大体积混凝土施工中的温度控制

研究生课程考核试卷（适用于课程论文、提交报告）科目：现代施工技术教师：姚刚姓名：韩朦朦学号：20121602080专业：土木工程类别：学术上课时间：2012年11月至2012年11月考生成绩：卷面成绩平时成绩课程综合成绩阅卷评语：阅卷教师(签名)重庆大学研究生院制大体积混凝土施工温度的控制韩朦朦（重庆大学土木工程学院2012级硕士）【摘要】：本文对大体积混凝土施工中的主要难点：温度控制问题，结合具体几个工程在施工过程中采用的温控措施来对温度控制有更深一步的了解。大体积混凝土施工中由于体积大，水泥水化热不易散发，在外界环境或混凝土内力的约束下，极易产生温度收缩裂缝，这些裂缝往往给工程带来不同程度的危害甚至会造成经济上的巨大损失。【关键词】混凝土；温度；温控ThetemperaturecontrolofmassconcreteconstructionHanMengmeng(CollegeofcivilengineeringChongqingUniversity2012classmaster)Abstract:Basedonthemassconcreteconstructionofmaindifficulties:temperaturecontrolproblems,combinedwiththespecificengineeringintheconstructionprocessinatemperaturecontrolmeasuresoftemperaturecontroltohaveadeeperunderstandingof.Intheconstructionoflargevolumeconcretewithlargevolume,thecementhydrationheatisnoteasytodiffuse,theexternalenvironmentorinternalforceundertheconstraintofconcrete,easytoproducetemperaturecontractioncracks,thecrackswillbringprojectstheharmofdifferentlevelorevencausegreateconomiclosses.Keywords:concrete;temperature;temperaturecontrol1.日本建筑学会对大体积混凝土的定义“结构断面最小尺寸在80cm以上，同时水化热引起的混凝土内最高温度与表面温度之差预计超过25℃的混凝土称之为大体积混凝土．”[1]而大体积混凝土施工的主要难点为温度控制问题．由于体积大，水泥水化热不易散发，在外界环境或混凝土内力的约束下，极易产生温度收缩裂缝．这些裂缝往往给工程带来不同程度的危害甚至会造成经济上的巨大损失，如何从水化热产生的温度变化这一角度进一步认识大体积混凝土，成为大体积混凝土施工中的一个重要的课题．2.具体工程实例2.1苏通大桥辅桥主墩承台大体积混凝土施工温度控制[2]2.1.1温控工作流程施工之前，在全面了解实际工程概况(结构设计、基础地质条件等)、并取得相关资料(混凝土相关物理力学指标、环境气象资料等)的基础上，进行施工方案决策计算，即利用大体积混凝土施工温控程序，根据初拟施工方案进行施工各阶段温度场分析及结构应力检算，依据结构应力检算结果，决定施工方案(分层、分块浇筑)。根据施工方案决策计算结果拟定温控指标值，并合理确定应采取的温控措施及控制方案。实际施工过程中，根据温度监测的结果与温控指标的对比分析，相应调整、完善温控措施，并预测后续各施工阶段结构温度场及应力的变化趋势。2.1.2温控指标本工程温控的主要目标是：使大体积混凝土内部的温度场变化按照预想的目标发展。具体可分解为：降低最高温度和最高温升；降低内外温差，使混凝土内温度分布尽量均匀，并控制其温度梯度在允许范围内；控制混凝土降温速率。主要温控指标如下：(1)混凝土中心和表面温差小于25℃；(2)混凝土表面与外界空气最低温度之差小于20℃；(3)降温速率小于2．O～3．0℃／d；(4)混凝土中心点最高温度小于70℃。2.1.3主要温控措施(1)混凝土配合比设计：承台混凝土配合比设计采用“双掺”技术：掺加粉煤灰以降低水泥的用量、降低混凝土产生的水化热；添加外加剂，以改善混凝土的和易性、可泵性，同时也可以减少一部分水泥的用量。通过混凝土配合比的优化设计，减少混凝土的水化热总量，降低混凝土的绝热温升值。(2)浇筑温度控制：浇筑温度的控制包括以下方面：①选择外界天气最高温度低、日夜温差较小、日照时间短的时间进行浇筑(以阴天为宜)；②覆盖原材料，严防日光强烈的照射；③通过冷却拌合水、加冰拌和、预冷骨料等办法降低混凝土出仓口温度；④浇筑过程中采用湿麻袋覆盖泵送管，并浇水冷却，以降低混凝土在运输过程中的温升。(3)水管冷却：根据施工方案决策计算结果及混凝土内部温度分布特征，在承台内布设冷却水管，见图1。冷却水管采用Φ32mm薄壁黑铁管，共布6层，水平间距为1．0m，竖直间距为0．9m，每层冷却管分为6段，采用海水冷却。(4)保温保湿养护：混凝土浇筑完毕后的保温保湿养护不但可以起到减小混凝土表面和内部温差的作用，减少温差裂缝的产生，还可使混凝土表面保持湿润，有助于混凝土强度的增长，减少收缩裂缝的产生。为此，本工程在第1层混凝土浇筑完毕，拉毛以后，对混凝土表面洒水保湿，一直持续到第2层浇筑前为止；第2层浇筑完毕，进行2次收浆抹平后，进行表面洒水保湿，待终凝后，在混凝土表面铺设1层打湿的土工布加1层塑料薄膜进行保温保湿养护。图1冷却水管布置2.2郑州黄河公铁两用桥承台大体积混凝土施工养护措施[3]2.2.1温控工艺本工程采用通水降温工艺，通水降温法是通过向设于混凝土构件内部的冷却管注水，吸收混凝土芯部的水化热，并利用水的循环流动，将混凝土芯部的水化热能转化成水的热能，利用水的流动性将其带到混凝土实体外部，从而降低混凝土的内部温度，降低混凝土内外温差，减小混凝土温度应力，防止混凝土开裂。施工时混凝土被认为是一个大型的结构实体，由水化热产生的混凝土热能是通过混凝土自身的导热能力将其慢慢地传递到混凝土表面，传递到表面的混凝土热量又通过模板传递到大气之中。大体积混凝土本身结构尺寸较大，导热系数小。混凝土内部产生的热能往往无法有效地传递到混凝土表面，从而在混凝土内部会产生高温热能团，而混凝土表面直接裸露于大气中，水化热散失较快，这就导致大体积混凝土芯部与表面温度相差悬殊，内外温差会产生较大的温度应力。在混凝土浇筑初期，混凝土的抗拉强度较小，这样混凝土将会产生表面裂纹，裂纹会随着温度的逐渐变化而深入，对于有冻融要求的环境中，会直接影响到混凝土的耐久性，更无法满足使用年限的要求，最后影响混凝土的实体质量[4]。冷却管布置后，冷却管将大体积混凝土实体划分为若干个小体积，小体积实体可视为直接与外界环境接触。以小体积实体为计算单元，通过计算混凝土水化热释放出的能量，从而计算出小体积实体产生的温度应力，以及混凝土自身的抗拉应力，判断混凝土是否会由于温度的变化导致破坏。2.2.2冷却管的布设冷却管利用外径为Φ50mm，壁厚为3.5mm的有缝或无缝钢管，最好采用无缝钢管(不易破裂，套丝质量高)。冷却管的布设为折线形式，相邻冷却管的间距一般在0．8～1．0m，单根长度一般根据承台的宽度而定，且到承台边的距离不得大于1．0m；冷却管的层距控制在0．8～1．0m，布置的层数根据承台的厚度而定，与上下混凝土面的距离不得小于0．5m。2.2.3布设原则(1)能够有效的降低混凝土内部绝热温度；(2)将大体积混凝土分割成若干个混凝土实体块；(3)冷却管间距一般不得大于1m；(4)冷却管层距一般不宜大于1m。2.2.4布设要求(1)采用焊接接头时，冷却管应焊接牢固，不得出现漏水现象；(2)采用螺纹连接时，螺纹接头处采用胶带作防漏水措施，严禁在接头处使用黄油等油类物质；(3)冷却管层与层之间可错开布置，成锯齿形，便于有效降温；(4)不宜由1根冷却管通长布置在大体积混凝土内部。2.2.5承台冷却管布设(图2，图3)图2图32.2.6通水时间的要求混凝土浇筑完成后，混凝土内水化热开始释放，混凝土的内部温度、表面温度将逐渐升高。在大体积混凝土开始升温时，就在布置的冷却管内通水，利用水的温差带走部分混凝土内部水化热，达到降温的效果；当混凝土内部和表面温度开始明显下降时，可通过现场的实际温度要求间断通水；当混凝土的绝热温度下降速度超过2℃／d，混凝土内部温度与表面温度、表面温度与环境最低温度相差15℃以内时，结束通水[5]。2.2.7搭设养护暖棚冬季混凝土施工，养护期间混凝土芯部与表面、表面与环境(养护棚内)之间的温度差不能大于20℃，采取搭设养护暖棚的方法使混凝土表面接触的四周环境温度满足要求。养护暖棚四周必须严密封闭，内部生火炉，根据温度情况调整火炉型号和数量，满足供热量。2.2.8格控制混凝土的原材料温度和养护工艺为了控制混凝土的出机温度，采用搭设封闭式砂、石料料仓，仓内须设暖风炉，设置1台立式蒸汽锅炉，对拌和用水加温，外加剂罐用保温材料包裹，保证混凝土的原材料温度。混凝土浇筑后，应加强混凝土的保湿、保温养护。冬期搭设暖棚施工，除采用结构物内部通循环水降温外，还必须打破冬季混凝土表面不得洒水的规定，对搭设暖棚后的混凝土承台表面用毛毡全部覆盖严密，并洒水保湿，也可以采用在混凝土表面蓄存一定深度的水，进行蓄水养护。并延长混凝土侧模的拆除时间，以起到侧面保温作用。2.3高层建筑基础底板大体积混凝土温度控制[6]2.3.1大体积混凝土的温度控制2.3.1.1温度组成混凝土的温度，取决于它本身所贮备的热能。在绝热条件下，混凝土内部的最高温度，是浇筑温度与水泥水化热温度的总和。但在实际情况下，由于混凝土的温度与外界环境有温差存在，而结构物四周又不可能做到完全绝热，故在新浇筑的混凝土与其周围环境之间，就会发生热能的交换。结构物的模板、外界气候(包括温度、湿度和风速)和养护条件等因素，都会不断改变混凝土所贮备的内能，并促使混凝土的温度逐渐发生变动。因此，混凝土内部的最高温度，实际上是由浇筑温度、水泥水化热引起的绝热温升和混凝土浇筑后的散热温度三部分构成，如图4所示。前已提及，大体积混凝土的常见问题是由于温度变形而有可能造成的混凝土开裂，这是因为混凝土随着温度变化会发生膨胀或收缩的温度变形，尤其是水泥硬化过程中由于水化放热往往造成极大的温升。混凝土结构物是否出现裂缝涉及的因素较多，一般可归结为温度控制和约束条件两大类，本文探讨大体积混凝土施工过程中的温度控制问题。图42.3.1.2测温技术在大体积混凝土工程中，有很多项目需要进行温度控制。为了做好混凝土的温度监测工作，必须有一个好的测温施工方案。在编制时应考虑以下几点：选择的温度计应正确反应被测物体的真实温度情况，此外，还应配套使用电子测温仪、专用测温线、温度传感器等仪器或元件。测温点的布置、测温的延续时间和次数，应能概括混凝土内部温度场的变化情况，发现问题便于采取对策措施。一般沿浇筑的高度布置在底部、中部和表面，平面测点布置在边缘与中间，测点间距一般为2．5～5m。测温制度。大量试验数据表明，混凝土在浇筑后在1～3d温度处于上升阶段，混凝土内部的最高温度多数发生在浇筑后的3～5d内，5d以后混凝土温度处于下降阶段。因此，在混凝土浇筑后1—5d内应密切观测混凝土温度的变化，每2～4h测温一次，5d以后每6～8h测温一次，同时量测大气温度，直至不采取措施而内表温差、表气温差均可控制在规范的要求范围。温度记录要准确、齐全，一目了然。对混凝土内部不同深度和表面温度进行测量时，所有测点均应编号，并应及时将测温记录送交工地技术负责人阅鉴，以便及时采取相应措施，控制混凝土温度的变化。值得指出的是，当前在大体积馄凝土施工中，对施工过程的温度变化不能进行较严格地监控、预估和预控，只能起到“事后诸葛亮”的作用。如在大体积混凝土浇筑工序前，通过预估程序，事先确定整个基础底板大