大体积混凝土温控技术

宁波铁路枢纽大体积混凝土温控技术摘要随着我国地铁交通事业的蓬勃发展，大体积混凝土的使用也随之增加。而大体积混凝土的裂缝问题也日益突出，已成了普遍性的问题。本文通过开展对宁波南站站大体积混凝土温度控制研究，选用中低热水泥，掺入矿粉和粉煤灰，降低水化热，设计冷却系统，严格控制保温养护措施，对施工过程实施温度监测，实现了大体积混凝土温度控制的信息化施工，达到了预期的混凝土防裂要求。关键词：大体积混凝土；温度控制；裂缝；水化热．1.引言大体积混凝土施工地铁车站施工中最为常见的施工工艺，而通过温控措施，保证大体积混凝土结构的质量，控制温度应力导致的结构裂缝便是重中之重。大体积混凝土特点是：体积大、钢筋密、混凝土用量多，结构厚实、工程条件复杂，施工技术和质量要求高，水泥水化热易积聚而使结构产生温度变形、混凝土绝热温升高和收缩大。本文通过对宁波铁路枢纽南站改工程底板大体积混凝土施工的温控研究，采取降温措施，监控混凝土内部温度，达到了预期的混凝土防裂要求。2工程概况宁波市轨道交通二号线铁路南站站车站全长245.45m（外包），里程为SDK6+404.184～SDK6+581.784。车站标准段基坑形状不规则，标准段净宽43.7m～46.1m，南端头井净宽约为60.2m，北端净宽约为58.4m。铁路南站站主体占地面积约为11863平方米。结构底板厚度为2.5m，局部厚度3.85m，其中最大一块底板混凝土方量共为5000m³，该段底板南北距离为41m，东西距离为47m。3大体积混凝土的温控方案设计3.1优化配合比，降低水化热铁路南站站底板厚2.5m，底板梁厚3.85m，混凝土为C40P10。底板施工时正值夏季，昼夜温差大，白天温度高达35℃左右，导致混凝土结构内外温差大，容易产生温度裂缝。为了减少温度裂缝产生对混凝土的质量的影响，项目部搅拌站根据图纸及规范要求进行多次配合比论证，降低水化热。同时降低混凝土的出机温度，混凝土入模温度以达到控制温度裂缝的目的。因此，项目部从原材料处入手，优化配合比，优选了如下材料：（1）水泥：水泥用量控制在285kg/m3左右；水泥进场时必须有质量证明书并及时进行取样复试试验报告，同时要求水泥入机温度不大于60℃。（2）粉煤灰：粉煤灰作为胶凝材料的一部分起增强作用，发热的速率较低，等量取代水泥可使混凝土内部顶峰温度显著降低。达到顶峰温度的时间也向后推迟，水化热缓慢释放，减小了升温的幅度，从而降低了混凝土内外部的温差，防止大体积混凝土开裂。粉煤灰代替部分水泥，同时也可代替部分砂子而增加混凝土的和易性、流动性、粘聚性、保水性、稳定性和可泵性，增加灰浆，减少了泌水性，提高了密实度和抗渗性，也改善混凝土的后期强度。（3）矿粉：本工程采取矿粉和粉煤灰双掺的方式以充分发挥二者之间的“优势互补效应”。粉煤灰和矿粉的微集料效应和二次水化效应，使后期强度均有大幅度的增长，解决大体积混凝土的水化热和收缩问题，提高其抗裂性。（4）细骨料：采用河砂，级配良好，细度模数宜在2．6～2．8之间，含泥量在3％以下，砂率应控制在38％~42％之间。（5）粗骨料：采用5-25mn连续级配、空隙率小的碎石，其含泥量不超过1．0％，选择强度高、含泥量低的粗骨料，一是为了增强骨料本身的强度，二是可以提高骨料在混凝土中的所占体积，能大幅度降低水泥用量，而且石块本身也吸收热量，从而降低混凝土的温升，使水化热进一步降低。（6）减水剂：北京中砼缓凝型高效减水剂，在保持混凝土强度不变的情况下，一般可减少拌和用水15％左右，相应也减少水泥用量。缓凝型减水剂可减缓水泥的硬化速度，延长混凝土初凝时间，为混凝土分层分块施工提供了有利条件，同时延缓水泥水化热峰值出现时间，而且为大体积混凝土的连续浇筑提供了保障。项目搅拌站试验室根据规范及图纸要求，选定了水胶比分别为0.44、0.42、0.40、0.38的配合比进行试配。同时根据试验混凝土拌合结果绘制强度、龄期（图2-1）曲线：图2-1混凝土强度、龄期曲线通过不同水胶比的比对，选定了如下理论配合比：水泥：掺合料1：掺合料2：细骨料：粗骨料：外加剂：膨胀剂：抗裂纤维：水=1:0.23:0.154:2.77:3.67:0.022:0.154:0.61。水胶比为0.40，水泥用量为285kg/m³。该配比泵送混凝土应具有良好的和易性和粘聚性，不离析，不泌水。按材料实际情况，进一步优选施工配合比；同时结合现场施工和材料情况，对施工配合比进行调整。3.2控制浇筑温度，合理浇筑在每次混凝土开盘之前，试验室要量测水泥、砂、石、水的温度，并做记录，计算其出机温度，并估算浇筑温度。根据计算的出机温度，反馈搅拌站，采取必要措施进行降温处理。同时，搅拌站试验室对首盘混凝土进行开盘鉴定，全面了解本次浇筑混凝土首盘的工作性能。对首盘混凝土测量其坍落度，观察混凝土坍落时分散情况、和易性等。及时反馈首盘混凝土的质量至搅拌楼，搅拌站根据反馈信息进行进一步的调整与优化。3.3优化浇筑方案，合理降温保温底板施工时，严格按照要求分层，原则上砼分层厚度不大于50cm，在上层砼即将初凝前浇筑下层砼，确保混凝土维持较好的工作性能，保证砼施工质量，杜绝板的龟裂出现。在大体积混凝土施工过程中为了有效降低大体积混凝土的内外温差常采用分块浇筑。为了保证结构的整体性和施工的连续性，采用全面分层法浇筑。在浇筑过程中，混凝土振捣是一个重要环节，一定要严格按操作规程操作，做到快插慢拔，快插是为了防止上层混凝土振实后而下层混凝土内气泡无法排出，慢拔是为了能使混凝土能填满棒所造成的空洞。浇筑混凝土时，振动器振实过程应做到：(1)使用插入式振动器时，移动间距不应超过振动器作用半径的1．5倍，与侧模应保持5-lOcm距离，应避开预埋件或监控元件10—15cm，应插入下层混凝土5-lOcm；(2)对每一部位混凝土必须振动到密实为止，密实的标志是：混凝土停止下沉，不再冒气泡，表面呈平坦、泛浆。同时及时处理混凝土由于泌水而产生的水。大体积混凝土浇筑完成后，采用外排内保的养护方式进行保温保湿养护，养护要求并应符合下列规定①、应专人负责保温养护工作，并应按本规范的有关规定操作，同时应做好测试记录；②、保湿养护的持续时间不得少于14d，应经常检查塑胶薄膜或养护剂涂层的完整情况，保持混凝土表面湿润。③、保温覆盖层的拆除应分层逐步进行，当混凝土的表面温度与环境最大温差小于20℃时，可全部拆除。④、在混凝土浇筑完毕初凝前，宜立即进行喷雾养护工作。⑤、塑胶薄膜、麻袋、阻燃保温被等，可作为保温材料覆盖混凝土和模板，必要时，可搭设挡风保温棚或遮阳降温棚。在保温养护过程中，应对混凝土浇筑体的里表温差和降温速率进行现场监测，当实测结果不满足温控指标的要求时，应及时调整保温养护措施。3.3优化降温方案除了对混凝土配合比、浇筑方法控制外，在浇筑前，优化降温方案，通过两比选，选取最优降温措施。3.3.1预埋散热管预埋散热管，通入管内注水将内部热量散发。在砼浇筑之前，预先在浇筑范围内按间距a=1.5m放置Ф48的钢管作散热管。砼中心温度通过散热管传递到保温层下面，提高砼表面温度，减小温差。散热管在底板地面找平前用同标号砼将其灌实。选取A1板进行埋设散热管方案降温，测温并绘制A1板测温记录（图2-2）。3.3.2埋设冷凝管在底板钢筋绑扎过程中，在结构中心部位埋设Ф48的钢管作冷凝管。冷凝管按双S型布置，进水管设置于底板一角，出水管设置于进水管对角。底板混凝土浇筑完成后，往进水管里注水，通过循环水将混凝土内部热量带出，实现人工导热。在混凝土内部温度稳定并停止测温后，往冷凝管进行注浆封闭。选取A3板进行埋设冷凝管降温方案，测温并绘制A3板测温记录（图2-3）。图2-2A1板测温记录图2-3A3板测温记录通过A1、A3板测温记录分析，3天混凝土温度均达到最大值，A1板温度为58.31℃，A3板温度为53.54℃，埋设冷凝管降温措施优于埋设散热管降温。为了确认埋设冷凝器管方案的优越性，选取B4板埋设埋设冷凝管降温，并绘制了B4板测温记录（图2-4）。图2-4B4板测温记录通过对B4板测温记录，3天温度峰值为55.24℃，升温速率、降温速率接近A3板测温曲线。可得出埋设冷凝管，采用循环水降温较好。同时，采用冷凝管降温，相对于散热管灌注同标号混凝土后期注浆施工方便。4混凝土温控现场监测在混凝土浇筑完成后及时进行温度监测，实现信息化控制，在混凝土内部布设8个温度测点，随时控制混凝土内的温度变化，以便及时调整保温及养护措施，使混凝土的温度梯度和湿度不至过大，以有效控制裂缝。4.1温控监测的内容和要求在监测砼温度变化的同时，还应对气温、冷却水管进出口水温、混凝土出机温度，入模温度、浇筑温度等均进行监测。出机温度、入模温度、浇筑温度监测应在砼浇筑过程中进行。砼的温度监测，冷却水温度监测应在砼浇筑完成后立即进行且每天不少于4次测温，持续7天，转入每天测2次，随着砼温差变化减少，逐渐延长监测间隔时间，直到温度变化基本稳定。每次检测完后及时填写混凝土测温记录表。4.2温控标准针对本工程特点，依据相关规范标准，制定了如下温控标准：①砼浇注体升温：混凝土浇筑体在入模温度基础上的升温值不大于40℃。②里表温差：混凝土浇筑体的里表温差不大于25℃。③降温速度:混凝土浇筑体的降温速率为2℃/d。④大气温差：混凝土浇筑体表面与大气温差不大于20℃。4.3测温元件的选择与布置本工程采用的温度测试元件为型号为FAS-T-DZ120型温度传感器，其主要技术指标为：温度测量范围-50℃~+120℃；温度测量精度±0.3℃；采用的温度采集仪为FAS-XZRB-B1型便携式采集仪，其主要技术指标为：频率500~3500HZ；温度-50℃~120℃；精度±0.3℃。4.3.1测温元件的布置大体积混凝土浇筑体内监测点的布置，应真实地反映出混凝土浇筑体内最高温升、里表温差、降温速率及环境温度，可按下列方式布置：①、监测点的布置范围应以所选混凝土浇筑体平面图对称轴线的半条轴线为测试区，在测试区内监测点按平面分层布置；②、在测试区内，监测点的位置与数量可根据温凝土浇筑体内温度场分布情况及温控的要求确定；③、在每条测试轴线上，监测点位宜不少于4处，应根据结构的几何尺寸布置；④、沿混凝土浇筑体厚度方向，必须布置外面、底面和中凡温度测点，其余测点宜按测点间距不大于600mm布置；⑤、保温养护效果及环境温度监测点数量根据具体需要确定；⑥、混凝土浇筑体的外表温度，宜为混凝土外表以内50mm处的温度；⑦、混凝土浇筑体底面的温度，宜为混凝土浇筑体底面上50mm处的温度。详见如下示意图3-1、3-246540408945006006006004-1测温元件平面布置图4-2测温元件立面布置图4.4温控监测的结果与分析根据所测温度，汇总混凝土温度情况表，绘制底板砼分块断面平均温度过程曲线（见图2-2、2-3、2-4）。按照设计提供施工缝的位置，底板分块为11段，分别为A1、A2、A3、B1、B2、B3、B4、C1、C2、C3、C4。选用A1、A3、B4板温度监测数据作为结果分析。4.4.1温度实测结果分析估计监测结果，可以得出：（1）由断面平均温度过程线可知，A1、A3、B4板混凝土温度变化都有急剧的升温和缓慢降温的特征，直到最后达稳定阶段。升温阶段一般只有2～3天，升温达到峰值居，高温峰值时间较短，一般约2～8h。（2）从断面平均温度过程曲线的下降速度可知，砼峰值出现后。砼降温速率不同，这与各层砼浇筑时层厚、浇筑温度、气温和通水时间有关。通过冷凝管循环水散热，能明显降低混凝土内部温度，且降温速率优于埋设散热管。（3）砼浇筑后，水泥水化热对于混凝土的温度影响起主导作用，7天后混凝土的温度变化曲线随环境气温的变化出现一定的波动，变化比较平缓。4.5理论计算与实测结果的分析与对比理论计算结果与测试结果均满足该大体积混凝土工程对裂缝的控制。通过比较，理论与实测值均为升温速率较快，降温速率较慢。在理论与实测值的对比中，可以得到，最高温度相差不大，升温实际、峰值的持续时间和降温速度基本吻合。而相差较大的