应力和后期的收缩应力，较好地控制了结构的裂缝。

4温度监测

4.1测温设备及布设位置

测温仪器采用0～150℃温度计、普通温度计、铜电阻、电阻保护器及屏蔽线等，选择有代表性的位置布置5个测温点，每个测温点埋设上、中、下3套测温仪器，上、下埋设点距混凝土上下表面50mm，中部埋设点在混凝土中心。

4.2测温时间

浇筑后24h开始测温，间隔2h；4d后间隔4h；7d后间隔1d，15d后测温结束。

4.3监测结果

结果表明：（1）温度峰值出现在3d左右，最大温差20.5℃；（2）散热孔中的温度达到40.2℃，中部中间测温点的最大温度为58.1℃；（3）中心点温度上升最快最高，底部温度上升最慢最低；（4）上部测点温度首先下降，中心点持续一段高峰后缓慢下降，底部温度在相当长的时间内保持平缓上升趋势。