8、大體積混凝土內(nèi)降溫施工工法

1、大體積混凝土內(nèi)降溫施工工法四公司 張輝1前言大體積混凝土在施工過程中，裂縫的成因較多，有大量的資料表明，大體積混凝土裂 縫產(chǎn)生的主要原因有：內(nèi)外溫差過大；混凝土收縮；施工冷縫；施工工藝及其它 因素。其中內(nèi)外溫差溫差產(chǎn)生的裂縫缺陷比例占到總體統(tǒng)計數(shù)量的60%以上，所以控制室內(nèi)外溫差是有效避免產(chǎn)生溫度的措施方法。在大體積混凝土施工過程中，外部溫度只要通 過合理有效的施工組織，就能達(dá)到理想效果，而混凝土內(nèi)部產(chǎn)生的熱量就不容易控制，所 以本文結(jié)合工程實例，對內(nèi)降溫應(yīng)用對大體積混凝土產(chǎn)生的效果進(jìn)行討論，并應(yīng)用測溫監(jiān) 控，來反映內(nèi)降溫技術(shù)的成效。2工法特點本工法采用成熟的循環(huán)冷卻水內(nèi)降溫施工工藝，循環(huán)冷卻

2、水內(nèi)降溫法具有施工工藝簡 單、便捷，施工周期短，施工質(zhì)量保證，效果顯著等特點。3適用范圍本法適用于一般工業(yè)、市政工程中斜拉橋的索塔、承臺及基礎(chǔ)、橋梁支墩等和民用建 筑工程中高層建筑的箱型基礎(chǔ)、筏型基礎(chǔ)等實體大體積鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)施工。4工藝原理溫差裂縫產(chǎn)生的主要原因是水泥水化熱引起的混凝土內(nèi)部和混凝土表面的溫差過大。特別是大體積混凝土更易發(fā)生此類裂縫。溫差的產(chǎn)生主要有三種情況：第一種是在混凝土 澆筑初期，這一階段產(chǎn)生大量的水化熱，形成內(nèi)外溫差并導(dǎo)致混凝土開裂，這種裂縫一般 產(chǎn)生在混凝土澆筑后的第3d（升溫階段）。另一種是在拆模前后，這時混凝土表面溫度下降很快，從而導(dǎo)致裂縫產(chǎn)生。第三種情況是當(dāng)混凝

3、土內(nèi)部溫度高達(dá)峰值后，熱量逐漸散發(fā)而 達(dá)到使用溫度或最低溫度，它們與最高溫度的差值即內(nèi)部溫差。這三種溫差都會產(chǎn)生裂縫，但最嚴(yán)重的是水化熱引起的內(nèi)外溫差。本工法采用在混凝土內(nèi)循環(huán)冷卻水降溫，混凝土外 面保溫施工工藝，保證混凝土在終凝之前混凝土內(nèi)外溫差梯度值w25 C,以此防止混凝土產(chǎn)生的溫度應(yīng)力不均衡而導(dǎo)致產(chǎn)生溫度裂縫。圖4.1溫度應(yīng)力在汽輪機(jī)基礎(chǔ)底板混凝土內(nèi)分布圖綜上所述，在承臺等大體積混凝土施工前，必須進(jìn)行混凝土的溫度變化、應(yīng)力變化的估算，以確定養(yǎng)護(hù)措施、分層厚度、澆筑溫度等施工措施，并以此來指導(dǎo)施工5 施工工藝流程及操作要點5.1工藝流程主要施工工藝流程為：施工準(zhǔn)備t循環(huán)水冷卻水管安裝t混

4、凝土澆筑施工t循環(huán)冷卻5.1。水循環(huán)通水t測溫t混凝土外保溫、蓄水養(yǎng)護(hù)，施工工藝流程圖見圖 施工準(zhǔn)備循環(huán)水冷卻水管安裝混凝土澆筑施工循環(huán)水冷卻水循環(huán)通水測溫混凝土外保溫、蓄水養(yǎng)護(hù)圖5.1 施工工藝流程圖5.2 施工準(zhǔn)備5.2.1 材料準(zhǔn)備1、 盡量選用低熱或中熱水泥（如礦渣水泥、粉煤灰水泥），在條件許可的情況下，應(yīng)優(yōu)先選用收縮性小的或具有微膨脹性的水泥。2、適當(dāng)攙加粉煤灰?；炷林袚接梅勖夯液?，可提高混凝土的抗?jié)B性、耐久性，減少 收縮，降低膠凝材料體系的水化熱，提高混凝土的抗拉強(qiáng)度，抑制堿骨料反應(yīng)，減少新拌 混凝土的泌水等。3、 選擇級配良好的骨料。應(yīng)選擇線膨脹系數(shù)小、巖石彈模較低、表面清潔無

5、弱包裹層、級配良好的骨料。4、適當(dāng)選用高效減水劑和引氣劑。5.2.2 技術(shù)準(zhǔn)備在混凝土澆注前應(yīng)根據(jù)混凝土配合比、各種原材料的攪拌前溫度、施工時大氣平均溫度及混凝土的最大厚度等條件計算出：（1）混凝土的絕熱溫度，（2）混凝土內(nèi)部實際最高溫度，( 3)混凝土的表面溫度，( 4)如果采用保溫法養(yǎng)護(hù)混凝土，則要計算出保溫隔熱材料的厚度。汽機(jī)基礎(chǔ)底板為大體積混凝土，需對其內(nèi)外最大溫差進(jìn)行測算，確定是否需采取措施 降低混凝土內(nèi)外溫差，減小溫度應(yīng)力，防止出現(xiàn)裂縫。1 最大絕熱溫升Th=( m(+K- F) Q/ c p式中：Th 混凝土最大絕熱溫升 (C)；mc 混凝土中水泥用量(kg / m3)；F 混凝

6、土活性摻合料用量 (kg/ m3 ) ，本工程指粉煤灰；K 摻合料折減系數(shù)，粉煤灰取0.250.30 ;Q 水泥 28d 水化熱 ( kj / kg) ，查表可得；c 混凝土比熱容；p混凝土密度。2 混凝土中心計算溫度Ti(t) =Tj + Th - E (t)式中 T1(t) t 齡期混凝土中心計算溫度，因三天齡期時混凝土溫升最大，故取3d 齡期；Tj混凝土澆筑溫度(C)，控制在 28 C以內(nèi)，取 28 C；E (t) 3 天齡期降溫系數(shù)，查表可得。3混凝土表層(表面下50mm100mm處)溫度S1) 保溫材料厚度合=0.5 h 入 x( T2 Tq) K/ 入(Tmax T2)式中：S 保

7、溫材料厚度；入x 所選保溫材料導(dǎo)熱系數(shù)W/(m K),本工程擬用塑料薄膜、麻袋覆蓋養(yǎng)護(hù),導(dǎo)熱系數(shù)取草袋的值，入x=0.14 ;Tmax 計算得混凝土最高溫度(C),根據(jù)經(jīng)驗T2 Tq=15 C20 C , TmaxT2=20C 25C；Kb 傳熱系數(shù)修正值 , 查表可得。2) 蓄水養(yǎng)護(hù)深度hw=x M( Tmax- T2) Kb 入 w/(700Tj+0.28mc- Q)式中： hw 養(yǎng)護(hù)水深度 (m) ；x 混凝土維持到指定溫度的延續(xù)時間，即蓄水養(yǎng)護(hù)時間(h),本工程 養(yǎng)護(hù)時間 為 14d ；M 混凝土結(jié)構(gòu)表面系數(shù)( 1/m)；F 與大氣接觸的表面積(m2) ；V 混凝土體積 (m3) ；T

8、max T2 一般取 20 25( C )；Kb 傳熱系數(shù)修正值 , 查表可得；700 折算系數(shù)KJ/ ( m5 K)入w 水的導(dǎo)熱系數(shù)，取0.58W/(m K)。3) 混凝土表面模板及保溫層的傳熱系數(shù)3 =1/: E3 i / 入 i +1/ 3 a式中：3 混凝土表面模板及保溫層等的傳熱系數(shù)W(K)；S i 各保溫材料厚度(m);入i 各保溫材料導(dǎo)熱系數(shù)W(K);3 q 空氣層的傳熱系數(shù)，取23 W/( m - 0。4) 混凝土虛厚度h=k 入/ 3式中：h 混凝土虛厚度(m)k 折減系數(shù)；入一混凝土導(dǎo)熱系數(shù)。5) 混凝土計算厚度H=h+2h式中： H 混凝土計算厚度(m) ；h 混凝土實

9、際厚度(m) 。6) 混凝土表層溫度T2(t)=T2+4 h (H h ) T1(t)Tq /H24 混凝土內(nèi)外溫差T(t) =T1(t) T2(t) = v 25 C 即可。式中： T(t) 混凝土內(nèi)外溫差通過計算，開封電廠在汽輪發(fā)電機(jī)基礎(chǔ)的底板混凝土工 程施工中，準(zhǔn)備采取塑料薄膜、麻袋覆蓋和蓄水養(yǎng)護(hù)等保溫措施，在混凝土中摻低水化熱 的粉煤灰和 FDN-800 緩凝型高效減水劑減少水泥用量來降低水化熱，在基礎(chǔ)底板內(nèi)預(yù)留蛇 形鋼管(見附頁)，使混凝土內(nèi)外溫差降至25 C以內(nèi)，可防止混凝土中出現(xiàn)溫度裂縫。5.3 循環(huán)水管安裝為了保證混凝土的質(zhì)量，減少混凝土水化熱對本工程汽輪發(fā)電機(jī)筏形整板基礎(chǔ)混凝

10、土 造成裂縫，在施工時采用冷卻水管循環(huán)降溫的方法。(1)循環(huán)水管采用直徑50mm無縫鋼管焊接，循環(huán)冷卻水管沿底板高度方向共布三層， 標(biāo)高分別為底層 -7.05m ，中間層為 -6.2m， 頂層 -5.35m， 每層冷卻管配一潛水泵以供循環(huán)水水源進(jìn)水，每層水管的垂直進(jìn)、出水口互相錯開，且出水口有調(diào)節(jié)流量的水閥和測流量 設(shè)備。（2）循環(huán)冷卻水管安裝時，要以鋼筋骨架和支撐桁架固定牢靠，防止混凝土灌注時水管變形及脫落而發(fā)生堵水和漏水，并做通水試驗。冷卻水管布置示意圖詳見5.3出水口進(jìn)水口汽機(jī)底板中間層循環(huán)水管布置圖505047.05809進(jìn)水口出水口0.15J 0.445.950.40.15 0汽機(jī)底

11、板上、下層循環(huán)水管布置圖圖5.3 循環(huán)水管布置圖5.4 混凝土澆筑混凝土澆筑采用斜面分層法進(jìn)行，使混凝土在澆筑過程中均勻上升，降低水泥水化熱 （內(nèi)部）。施工時應(yīng)在早晨或下午4:00以后，從而避免中午高溫，并在混凝土攪拌時采用水 溫較低的符合要求的井水?dāng)嚢?，用井水給碎石降溫。5.5 循環(huán)冷卻水通水每層循環(huán)水管被混凝土覆蓋并振搗完畢，即可在該層水管內(nèi)通水。循環(huán)冷卻水的流量可控制在 1.21.5 m3/h,使進(jìn)、出水的溫差不大于6oG循環(huán)冷卻管排出的水在混凝土灌注未完之前，應(yīng)立即排除圍堰外，不得排至混凝土頂面。針對工程實地循環(huán)冷卻水采用地下水，循環(huán)水持續(xù)養(yǎng)生7d。通過冷卻排水，帶走混凝土體內(nèi)的熱量。

12、5.6 測溫（1）在混凝土澆注前應(yīng)根據(jù)實際情況選擇大體積混凝土測溫點，并埋設(shè)測溫測溫管，測溫點布置以能夠真實的反映出混凝土的內(nèi)外溫差、降溫速度為準(zhǔn)（本工程測溫點布置在“邊、中、邊”，以便充分準(zhǔn)確反映混凝土內(nèi)水化熱溫度）。每個測溫點在測溫管里面布置上、中、下三個溫度計，上、中、下三個溫度計測溫點布置如下圖5.6，中間溫度計居中（根據(jù)測溫管高度，事先在外把溫度計測溫點高度做好）。（2）設(shè)專人進(jìn)行晝夜測溫，并詳細(xì)記錄，溫度上升階段每2 h測溫一次，溫度下降階段每6 h測溫一次，24h循環(huán)測試監(jiān)控，對各測點定時定點測溫，三天后每8h測量一次，直至混凝土溫度降至10 C以下?；炷羶?nèi)部溫度與混凝土表面溫

13、度之差不能超過25 C。在混凝土養(yǎng)護(hù)過程中，一旦發(fā)現(xiàn)混凝土內(nèi)外溫差超過25 C,立即通知施工部門及時調(diào)整保溫及養(yǎng)護(hù)措施。鋼管el水h1h匚 ;_03Jt圖5.6 溫度計測溫布置點圖5.7 混凝土外保溫、蓄水養(yǎng)護(hù)在混凝土澆筑完之后表面采用塑料薄膜或彩條布覆蓋，再用麻袋覆蓋， 側(cè)模7天后拆模，并立即覆蓋塑料薄膜加蓋麻袋養(yǎng)護(hù)，在混凝土表邊圍堰蓄水養(yǎng)護(hù)，蓄水深度不小于 50mm，混凝土養(yǎng)護(hù)派專人進(jìn)行。混凝土拆模后，應(yīng)盡量縮短暴露時間，及時回填。6材料與設(shè)備本工法主要機(jī)械設(shè)備及設(shè)施見表6。表6 主要機(jī)械設(shè)備及設(shè)施序號名稱型號數(shù)量備注1潛水泵40-15-303臺用于循環(huán)水管供水2黑鐵管50米用于循環(huán)水3溫

14、度計9根4塑料布/5麻袋/7 質(zhì)量控制7.1汽輪發(fā)電機(jī)底板結(jié)構(gòu)施工按混凝土結(jié)構(gòu)工程施工質(zhì)量驗收規(guī)范(GB50204-2012 )、火電施工規(guī)范進(jìn)行和檢查、驗收。7.2 拌制混凝土的原材料均需進(jìn)行檢驗，合格后方可使用。同時要注意各項原材料的溫 度，以保證混凝土的入模溫度與理論計算基本相近。7.3 在混凝土攪拌站設(shè)專人摻入外加劑，摻量要準(zhǔn)確。7.4 由于本工程混凝土澆筑采取由南北兩側(cè)向中間同時推進(jìn)。采用自然分層施工法施工， 利用混凝土自然流淌形成的斜坡進(jìn)行分層， “采用分段定點下料，一個坡度、薄層澆筑，循 序漸進(jìn)，一次到頂”的澆筑方法。故此，混凝土振搗工作需安排專項施工工長密切關(guān)注， 振搗棒應(yīng)由下

15、料口依次往前推移，防止局部振搗不到位，導(dǎo)致局部混凝土初凝甚至終凝。7.5 試驗部門設(shè)專人負(fù)責(zé)測溫及保養(yǎng)的管理工作，發(fā)現(xiàn)問題應(yīng)及時向項目技術(shù)負(fù)責(zé)人匯報。8 安全措施8.1 在施工中進(jìn)行作業(yè)時，各項工作必須嚴(yán)格按照制定的施工作業(yè)方案和操作規(guī)程進(jìn) 行。8.2 場內(nèi)所有車輛的移動必須有專人指揮，統(tǒng)一調(diào)度，移動及起吊作業(yè)時必須有專門人員指揮。8. 3 混凝土振搗工必須穿絕緣鞋、戴絕緣手套，此次混凝土連續(xù)作業(yè)，需安排好工人交 接班，杜絕工人疲勞作業(yè)。8. 4 在施工前應(yīng)全面檢查施工機(jī)械，發(fā)現(xiàn)有問題及時解決，檢查后要進(jìn)行試運(yùn)轉(zhuǎn)，嚴(yán)禁 機(jī)械帶病作業(yè)。加強(qiáng)機(jī)械的維護(hù)保養(yǎng)，保證機(jī)械各項設(shè)備和部件、零件的正常使用。

16、9 環(huán)保措施施工現(xiàn)場應(yīng)按規(guī)定采取措施控制噪聲并對循環(huán)冷卻水集中排放，防止造成泥漿污染。10 效益分析10.1 降低了勞動強(qiáng)度，提高了工效，縮短了工期，還保證了工程質(zhì)量和施工安全操作的可靠性。10.2 2013 年2014 年華能萊蕪百萬機(jī)組擴(kuò)建工程 , 提前工期 18d, 降低施工成本 4.91 萬。10.3 2013年2014年在中電投習(xí)水二郎 4X660MW 新建工程 1#、2#汽機(jī)房汽輪發(fā)電機(jī)鋼筋混凝土基礎(chǔ)底板工程施工中, 提前工期 14d, 降低施工成本 4.13 萬。10.4 2012 年在中電投寧夏中衛(wèi)電廠 2X350MW 工程 1#、 2#汽機(jī)房汽輪發(fā)電機(jī)鋼筋混凝 土基礎(chǔ)底板工程

17、中 , 提前工期 12d, 降低施工成本 2.11 萬。10.5 本施工方法取得成功，使公司針對施工企業(yè)大體積混凝土施工裂縫的控制得到了新 的發(fā)展、新的突破，顯示了企業(yè)的實力，提高了知名度，受到了建設(shè)單位、設(shè)計單位、監(jiān) 理單位等多方面的廣泛贊譽(yù)，取得了良好的社會效益和經(jīng)濟(jì)效益。11 應(yīng)用實例11.1 本工法 2013 年 2014 年用于華能萊蕪百萬機(jī)組擴(kuò)建工程。該工程#7 汽輪發(fā)電機(jī)基礎(chǔ)底板為整體板式鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，平面尺寸為55.805m X 20.116m，基礎(chǔ)底標(biāo)高為-7.5m ,基礎(chǔ)底板高3.5m，屬 于大體積混凝土結(jié)構(gòu)。底板設(shè)計為C40混凝土，混凝土方量約為3800m3，底板上部設(shè)計有凝結(jié)器等設(shè)備基礎(chǔ)、框架柱及部分混凝土支墩、泵坑坑壁等。11.2 本工法 2013年2014年在中電投習(xí)水二郎 4X660MW 新建工程 1 #、2#汽機(jī)房汽輪發(fā)電機(jī)鋼筋混凝土基礎(chǔ)底板工程運(yùn)用。汽輪發(fā)電機(jī)基礎(chǔ)鋼筋混凝土底板外形尺寸為 46.725m x 16m x 3m ,底板底面標(biāo)高 -7.7m ;底板上部設(shè)計有設(shè)備基礎(chǔ)、框架柱及部分混凝 土支墩、泵坑坑壁。