大體積砼循環(huán)水降溫系統(tǒng)應(yīng)用技術(shù)

1、大體積混凝土循環(huán)水降溫系統(tǒng)應(yīng)用技術(shù)謝仁良中鐵二局第一工程摘要：結(jié)合本工程實(shí)例,在凝結(jié)硬化過(guò)程中產(chǎn)生高水化熱的大體積混凝土結(jié)構(gòu)中預(yù)埋循環(huán)水管,通過(guò)管內(nèi)流動(dòng)的低溫水帶走由于混凝土凝結(jié)硬化產(chǎn) 生的水化 熱,通過(guò)對(duì)混凝土里表溫度進(jìn)行監(jiān)控,實(shí)時(shí)調(diào)整內(nèi)循環(huán)水水量,從而縮小混凝土里表溫差,預(yù)防和限制混凝土因溫度應(yīng)力和變形而產(chǎn)生的 有害裂縫.關(guān)鍵詞：大體積混凝土；筏板根底；冷卻循環(huán)水降溫系統(tǒng)、溫度監(jiān)控、裂 縫控 制0引言大體積混凝土結(jié)構(gòu)是土木工程施工中最常見的結(jié)構(gòu)構(gòu)件,由于混凝土屬于脆性材料,且大體積混凝土具有設(shè)計(jì)強(qiáng)度等級(jí)較高、 體積量大、水化熱引起的混 凝土內(nèi)部溫度較高、施工工藝和施工方法隨意性大、施工作業(yè)

2、人員技術(shù)知識(shí)相對(duì)匱乏、容易產(chǎn)生有害裂縫等特點(diǎn).因此,合理選擇混凝 土原材料、優(yōu)化施工配 合比、有效的限制施工工藝、做好混凝土里表溫差 監(jiān)測(cè)、溫度應(yīng)力和變形觀測(cè)工 作是提升混凝土抗?jié)B、抗裂、抗侵蝕性能的關(guān)鍵.1大體積混碾土工程概況該工程上部由8個(gè)單體建筑構(gòu)成,下部整體地下室,單體框架剪力墻結(jié)構(gòu)落地,無(wú)轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu),占地面積為 3. 5萬(wàn)m2,建筑面積約18. 7萬(wàn)m2,建筑高度 為.該工程持力層為中風(fēng)化薄層泥質(zhì)白云巖夾薄層泥巖,地基承載力為1200KPa,場(chǎng)地內(nèi)有淺層地下水,巖質(zhì)遇水軟化,且容易受擾動(dòng).設(shè)計(jì)根底形式主要為：Cl、C2、C5棟為柱下獨(dú)基和墻下條基,C3、C4棟筏板根底,C6?C7、C8

3、? C9、CIO? C12棟為人工挖孔樁根底,其中C3、C4棟筏板根底長(zhǎng)32.2m,寬28. 9m,板厚1.7 m,電梯筒體周邊 混凝土厚度約5m,混凝土強(qiáng)度等級(jí)C35, 混凝土量約設(shè)計(jì)根底混凝土原槽一次性澆注.根據(jù)大體積混凝土施工標(biāo)準(zhǔn)GB50496-2021 相關(guān)規(guī)定,該工程C3、C4 筏板根底結(jié)構(gòu)為大體積混凝土結(jié)構(gòu),混凝土有害裂縫預(yù)防和限制是本根底工程施工重點(diǎn),經(jīng)過(guò)眾多方案的比選和優(yōu)化,該工程決定采用冷卻 循環(huán)水降溫系統(tǒng). 2冷卻循環(huán)水降溫系統(tǒng)的構(gòu)成工作原理：大體積混凝土澆筑完成后,對(duì)混凝土進(jìn)行保溫保濕養(yǎng) 護(hù)過(guò)程中, 通過(guò)對(duì)混凝土里表溫度進(jìn)行監(jiān)測(cè),當(dāng)混凝土里表溫差超過(guò) 25.C時(shí),因溫度應(yīng)

4、力 導(dǎo)致混凝土產(chǎn)生裂縫.在混凝土結(jié)構(gòu)內(nèi)部埋設(shè)冷卻循環(huán)水管,通過(guò)水循環(huán)將混凝土凝結(jié)硬化過(guò)程中產(chǎn)生的局部熱量帶走,從而到達(dá)減小混凝土結(jié)構(gòu)里表溫差的目的.主要材料設(shè)備：e 100鍍鋅鋼管z主管、450鍍鋅鋼管預(yù)埋 管、直 接、90.彎頭、限制閥、流量計(jì)、增壓泵、20n?的循環(huán)水池.輔助材料設(shè)備：電子測(cè)溫儀、溫度計(jì)、預(yù)埋式溫測(cè)線、外露溫測(cè)探頭.冷卻循環(huán)水降溫系統(tǒng)設(shè)置情況：在筏基混凝土結(jié)構(gòu)中由上往下按850mm的間距設(shè)置循環(huán)水管,在進(jìn)口和出口位置設(shè)置限制閥、流量計(jì)和增壓泵.另在筏基混凝土混凝土結(jié)構(gòu)平面內(nèi)按間距約4m間距筒體周邊適當(dāng)增加設(shè)置測(cè)溫點(diǎn).冷卻循環(huán)水降溫系統(tǒng)如以下圖所示 ：3大體積混凝土施工質(zhì)量限

5、制3. 1原材料質(zhì)量限制選用開陽(yáng)紫江牌級(jí)低熱水泥,必須按通用硅酸鹽水泥(GB175-2007)的相關(guān)規(guī)定抽樣檢驗(yàn)合格,并有相關(guān)質(zhì)量證實(shí)資料；按 山 砂混凝土技術(shù)規(guī)程?(DB24/016-2021)和普通混凝土用砂、石質(zhì)量及檢驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)?(JGJ52-2006)的相關(guān)規(guī)定選擇好粗細(xì)骨料；按 混凝土外 加劑應(yīng)用技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)(GB50119-2021)的相關(guān)規(guī)定選擇好高效緩凝型減水劑和泵送劑等外加劑；按混凝土用水標(biāo)準(zhǔn)(JGJ63-2006)的相關(guān)規(guī)定選擇好拌合用水和養(yǎng)護(hù)用水；根據(jù) 普通混凝土配合比設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)(JGJ55-2021)的相關(guān)規(guī)定適當(dāng)參入粉煤灰、磷礦粉和鋼渣粉等摻合料.優(yōu)化配合比設(shè)計(jì)原那么保證混

6、凝土設(shè)計(jì)強(qiáng)度和施工條件的前提下,優(yōu)先采用“低熱水泥、低水泥用量和低拌合水量的方法,以合理降低混凝土水化熱,減少混凝土內(nèi)部孔隙率,適量摻入粉煤灰、磷礦粉和鋼渣粉等摻和料,延遲混凝土水 化熱,增加后期強(qiáng)度配合比設(shè)計(jì)經(jīng)屢次反復(fù)試驗(yàn),確定施工配合比,本工程大體積混凝土筏板根底擬用配合如下：混凝土施工配合比名稱水泥鋼渣粉磷礦粉粉煤灰砂石水外加劑PC-1單位(kg)2946448489451385156混凝土拌制、運(yùn)輸和泵送本工程筏基混凝土采用貴州龍山商品混凝土工程集中拌制的商品混凝土,混凝土拌制過(guò)程中派專人盯守投料順序、電腦計(jì)量設(shè)置和拌合時(shí)間.配合協(xié)調(diào)商品混凝土公司配置混凝土罐車 10輛其中5輛辦理市區(qū)

7、 特別通 行證,施工現(xiàn)場(chǎng)備有臂架泵2臺(tái)、柴油輸送泵1臺(tái)停電備用,并能有效的 解決生產(chǎn)過(guò)程中的臨時(shí)停電和頂峰期限行等不利因素,進(jìn)而保 證混凝土澆筑的 連續(xù)性.3. 4混凝土進(jìn)場(chǎng)檢查施工現(xiàn)場(chǎng)設(shè)立混凝土罐車到達(dá)檢查點(diǎn),檢查混凝土質(zhì)量證實(shí)是否完整,目測(cè)無(wú)離析現(xiàn)象,并檢查其混凝土的溫度、坍落度等符合現(xiàn)場(chǎng)施工要求后才能入泵.混凝土入模溫度限制在25.C以下,并按規(guī)定留設(shè)試件.3. 5混凝土澆筑作好泵送作業(yè)前的準(zhǔn)備工作配置2臺(tái)臂架泵和1臺(tái)柴油輸送泵停電備用,保證泵機(jī)完好,并 在商 4 / 10混凝土站內(nèi)留備用泵,根據(jù)施工現(xiàn)場(chǎng)條件選擇、布置好泵,特別要注 意向下管成 斜型,角度45.,管路清潔平順,密封嚴(yán)實(shí),

8、預(yù)防離析、漏 漿、堵管.人員配置合理安排好作業(yè)人員、平安員、實(shí)驗(yàn)員、機(jī)械設(shè)備維修人員,積極主 動(dòng)配 合施工參及方,增強(qiáng)組織和協(xié)調(diào).3. 5. 3 施工工序采用“分段定點(diǎn)下料,一個(gè)坡度,薄層澆筑,循序漸進(jìn),一次到頂 的澆 筑方案.分層厚度原那么上按 500mm、400mm、400mm、400mm分四層,視 混凝土供應(yīng)速度適當(dāng)調(diào)整；根據(jù)混凝土流淌長(zhǎng)度,如置三道振動(dòng)棒,第 一道至 混凝土坡頂,第二道在混凝土斜坡坡中,第三道在混凝土坡腳.三道相互配合,保證覆蓋整個(gè)坡面,保證不漏振.混凝土澆搗時(shí)間的限制選用有經(jīng)驗(yàn)的搗固手,振搗棒快插慢拔,振搗棒插入點(diǎn)采用梅花點(diǎn)布置,搗固間距400mm,用二次搗固的方法,

9、將振搗棒插入下層 50? 100mm深,增加 混凝土的密實(shí)性和均勻性,提升混凝土界面處的粘結(jié)力和咬合力,振搗時(shí)間以外表出水泥膠漿為宜,不振搗過(guò)度,預(yù)防粗骨料下沉分層而影響混凝土質(zhì)量.分層澆筑要限制好層間間歇時(shí)間,應(yīng)在前層混凝土初凝之前完成次層混凝土澆搗.3. 5. 5泌水處理大體積流動(dòng)混凝土在澆筑和振搗過(guò)程中,必然有游離水析出并順混凝土澆筑坡面流至低洼處,為此,在基坑周邊設(shè)置集水坑,通過(guò)基底墊層找 微坡使泌水 流至集水坑內(nèi),用小型潛水泵將過(guò)濾出的泌水排出坑外.同時(shí)在混凝土下料時(shí),保持中間的混凝土高于四周邊緣的混凝土,這樣經(jīng)振搗后,混凝土的泌水現(xiàn)象得到克服.當(dāng)外表泌水消去后,用木抹子壓一道,減少

10、混凝土沉陷時(shí)出現(xiàn)沿鋼筋 的外表裂紋.3. 5. 6混凝土外表處理預(yù)防混凝土外表凝縮裂縫,混凝土澆筑時(shí)適當(dāng)摻入鋼絲纖維,將鋼筋 綁扎 絲按一圈剪成四份,長(zhǎng)度約50? 80mm,在澆注時(shí),每次振搗前將扎絲灑在混凝土外表,再進(jìn)行振搗,增加混凝土外表整體性,預(yù)防混凝土裂縫 開展.在進(jìn)行混 凝土抹面要掌握好時(shí)間,在初凝前完成第一次抹面,在終凝前(混凝土失去流動(dòng)性,外表已收水)完成第二次抹面.二次抹面應(yīng)注 意外表裂縫,如外表出現(xiàn)裂縫 應(yīng)用木抹子在裂縫處拍打,使裂縫愈合.抹面工作完成后立即用塑料薄膜覆蓋, 達(dá)上人強(qiáng)度后再覆蓋麻袋進(jìn)行保溫保濕養(yǎng)護(hù).4混凝土養(yǎng)護(hù)和溫控舉措混凝土的最大熱絕熱溫升計(jì)算Tmax /

11、=WQ/C PW-每立方米混凝土中水泥用量,取 294 (kg/m 3);Q 水泥水化熱總量,經(jīng)試驗(yàn)顯示,開陽(yáng)紫江牌P. 0 42. 5級(jí)水泥,3d水化熱為 314(KJ/kg),7d 水化熱為 354(KJ/kg),28d水化熱為 375(KJ/kg);C-混凝土比熱,取 0. 96KJ/(kg. C);P -混凝土容重,經(jīng)試驗(yàn)顯示,取 2450 (kg/m 3 );根據(jù)經(jīng)驗(yàn),混凝土凝結(jié)硬化絕熱升溫主要在3? 7天內(nèi),Q值取354KJ/kg,那么:Tmax =294X354/ (0. 96X2450) =44. 25C o故此,在混凝土入模溫度(To)取21.C時(shí),混凝土內(nèi)部溫度按下式計(jì)算：

12、Tmax 二 To+Tmax =21+44.25=65.25 C最大溫差計(jì)算AT= Tmax (t) - Tb (t)Tb(t)-混凝土齡期t時(shí)的外表溫度,因本工程筏基混凝土施工周期在夏季,貴陽(yáng)夏季環(huán)境平均氣溫大約在20.C通過(guò)薄膜麻袋彳溫保濕養(yǎng)護(hù),混凝土外表溫度可限制在20.CoAT= Tmax (t) - Tb(t)=65. 25-20=45. 25 C4. 3混凝土養(yǎng)護(hù)和溫度監(jiān)測(cè)混凝土澆筑完成后,必須在lh內(nèi)對(duì)混凝土外表采用塑料薄膜覆蓋,以減少自由水的蒸發(fā),保持濕度,塑料薄膜上再蓋兩層麻袋保溫,溫差嚴(yán)格限制在25 C以下.保溫保濕養(yǎng)護(hù)時(shí)間14d,當(dāng)養(yǎng)護(hù)過(guò)程中循環(huán)水降溫速度達(dá)不到使混凝土內(nèi)

13、外溫差低于25.C時(shí),可在混凝土外表澆灑熱水養(yǎng)護(hù),使其內(nèi)外溫差控制在合理范圍.溫度監(jiān)測(cè)點(diǎn)的布置原那么上按每平米不少于1個(gè),可按溫度傳感線使用說(shuō)明預(yù)埋,按測(cè)溫儀使用說(shuō)明測(cè)溫和記錄.混凝土高水化熱期每 2h測(cè)一次,其 余時(shí)段可每3? 4h監(jiān)測(cè)一次,混凝土內(nèi)外溫差超過(guò)容許范圍,及時(shí) 采取降溫措 施.5冷卻循環(huán)水管設(shè)計(jì)驗(yàn)算根據(jù)本工程預(yù)埋循環(huán)水管道設(shè)置和 100SG50-30管道泵參數(shù)可知,主管管 徑100mm,泵流量50 (nf/h),泵揚(yáng)程30m, 32m 長(zhǎng)的50支管20根,80m 長(zhǎng)的50 支管12根.由此可計(jì)算得在加壓管道泵作用下,主管排完預(yù) 埋在混凝土中的循環(huán)水管容量水需時(shí)間：T=(3. 1

14、4X0. 05X0. 05/4) X (20 X 32+12X80)/50 226s .循環(huán)水管容量計(jì)算本筏板根底工程板厚1.7m,根據(jù)設(shè)計(jì)方案,普通區(qū)域設(shè)置單層循環(huán)水管,電梯筒體周邊局部設(shè)置5層循環(huán)水管.以單層循環(huán)水管為例,可進(jìn)行 如下計(jì) 算：?jiǎn)胃芩萘浚篞 二(n d 2/4) X L=3. 14 X 0. 0574 X 32=0. 0628 (m3)單根水管水重量：Mi= P Q=l. 0X10 3X0. 0628=62. 8(kg)其中：p 水的密度3 kg/m 3冷卻水管帶走熱量Q吸：Q ? =CiMi ti其中：-水的比熱容3J/kg. CMi 水的質(zhì)量(kg)A匕一水溫變化值

15、,考慮到夏季貴陽(yáng)中午氣溫較高,進(jìn)水溫度約15.C,混凝土內(nèi)部最高溫度65. 25 C為保證混凝土不會(huì)因溫度應(yīng)力而產(chǎn)生破壞,取混凝 土內(nèi)外溫差極限為25 C oQ吸二GM】AsX62.8X (65.25-15)=13. 25 X 10 6J可冷卻范圍內(nèi)混凝土質(zhì)量 M ：4)50鍍鋅鋼管冷卻范圍為周邊500mm,此區(qū)域冷卻混凝土體積為：V 二 32X3. 14X0. 5? 二 25. 12 M : P v 其中P一輪密度取2450kg/m 34kg降溫效果驗(yàn)算根據(jù)熱量平衡：Q ?=Q /A=C2M2 A t2C,-輪比熱容 取 0.96X 10 3J/kg. CA t：二 Q 吸/ C2M2=13

16、. 25X 107(0. 96X103X6. 15X10 1)=0. 224 C經(jīng)驗(yàn)算得：在加壓管道泵作用下,主管排完預(yù)埋在混凝土中的循環(huán)水管容量水需時(shí)間為 226s o由此可得循環(huán)水每小時(shí)降溫 T=0. 224 X 3600/226=3. 57 C o據(jù)此循環(huán)降溫計(jì)算,混凝土內(nèi)溫度可在(65.25-25) /3. 57=11.3h 內(nèi) 將混凝土內(nèi)外溫差限制在25.C度以內(nèi).但因混凝土水化熱頂峰期雖在完成澆筑的2、7天,但循環(huán)降溫舉措也應(yīng)在大體積混凝土養(yǎng)護(hù)期14d內(nèi)實(shí)時(shí)降溫,并設(shè)置循環(huán)水池,在自然散熱情況下,可在 6h內(nèi)能恢復(fù)常溫,施工 現(xiàn)場(chǎng)需設(shè)置1個(gè)循環(huán)水池,水池大小為：6結(jié)束語(yǔ)通過(guò)上述計(jì)算可知,混凝土從澆筑完成后達(dá)上人強(qiáng)度后就開始進(jìn)行溫度監(jiān)測(cè),通過(guò)水循環(huán)逐步帶走混凝土內(nèi)部水化熱,降低混凝土內(nèi)部溫度,使混凝土內(nèi)外溫差