谈冷却水管在大体积混凝土施工中的应用

谈冷却水管在大体积混凝土施工中的应用

河南省交通建设工程有限公司王志红

摘要：本论文结合实际采用设置冷却水管及其附属措施在大体积混凝土承台中的应用，减少了因温差原因引起的大体积混凝土裂缝的产生，确保了大体积混凝土的施工质量。

关键词：冷却水管大体积混凝土应用

目前，在大体积混凝土施工过程中，内外温差的有效控制是减少温差引起混凝土裂缝的最有效途径。在2012年，由我公司承建的开封新区东京大桥的主桥承台大体积混凝土在4月下旬及5月上旬施工中，采用了在承台内埋置冷却水管主要施工工艺及相关附属措施，取得了良好的效果，有效消除了温差引起的裂缝，下面结合施工实际予以介绍，以供同仁们参考：

1 东京大桥大体积承台的基本情况

大体积承台有两种结构尺寸：长×宽×高=14.7m×9.5m×3.5m（4个），

长×宽×高=17.4m×10.5m×3.5m（4个）。

承台混凝土设计标号为C30，配合比标号如下：

水泥粉煤灰砂石水缓凝外加剂

400 764 1056 170 8.0

2 大体积承台绝热温升分析及计算

由于承台混凝土体积大, 相对水泥用量较多，混凝土产生的水化热较高。为控制承台基础混凝土结构内部因水化热引起的绝热温升,防止因混凝土结构内外温差过大而产生裂缝,现对其进行绝热温升等分析和计算。

水化热绝热温度及最大水化热绝热温度T

（ｔ）

（℃）

混凝土的水化热绝热温升值，一般按下式计算：

T （ｔ）=[m

c

Q／c·ρ]*（1-e-mt）

T

（ｔ）

—浇完一段时间，混凝土的绝热升温值，℃；

m

c

—每立方米混凝土水泥用量，kg/m3；本配比用量400kg/m3。

Ｑ—水泥水化热量，J/kg；对于42.5号普通硅酸盐水泥取用377J/kg；C—混凝土的比热，一般取0.96KJ/kg·℃；

ρ—混凝土的质量密度，取2400kg/m 3 ｅ—常数，为2.718；

ｍ—与水泥品种，浇捣时与温度有关的经验系数，一般为0.2～0.4。本计算取用均值0.3；

ｔ—混凝土浇筑后至计算时的天数，d ；

各龄期混凝土的水化热绝热温升值计算

在实际中，一般3天为水化热绝

热温升值最大值，和理论计算有一定出入，施工实际中我们将在砼内部埋设测温探头以掌控温度，以调节水流速度以控制砼内外温差。

根据规范规定大体积混凝土的中心温度与表面温度之间的差值以及混凝土表面温度与室外空气中最低温度（经调查开封当地4月份历年温度最低值为６～１３℃，5月上旬历年温度最低值为１３℃）之间的差值均应小于 25℃。若经计算确认结构物混凝土具有足够的拉裂能力时,允许不大于25℃-30℃。但本桥承台混凝土内外温差均大于规定值,所以在施工中必须采取必要措施,才能保证承台混凝土结构质量。

3 埋置冷却水管主要施工工艺及相关附属措施

通过绝热温升分析及计算，我们在施工中主要采用了埋置冷却水管施工工艺及相关附属措施以达到控制温差的目的。

3.1埋置冷却水管

通过冷却水的热交换，降低砼结构的中心温度。冷却水管采用直径φ32mm 一般水管,水平间距120cm,每层垂直间距120cm 左右,共布置2层,进口设有调节流量的水阀。冷却水管安装后,进行压力通水检验,以免渗漏。每层循环冷却水管被灌筑的混凝土掩盖并震捣完毕后即可在该层循环冷却水管内通井水。一般情况下,冷却水的流量越小,进出水的温差就越大,即出口水温度越高,这将会影响冷却水和混凝土的热交换,

T（t）℃天数mc*Q C*ρ-mt 1-e -mt 16.9611508002304-0.30.259229.5321508002304-0.60.451238.8431508002304-0.90.593445.7441508002304-1.20.698850.8451508002304-1.50.776854.63

6

150800

2304

-1.8

0.8347

使带出的热量减少。因此,要通过水阀,调整循环水流量,并作好进出水温记录,控制好温差。施工中冷却管严格按预设的要求进行布置，以保证降温效果。

施工中实际布置如下：

第二层冷却管

第一层冷却管

3.2 对承台混凝土进行保湿蓄热养护

蓄热养护的作用在于减少表面的热扩散,避免产生表面裂缝。保湿养护可以防止混凝土表面脱水而产生干缩裂缝,并可使水泥水化作用顺利进行,提高混凝土的极限抗拉、抗压强度。施工中计划采用以下养护措施:

3.2.1晚拆承台模板，防止热量散失；在表面覆盖土工布后再加盖帆布。

3.2.2 用冷却管流出的水进行养护,经常浇水,保持混凝土表面湿润。

3.3、对承台砼进行温控测量。

3.3.1为测定结物内部温度,在承台混凝土中埋设测温元件,随时观察混凝土结构内外温差变化情况。根据观测结果确定冷却水管通水时间和蓄热养护时间。为了准确全面地了解砼的温度变化和分布规律，在承台中埋设测温探头，测温元件埋设个数及其分布情况如下图，测温片下端位于承台厚度的1/2处。

位于对角线一半的

中心处

位于承台中

心

一般地说，混凝土的最高温度出现在浇筑后的第三天左右,较大的温度梯度出现在承台四周及表面附近,且都在降温阶段出现,因此降温阶段必需注意加强承台的保

温养护。承台混凝土灌注后第10天,混凝土内部最高温度可降至 50℃以下,温度梯度均小于20℃,此时可以停止冷却水循环和蓄热养护, 进行下一道施工工序。

3.3.2各时段内、表温度监测控制如下：

东京大桥主墩承台内、表温度监测控制统计表

时间承台内

日平均

温度℃

承台表

日平均

温度℃

内表日

平均温

差℃

平均进

水温

度℃

平均出

水温

度℃

出进水

温差℃

日平均

气温℃

采取的对应

措施

2012-4-28 59 41 18 33 41 8 20 正常流速

2012-4-29 69 50 19 44 50 6 22 正常流速

2012-4-30 70 41 29 34 41 7 19 加大流量

2012-5-1 68 42 26 36 42 6 24 加大流量

2012-5-2 64 41 23 35 41 6 25 正常流速

2012-5-3 55 40 15 32 40 8 24 正常流速

2012-5-4 51 41 11 36 41 5 25 正常流速

说明：承台为C30砼，完工时间为28日凌晨1点，施工后每小时测量一次，一天测量24次，平均数为24次的均值。

由上表统计数据可知，埋置冷却管很好的解决了内、表温差问题，使温差控制在规范规定的范围，达到了预期的目的。

3.4 减少温差的辅助对策

3.4.1采取分层灌注承台混凝土,使混凝土部分热量散发到空气中。

3.4.2降低混凝土入模温度。混凝土内部温度是水泥水化热的绝热温升、浇筑温度和结构物的散热温降等各种温度的叠加。因此,降低混凝土入模温度,可降低混凝土内部温度。施工中采取如下措施实现降温目的:

3.4.2.1 水泥应经过充分时效方可投入使用（一般不少于7d），不使用时效不足7d的“热”水泥；

3.4.2.2用井水冲洗石料,降低石料温度;

3.4.2.3直接采用现抽井水进行混凝土的拌合，以减低混凝土的初始拌合温度；

3.4.2.4有条件时，可对砂石料进行遮盖,减小太阳直射升温。

3.4.3合理选择原材料,优化混凝土配合比

3.4.3.1选用由焦作千叶水泥厂生产的42.5号普通硅酸盐水泥，水泥水化热为377J/kg；

3.4.3.2采用级配良好的新乡产5～25mm碎石,减小针状、片状、石粉含量;

3.4.3.3采用优质平顶山鲁山河砂（中砂）,细度模数在2.6左右,含泥量小于1%:

3.4.3.4 在承台混凝土中掺用缓凝剂,延长混凝土初凝时间(18 小时左右),满足砼设计强度和施工性能,延缓水泥水化热峰值出现的时间;

3.4.3.5 混凝土坍落度控制在120mm-160mm,和易性好,不泌水。

4、取得的效果

由于采用了设置冷却管通循环水冷却，对混凝土外部采取覆盖蓄热保温等措施，解决了由于大体积混凝土内外温差过大而引起的温差裂缝，至今已施工的8个大体积承台，没有出现温差裂缝。