高温季节混凝土及大体积混凝土温度测量控制方案.doc

高温季节普通混凝土和大体积混凝土
温度测量及控制方案
1. 概述
新建衢州至宁德铁路（福建段）站前工程5标，位于福建省宁德市，地处东南沿海，属亚热带海洋性季风气候，夏季最高温度达到40℃，地表最高温度达到48℃。管段内有3条铁路线路通过，即正线11.757km、上行客车疏解线7.070km、货车联络线6.887km，全长共计25.714km。其中隧道4座、桥梁18座，混凝土约40万方。因此，控制高温季节普通混凝土和大体积混凝土的温度关键参数，防止混凝土内部产生较大的温度应力、杜绝混凝土结构出现裂缝，保证混凝土结构的整体性、耐久性至关重要。
我部选取上行线岭后特大桥16#墩（结构尺寸：长6.8x宽3.8x厚0.56*高4.0米）作为普通混凝土模型代表，原因是此墩为空心墩，最小结构尺寸小于1米，代表了绝大多数普通混凝土结构物；黄坑尾大桥6#台身（结构尺寸：长7.9x宽3.1x高2.0米）作为大体积混凝土模型代表，原因是绝大多数大体积混凝土结构物尺寸与该台身相似。通过对上述两个混凝土代表模型从入模温度、芯部温度、拆模温差等关键参数及影响因子的温度测量，找出关键参数与影响因子之间的关系，有针对性的采取控制措施，并检测措施后的关键参数及影响因子的温度变化，评估温度控制效果，最终确定普通混凝土和大体积混凝土温度控制方案。
2．目的
保证入模温度、芯部温度、拆模温差满足《铁路混凝土工程施工质量验收标准》TB 10424-2010中第6.4.5、6.4.9、6.4.10等条款的要求。
序号
关键参数
温度（温差）
备注
1
入模温度
不宜高于30℃。

2
芯部温度
不宜超过60℃，最高不得大于65℃。

3
拆模温差
混凝土芯部与表面、表面与环境之间的温差不得大于20℃。

3. 关键参数与影响因子的测温方法
序号
关键参数
影响因子
测温方法
备注
1
入模温度
①混凝土拌合温度
红外线测温仪

②混凝土出站温度
红外线测温仪
③混凝土运输温度
④大气环境温度
红外线测温仪
④大气环境温度
JDC-2型建筑电子测温仪
⑤混凝土介质温度
红外线测温仪
2
芯部温度
①混凝土入模温度
JDC-2型建筑电子测温仪

②水泥水化热温度
计算
3
拆模温差
①混凝土芯部温度
JDC-2型建筑电子测温仪

②混凝土表面温度
JDC-2型建筑电子测温仪
③大气环境温度
JDC-2型建筑电子测温仪
4.关键参数与影响因子的相互关系
4.1入模温度与影响因子的相互关系
4.1.1混凝土拌合温度
混凝土拌合温度为搅拌机生产混凝土时的温度，通过原材料的温度与用量可以计算混凝土拌合温度，如表4.1.1混凝土拌合温度C45混凝土为28.7℃。
表4.1.1 混凝土拌合温度与混凝土出站温度的关系
序号
温度（℃）
混凝土标号
水泥
粉煤灰
河砂
石子
拌合水
混凝土
拌合温度
混凝土
出站温度
1
C45混凝土
40.4
40.0
26.6
26.5
27.6
28.7
29.5
2
C40混凝土
40.7
40.4
25.6
24.6
25.6
26.2
28.9
3
C35混凝土
41.1
40.7
26.8
26.7
26.9
27.5
29.5
4
C30混凝土
38.4
38.1
27.2
27.4
26.5
27.3
28.4
例1：以C45配合比计算混凝土拌合温度为：水泥295kg、40.4℃，粉煤灰126kg、40.0℃，河砂661kg（含水率4%）、26.6℃，石子1126kg（含水率0%）、26.5℃，外加剂4.21kg、35℃，水160kg、27.6℃；为了计算方便，把粉煤灰和外加剂都算成水泥用量。骨料温度大于0℃时，c1=4.2，c2=0，则混凝土的拌合温度T0=［0.9（mc*Tc+ms*Ts+mg*Tg）+4.2Tw（mw-ws*ms-wg*mg）+c1（ws*ms*Ts+ wg*mg*Tg）-c2（ws*ms+wg*mg）］/［4.2mw+0.9（mc+ms+mg）］，代入数值T0=［0.9（425*40.4+661*26.6+1126*26.5）+4.2*27.6（160-4%*661-0*1126）+4.2（4%*661*26.6+ 0*1126*26.5）-0（ws*ms+wg*mg）］/［4.2*160+0.9（425+661+1126）］=28.7℃。
4.1.2混凝土出站温度
混凝土出站温度为混凝土性能检测合格后出站时的温度，通过红外线测温仪测量，C45混凝土出站温度平均值为29.5℃，见表4.1.1。
可以看出，混凝土出站温度与混凝土拌合温度相差不大，略高于拌合温度，平均值大约高出1.7℃左右。
4.1.3混凝土运输温度
混凝土运输温度为混凝土罐车从甲地到乙地运输过程中罐体内的混凝土与搅拌罐相互摩擦而产生的温度，也包括罐体本身温度的影响。通过温度测量，可以得出混凝土运输温度比混凝土出站温度高出1℃左右。
4.1.4大气环境温度
大气环境温度受阳光照射与空气流动的影响比较大，我们避开了中午高温时段（高温季节中午时段不生产混凝土）实测了三个点的大气环境温度、钢筋温度、模板温度、混凝土介质温度及混凝土入模温度，如表4.1.4所示。
表4.1.4 大气环境温度与混凝土入模温度的关系
序号
测温的时间、地点
温度（℃）
大气
环境温度
钢筋温度
模板温度
混凝土
介质温度
混凝土
入模温度
1
黄坑尾大桥C45、6#台身7月4日19:10
30.1
28.4
28.4
28.7
34.3
2
30.0
29.7
27.7
29.0
32.9
3
30.2
28.4
27.1
28.8
33.8
4
29.8
28.4
27.4
29.2
30.7
平均值
30.0
28.7
27.6
28.9
32.9
5
岭后特大桥C35、9#墩身7月7日00:30
28.5
28.5
28.6
26.9
30.3
6
28.5
28.7
28.6
26.8
30.8
平均值
28.5
28.6
28.6
26.8
30.6
7
三乐特大桥C30、30#承台7月17日14:40（阴天）
27.6
26.4
27.1
25.0
30.1
8
28.6
26.8
27.3
25.5
30.8
平均值
28.1
26.6
27.2
25.2
30.4
从表4.1.4中可以看出，影响混凝土入模温度的最主要因数还是大气环境温度，大气环境温度高入模温度就高，大气环境温度低入模温度就低，大约高出大气环境温度2~3℃。其它如钢筋温度、模板温度、混凝土介质温度等由于自身结构尺寸较小，混凝土入模前进行了洒水降温措施，因此对入模温度影响极小，可以忽略不计。
4.1.5混凝土介质温度
混凝土介质温度由于洒水降温措施的影响，与混凝土入模温度相差较大，对混凝土入模温度影响极小，可以忽略不计。
4.1.6 综合以上数据的分析，可以得出：
混凝土入模温度≈混凝土拌合温度+3.0~4.0℃。
混凝土入模温度≈大气环境温度+2.0~3.0℃。
4.2芯部温度与影响因子的相互关系
4.2.1混凝土入模温度
混凝土入模温度直接影响了芯部温度的高低，是芯部温度重要的影响因子。因此，降低混凝土入模温度是防止混凝土温度裂纹、甚至开裂的重要举措。混凝土入模温度≈混凝土拌合温度+3.0~4.0℃或大气环境温度+2.0~3.0℃。
4.2.2水泥水化热温度
水泥水化热温度其实就是混凝土内部产生的温度，是芯部温度的主要影响因子，大约占了芯部温度的60%。通过C45高标号混凝土的水泥水化热计算，可以得出水泥水化热温度为40.9℃。
T水泥水化热=0.90（W*Q/Cρ）+F/50
=0.90（295*330/0.963/2372）+126/50
= 40.9℃
W—水泥用量kg，295kg
Q—每千克水泥水化热量，330J/kg
C—混凝土比热（J/kg.K）,一般取C=0.963 J/kg.K
ρ—混凝土的容重kg/m3,2372 kg/m3
F—粉煤灰用量kg，126kg
4.2.3混凝土芯部温度≈混凝土入模温度+水泥水化热温度。
4.3拆模温差与影响因子的相互关系
4.3.1混凝土芯部温度
拆模时，混凝土芯部开始降温前不得拆模。
4.3.2混凝土表面温度
拆模时，混凝土芯部与表面、表面与环境之间的温差不得大于20℃。
4.3.3大气环境温度
拆模时，大风及气温急骤变化时不应拆模。
5.关键参数与影响因子的测量与分析
5.1上行线岭后特大桥16#墩身的测量与分析—--普通混凝土代表模型
5.1.1混凝土温度测量与分析选取了空心薄壁结构的上行线岭后特大桥16#墩身（长6.8*宽3.8*厚0.56*高4.0m）混凝土进行测量，测点布置见图5.1.1。

图5.1.1 测点布置图
5.1.2混凝土入模温度的实际测量结果为32.6℃、31.9℃，略大于30.0℃，经过使用井水降温、罐车加装保温膜等措施后，入模温度检测为30.8℃、30.5℃，基本满足了混凝土入模温度的要求。
5.1.3通过上行线岭后特大桥16#墩身芯部温度、表面温度及其温差的测量分析，可以看出芯部温度在36h后达到最高值62.6℃，小于验标规定65.0℃；拆模温差最高值达到17.5℃,小于验标规定20.0℃。总之，该普通混凝土代表模型的芯部温度和拆模温差基本上都满足验标要求。见表5.1.3及图5.1.3-1、图5.1.3-2、图5.1.3-3。
表5.1.3 混凝土芯部温度、表面温度及其温差的关系
测点
温度（℃）
开始
时间
延后4h
延后8h
延后12h
延后16h
延后20h
延后24h
延后28h
延后32h
延后36h
芯部
09:30
42.3
45.4
47.9
51.0
53.4
55.6
58.8
61.6
62.6
表面
09:30
32.1
33.3
36.8
40.6
42.0
43.4
43.8
44.5
45.1
温差
09:30
10.2
12.1
11.1
10.4
11.4
12.2
15.0
17.1
17.5
测点
开始
时间
延后40h
延后44h
延后48h
延后52h
延后56h
延后60h
延后64h
延后68h
延后72h
芯部
09:30
62.1
61.8
61.4
60.6
59.6
58.5
57.3
55.7
53.5
表面
09:30
45.6
45.2
44.3
43.4
42.7
41.5
40.4
38.7
36.2
温差
09:30
16.5
16.6
17.1
17.2
16.9
17.0
16.9
17.0
17.3

图5.1.3—1 芯部温度曲线

图5.1.3—2 表面温度曲线

图5.1.3—3 温差曲线
5.2黄坑尾大桥6#台身的测量与分析—--大体积混凝土代表模型
5.2.1大体积混凝土温度测量选取了结构尺寸较大的黄坑尾大桥6#台身（长7.9*宽3.1*高2.0m）混凝土进行测量，测点布置见图5.2.1。

图5.2.1 测点布置图
5.2.2混凝土入模温度的实际测量结果为34.3℃、32.9℃、33.8℃、30.7℃（见表4.1.4），略大于30.0℃，经过使用井水降温、罐车加装保温膜、避开高温时段打灰等措施后，入模温度检测为31.4℃、30.4℃、29.7℃、29.4℃，基本满足了混凝土入模温度的要求。
5.2.3通过黄坑尾大桥6#台身芯部温度、表面温度及其温差的测量分析，可以看出混凝土芯部温度主要受水泥水化热温度的影响较大，大约在混凝土浇筑完成后18h达到65℃，在36h达到最高值72.2℃，在96h降到65℃以下。混凝土表面温度主要受昼夜大气环境温度及模板温度的影响较大，基本上集中在35~46℃之间。混凝土芯部温度与表面温度的温差最高值出现在浇筑完成后36h达到27℃，大部分集中在20~25℃之间，温差降到20℃以下出现在144h之后。见表5.2.3及图5.2.3-1、图5.2.3-2、图5.2.3-3。
表5.2.3 混凝土芯部温度、表面温度及其温差的关系
测点
温度（℃）
开始
时间
延后4h
延后8h
延后12h
延后16h
延后20h
延后24h
延后28h
延后32h
延后36h
芯部
20:30
48.6
52.8
57.6
62.5
67.4
69.5
71.2
71.8
72.2
表面
20:30
36.0
40.2
42.8
43.7
45.0
45.4
46.0
45.5
45.2
温差
20:30
12.6
12.6
14.8
18.8
22.4
24.1
25.2
26.3
27.0
测点
开始
时间
延后40h
延后44h
延后48h
延后52h
延后56h
延后60h
延后64h
延后68h
延后72h
芯部
20:30
71.9
71.6
71.5
71.3
71.0
70.9
70.5
69.8
69.0
表面
20:30
46.0
46.2
46.2
45.9
45.8
45.5
45.2
44.5
44.2
温差
20:30
25.9
25.4
25.3
25.4
25.2
25.4
25.3
25.3
24.8
测点
开始
时间
延后76h
延后80h
延后84h
延后88h
延后92h
延后96h
延后100h
延后104h
延后108h
芯部
20:30
68.2
68.0
67.5
66.6
65.5
64.7
63.9
62.6
61.9
表面
20:30
44.0
44.0
43.1
42.1
41.3
41.3
40.2
38.3
38.1
温差
20:30
24.2
24.0
24.4
24.5
24.2
23.4
23.7
24.3
23.8
测点
开始
时间
延后112h
延后116h
延后120h
延后124h
延后128h
延后132h
延后136h
延后140h
延后144h
芯部
20:30
61.1
60.1
59.7
59.1
58.6
58.0
56.9
55.8
55.3
表面
20:30
37.3
36.8
36.5
36.5
36.2
35.9
35.8
35.7
35.4
温差
20:30
23.8
23.3
23.2
22.6
22.4
22.1
21.1
20.1
19.9

图5.2.3—1 芯部温度曲线

图5.2.3—2 表面温度曲线

图5.2.3—3 芯部温度与表面温度的温差曲线
5.2.4降低混凝土芯部温度的措施。
5.2.4.1降低混凝土拌合温度：选用低热水泥、减少水泥用量、增大粉煤灰用量，粉罐进行喷淋处理，改进骨料级配、使用含泥量少的河砂，砂石骨料及外加剂进行降温、遮阳、防晒处理，搅拌站的水尽量使用井水、适当加冰处理，使用缓凝高性能减水剂、强化保坍保水效果。
5.2.4.2降低混凝土出站温度：混凝土罐车涂刷白色防晒漆、避开炎热的白天浇筑混凝土。
5.2.4.3降低混凝土运输温度：混凝土罐车加装防晒保温膜、用水喷淋罐车外表面降温、避免混凝土到达现场后等待时间过长、运输混凝土罐车尽量停在阴凉处。
5.2.4.4降低大气环境温度：尽量安排傍晚或阴天浇筑混凝土，避开高温时段。
5.2.4.5降低混凝土介质温度：避免钢筋、模板、混凝土受到阳光直射及晒水降温。
6.结论
6.1混凝土入模温度≈混凝土拌合温度+3.0~4.0℃或大气环境温度+2.0~3.0℃。
6.2混凝土芯部温度≈混凝土入模温度+水泥水化热温度。
6.3普通混凝土的芯部温度、拆模温差基本满足《铁路混凝土工程施工质量验收标准》TB 10424-2010的要求。
6.4大体积混凝土还需强化降低入模温度及芯部温度的措施。
6.5大体积混凝土还需加装模板保温膜来提高混凝土表面温度、降低拆模温差。

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