大体积混凝土温度控制技术应用.pdf

姜 自 奇等： 大体积混凝土温度控制技术应用 1 7 大体 积 混凝土温度控 制技术应用 姜 自 奇 ， 孙丽娟 ， 刘兵伟 ， 王智勇 。 ， 曹竞 ( 1 河 南省交通规划勘察设计院有限责任公司 郑 州4 5 0 0 5 2； 2 河南省交院工程 检 测加固有限公司 。 郑州4 5 0 0 5 2； 3 郑州铁路职业技术学 院 郑 州4 5 0 0 5 3 ) 【 摘要】 通过某特大桥主墩承台混凝土施工实例， 介绍了冷却测温系统在大体积混凝土施工过程 中通过 调节水化热等引起的温差 ， 以防止温度裂缝产生方面的应用 ； 并对实际监测数据与理论数值进行了对比分析。 【 关键词】 大体积混凝土； 冷却测温系统； 水化热； 温度裂缝 【 中图分类号】 T U 3 7 5 6 【 文献标识码】 B 【 文章编号】 1 0 0 1 6 8 6 4 ( 2 0 1 4 ) 0 7 0 0 1 7 - 0 2 伴随着工程技术的快速发展， 大体积混凝土结构也 日 益增多； 如何采取合理有效措施控制大体积混凝土中因水 化热产生的内部温升是施工过程中一项重要内容； 控制混 凝土内部温升常见的有分层分块浇筑、 后期保温养护、 冷却 水管降温等措施。 文中根据某新建铁路上主跨 2 3 0 m的双塔钢桁梁斜拉 桥桥塔承台大体积混凝土施工介绍了大体积混凝土温度控 制技术的应用情况 ； 该承台长度为 3 5 m， 宽度为 1 7 m， 厚度为 6 m， 每个主塔承台混凝土浇筑方量为 3 5 4 2 9 m 。为了能在 汛期前完成承台施工， 故施工时采取一次性全断面分层浇 筑方案 ， 并在承台内布设冷却测温系统进行大体积混凝土 温度控制。 1 冷却测温系统施工 冷却测温系统由冷却水管和测温系统组成； 在完成水 下封底混凝土浇筑、 承台模板安装、 承台底层与侧向钢筋绑 扎以及承台钢筋架立骨架焊接后 ， 首先进行冷却水管安装； 在承台钢筋绑扎完毕后 、 承台混凝土浇筑前 ， 由专业人员对 测温系统进行分层安装， 并作相应标记。 1 1 冷却水管安装 冷却水管主要采用 内径为 5 c m的镀锌管， 镀锌管焊接 在相邻的钢筋架立骨架上。冷却水管的层距和水平间距通 常为 8 01 0 0 e ra 1 ， 承台施工时按竖向布置 6层冷却水管， 顶层及底层冷却水管距承台顶( 底) 面5 0 c m， 层距为 l O O c m； 同一层管网内冷却水管间的水平间距为 l O O c m， 首尾两根冷 却水管距承台侧面 l O O c m左右。每层冷却水管网分别设置 4个进、 出水 口， 每层 的进 出水 口分别汇总至一根内径为 1 0 e m的镀锌管， 在各层进出水 口位置安装流量控制装置。 冷却测温系统平面布置如图 1 。 冷却水管安装完后， 对水管进行试通水以及水密试验， 确保冷却水管网通畅不渗水。 1 2 测温元件安装 温度数据的实时监测主要由埋设在混凝土内部或大气 中的测温元件实现 ， 测温元件绑扎在专门焊接的钢筋骨架 上， 准确记录仪器编号及布置位置后将测温元件的电缆线 按编号依次连接至测温集成箱上， 集成箱通过数据线连接 至 电脑 。 为保证温度监测数据具有代表性以及可靠性 ， 并本着 经济适用原则， 该桥冷却测温系统的测温元件按对称原则 布置在承台的 1 2对称轴线上 ， 根据冷却水管布置情况， 测 温元件布置在上下两层冷却水管网中间平面上， 以及 承台 顶面和底面表层， 共计 5层。 每一层内共计布设 1 5个测温元件， 各元件间距离不大 于五倍层间距 】 。具体布置方式为沿长轴线方向从承台侧 外表面 向内布置 ， 依次为 距侧面 5 、 5 0 、 5 5 0 、 1 0 5 0( 8 5 0) 、 1 5 5 0 、 1 7 5 0 c m； 短轴线方向从承台侧外表面向内布置， 依次 为距侧面 5 、 5 0 、 5 5 0 c m。另外， 在进水 口总管位置以及每层 的出水口位置各布置 1个测温元件； 除此之外， 在每层测温 元件相同高度位置处的大气中布设 1 个测温元件监测大气 温度。测温元件平面布置如图 1 。 图l 冷却测温系统平面布置图 ( c m) l 2 庄 * 3 口 4 2 承台大体积混凝土施工 2 1 混凝土浇筑施工 为降低混凝土水化热产生量 ， 工地试验室提前对混凝 土配合比进行优化。在确保混凝土强度情况下 ， 对粉煤灰、 水泥和外加剂( 减水剂) 使用量进行调整， 以降低水化热峰 值或者延缓水化热峰值产生时间， 并控制混凝土的泌水量 以及坍落度随时间的损失量， 保证混凝土的和易性 。经 过试验 ， 当每立方米混凝土的普通硅酸盐4 2 5号水泥用量为 2 6 0 k g ， 减水剂用量为 3 6 4 k g 、 粉煤灰用量为 9 1 k g 时， 搅拌出 的混凝土性能最好。 同时， 为了避免混凝土人模温度过高， 在混凝土浇筑过 程中采用了四种方法降低混凝土的入模温度 ： 在混凝土 搅拌用水中加入冰块 以降低搅拌用水的温度 ； 对拌合站 1 8 低温建筑技术 2 0 1 4 年第 7 期( 总第 1 9 3期) 的储料罐罐体淋水降温； 对混凝土运输车罐体淋水降温； 加快混凝土浇筑速度， 保证混凝土在 3 0 h内完成 J 。在 采取以上措施后 ， 经过现场测定整个浇筑过程混凝土的平 均入 模温 度为 2 7 ， 最 高 入模 温 度 为 2 8 o C， 平均 气 温 为 2 8 5 。 混凝土浇筑时设置4处下料点， 分层浇筑时每层浇筑厚 度控制在 3 0 5 0 e m J 。浇筑过程混凝土自由下流高度不超 过 2 m。混凝土的流动以自身流动性为主， 辅助人工振捣 ， 以 加快混凝土水化热挥发扩散 。 2 2 测温监控与混凝土养护 铁路混凝土工程施工质量验收补充标准 中规定 ， 混 凝土施工养护期间， 混凝土内部最高温度不宜超过 6 5 ：E， 混 凝土内部温度与表面温度之差、 表面温度与环境温度之差 不宜 大于 2 0 J 。 ( 1 ) 测温监控。为确保施工过程中混凝土温差满足 规范要求， 当某层冷却水管上方混凝土施工完成后， 即对该 层冷却水管通水， 实施降温。 在混凝土施工过程中及时对测定的温度数据整理分 析， 实时调整各冷却水管 的水流速度以及混凝土表层蓄水 深度。温度监测从相应冷却水管通水降温开始到混凝土芯 部与表层 、 表层与大气温度间温差不大于 1 5 ( i 时止 J 。温 度测量频率为温度上升阶段每 1小时测量一次数据， 温度下 降阶段及稳定阶段每 2小时测量一次数据。对 0 6 d内混 凝土温度测量数据进行计算分析后， 最不利测点温度的测 量数据如图2所示。 ( 2 ) 混凝土养护。混凝土抹面收浆工作结束后 ， 为控 制混凝土表层与大气间温差， 对混凝土进行表面蓄水养护 ， 当混凝土内部与大气 温差为 2 0 时， 根据热能方程计算出 混凝土表面蓄水深度为 3 e m。为保证混凝土表面与大气间 温差不大于2 0 C， 混凝土浇筑完成 1 2小时后， 根据测温元 件所测得的实际温差进行调整。 同时根据监测数据及时调整冷却水管内水流速度， 保 证混凝土内部降温速度11 5 C d ； 若降温过快 ， 尽管混 凝土芯部与表层温差依然控制在规范要求范围内， 但可能 造成混凝土内部间温差过大， 当温度应力达到混凝土的极 限抗拉强度时， 内部将会出现裂缝， 严重情况下将会出现由 内向外的贯穿性裂缝 ， 影响结构使用 J 。 铁路混凝土工程施工质量验收补充标准 中规定大体 积混凝土的养护时间不宜少于2 8 d ， 故在温差小于 1 5 C后， 在混凝土表面采取洒水养护至 2 8 d 。 ( 3 ) 混凝土内部温升计算理论值。整个浇筑过程为 围堰内浇筑， 无 日光照射。混凝土的浇筑温度 ： 由于平均气 温与平均人模温度相差仅 1 5 C， 且每个浇筑层为0 5 m， 每 层间隔时间不足 1 h ， 则取混凝土的平均浇筑温度为平均入 模温度。 由于承台厚度为6 m且为一次性浇筑 ， 则混凝土的水化 热基本无对外散发 ； 因此在整个混凝土养护过程 中混凝 土水化热引起的混凝土温升取绝对温升。 经过计算 ， 混凝土 的水化热最大绝热温升为 4 2 8 7 。 在混凝土施工完成后， 若不采用冷却系统对混凝土进行通 水冷却 ， 混凝土水化热造成的混凝土内部最高温度将会超 过规范限值， 采用冷却测温系统对承台大体积混凝土施工 过程的温度监测数据见图2 。 魁 赠 龄期， l I T l 一 实测内部温度 T 3 一 理论温升 1 2 一 实测表层温度 T - 实测 内表温差 图2 承台大体积混凝土龄期0 6 d 温度变化图 3结语 在使用冷却测温系统指导混凝土养护后 ， 混凝土内部 实测温度值基本均小于理论计算温度值 ， 并且混凝土的芯 部与表层间温差得到合理地控制； 使混凝土的芯部最高温 度以及内表层温差均控制在规范要求范围内。 综上所述， 在大体积混凝土施工温度控制 中冷却测温 系统通过调整水流速度等对混凝土内部温度进行调节 ， 较 好地控制了混凝土芯部与表层、 表层与大气 间温差， 避免了 因混凝土水化热等原因产生的温度裂缝问题。 参考文献 1 刘吉士， 张俊义， 陈亚军 桥梁施工百问 M 第一版北京： 人民交通出版社， 2 0 0 3 ： 9 2 刘吉士， 张俊义， 陈亚军 桥梁施工百问 M 第一版 北京： 人 民交通 出版社 。 2 0 0 3： 9 3 伍勇华， 何廷树， 南峰， 等 大体积混凝土中外加剂 的应用 J 建筑技术， 2 0 0 9 ， ( 8 ) ： 7 5 6 7 5 7 4 刘兵伟 思贤窖特大桥承台大体积混凝土施工控制 J 石家 庄铁道大学学报( 自然科学版 ) ， 2 0 1 l ， ( 1 ) ： 5 3 5 7 5 贺灵荣， 宋静艳 大体积混凝土施工质量控制 J 公路交通 科技 ， 2 0 1 0 ， ( 1 ) ： 1 0 71 0 8 6 铁道部 铁建设( 2 0 0 5 】 1 6 0号 铁路混凝土工程施工质量验 收补充标准 s 北京： 2 0 0 5 ： 9 7 杨嗣信 高层建筑施工手册 M 第一版 北京： 中国建筑工 业 出版社 ， 1 9 9 2： 1 2 8 朱伯芳 大体积混凝土温度应力与温度控制 M 第一版 北京 ： 中国电力 出版社 1 9 9 9 ： 3 收稿日期 2 0 1 4 0 3 1 1 作者简介 姜 自 奇( 1 9 8 1 一) ， 男， 河南永城人 ， 硕士， 工程师 从事桥梁检测工作。