大體積混凝土溫控技術(shù)

1、寧波鐵路樞紐大體積混凝土溫控技術(shù)摘要隨著我國地鐵交通事業(yè)的蓬勃發(fā)展，大體積混凝土的使用也隨之增加。 而大體積混凝土的裂縫問題也日益突出，已成了普遍性的問題。本文通過開展對寧波南站站大體積混凝土溫度控制研究，選用中低熱水泥，摻入礦粉和粉煤灰，降低水化熱，設(shè)計(jì)冷卻系統(tǒng)，嚴(yán)格控制保溫養(yǎng)護(hù)措施，對施工過程實(shí)施溫度監(jiān)測，實(shí)現(xiàn)了大體積混凝土溫度控制的信息化施工，達(dá)到了預(yù)期的混凝土防裂要求。關(guān)鍵詞：大體積混凝土；溫度控制；裂縫；水化熱1. 引言大體積混凝土施工地鐵車站施工中最為常見的施工工藝，而通過溫控措施，保證大體積混凝土結(jié)構(gòu)的質(zhì)量，控制溫度應(yīng)力導(dǎo)致的結(jié)構(gòu)裂縫便是重中之重。大體積混凝土特點(diǎn)是：體積大、鋼筋

2、密、混凝土用量多，結(jié)構(gòu)厚實(shí)、工程條件復(fù)雜，施工技術(shù)和質(zhì)量要求高，水泥水化熱易積聚而使結(jié)構(gòu)產(chǎn)生溫度變形、混凝土絕熱溫升高和收縮大。本文通過對寧波鐵路樞紐南站改工程底板大體積混凝土施工的溫控研究，采取降溫措施，監(jiān)控混凝土內(nèi)部溫度，達(dá)到了預(yù)期的混凝土防裂要求。2工程概況寧波市軌道交通二號線鐵路南站站車站全長245.45m（外包），里程為SDK6+404.184SDK6+581.784。車站標(biāo)準(zhǔn)段基坑形狀不規(guī)則，標(biāo)準(zhǔn)段凈寬43.7m46.1m，南端頭井凈寬約為60.2m，北端凈寬約為58.4m。鐵路南站站主體占地面積約為11863平方米。結(jié)構(gòu)底板厚度為2.5m，局部厚度3.85m，其中最大一塊底板混凝

3、土方量共為5000m³，該段底板南北距離為41m，東西距離為47m。3大體積混凝土的溫控方案設(shè)計(jì)3.1優(yōu)化配合比，降低水化熱鐵路南站站底板厚2.5m，底板梁厚3.85m，混凝土為C40P10。底板施工時(shí)正值夏季，晝夜溫差大，白天溫度高達(dá)35左右，導(dǎo)致混凝土結(jié)構(gòu)內(nèi)外溫差大，容易產(chǎn)生溫度裂縫。為了減少溫度裂縫產(chǎn)生對混凝土的質(zhì)量的影響，項(xiàng)目部攪拌站根據(jù)圖紙及規(guī)范要求進(jìn)行多次配合比論證，降低水化熱。同時(shí)降低混凝土的出機(jī)溫度，混凝土入模溫度以達(dá)到控制溫度裂縫的目的。因此，項(xiàng)目部從原材料處入手，優(yōu)化配合比，優(yōu)選了如下材料：（1） 水泥：水泥用量控制在285kg/m3左右；水泥進(jìn)場時(shí)必須有質(zhì)量證明

4、書并及時(shí)進(jìn)行取樣復(fù)試試驗(yàn)報(bào)告，同時(shí)要求水泥入機(jī)溫度不大于60。（2） 粉煤灰：粉煤灰作為膠凝材料的一部分起增強(qiáng)作用，發(fā)熱的速率較低，等量取代水泥可使混凝土內(nèi)部頂峰溫度顯著降低。達(dá)到頂峰溫度的時(shí)間也向后推遲，水化熱緩慢釋放，減小了升溫的幅度，從而降低了混凝土內(nèi)外部的溫差，防止大體積混凝土開裂。粉煤灰代替部分水泥，同時(shí)也可代替部分砂子而增加混凝土的和易性、流動性、粘聚性、保水性、穩(wěn)定性和可泵性，增加灰漿，減少了泌水性，提高了密實(shí)度和抗?jié)B性，也改善混凝土的后期強(qiáng)度。（3） 礦粉：本工程采取礦粉和粉煤灰雙摻的方式以充分發(fā)揮二者之間的“優(yōu)勢互補(bǔ)效應(yīng)”。粉煤灰和礦粉的微集料效應(yīng)和二次水化效應(yīng)，使后期強(qiáng)度均

5、有大幅度的增長，解決大體積混凝土的水化熱和收縮問題，提高其抗裂性。（4） 細(xì)骨料：采用河砂，級配良好，細(xì)度模數(shù)宜在2628之間，含泥量在3以下，砂率應(yīng)控制在3842之間。（5） 粗骨料：采用5-25mn連續(xù)級配、空隙率小的碎石，其含泥量不超過10，選擇強(qiáng)度高、含泥量低的粗骨料，一是為了增強(qiáng)骨料本身的強(qiáng)度，二是可以提高骨料在混凝土中的所占體積，能大幅度降低水泥用量，而且石塊本身也吸收熱量，從而降低混凝土的溫升，使水化熱進(jìn)一步降低。（6） 減水劑：北京中砼緩凝型高效減水劑，在保持混凝土強(qiáng)度不變的情況下，一般可減少拌和用水15左右，相應(yīng)也減少水泥用量。緩凝型減水劑可減緩水泥的硬化速度，延長混凝土初凝

6、時(shí)間，為混凝土分層分塊施工提供了有利條件，同時(shí)延緩水泥水化熱峰值出現(xiàn)時(shí)間，而且為大體積混凝土的連續(xù)澆筑提供了保障。項(xiàng)目攪拌站試驗(yàn)室根據(jù)規(guī)范及圖紙要求，選定了水膠比分別為0.44、0.42、0.40、0.38的配合比進(jìn)行試配。同時(shí)根據(jù)試驗(yàn)混凝土拌合結(jié)果繪制強(qiáng)度、齡期（圖2-1）曲線：圖2-1 混凝土強(qiáng)度、齡期曲線通過不同水膠比的比對，選定了如下理論配合比：水泥：摻合料1：摻合料2：細(xì)骨料：粗骨料：外加劑：膨脹劑：抗裂纖維：水=1:0.23:0.154:2.77:3.67:0.022:0.154:0.61。水膠比為0.40，水泥用量為285kg/m³。該配比泵送混凝土應(yīng)具有良好的和易性和

7、粘聚性，不離析，不泌水。按材料實(shí)際情況，進(jìn)一步優(yōu)選施工配合比；同時(shí)結(jié)合現(xiàn)場施工和材料情況，對施工配合比進(jìn)行調(diào)整。3.2控制澆筑溫度，合理澆筑在每次混凝土開盤之前，試驗(yàn)室要量測水泥、砂、石、水的溫度，并做記錄，計(jì)算其出機(jī)溫度，并估算澆筑溫度。根據(jù)計(jì)算的出機(jī)溫度，反饋攪拌站，采取必要措施進(jìn)行降溫處理。同時(shí)，攪拌站試驗(yàn)室對首盤混凝土進(jìn)行開盤鑒定，全面了解本次澆筑混凝土首盤的工作性能。對首盤混凝土測量其坍落度，觀察混凝土坍落時(shí)分散情況、和易性等。及時(shí)反饋首盤混凝土的質(zhì)量至攪拌樓，攪拌站根據(jù)反饋信息進(jìn)行進(jìn)一步的調(diào)整與優(yōu)化。3.3優(yōu)化澆筑方案，合理降溫保溫底板施工時(shí)，嚴(yán)格按照要求分層，原則上砼分層厚度不大

8、于50cm，在上層砼即將初凝前澆筑下層砼，確?；炷辆S持較好的工作性能，保證砼施工質(zhì)量，杜絕板的龜裂出現(xiàn)。在大體積混凝土施工過程中為了有效降低大體積混凝土的內(nèi)外溫差常采用分塊澆筑。為了保證結(jié)構(gòu)的整體性和施工的連續(xù)性，采用全面分層法澆筑。在澆筑過程中，混凝土振搗是一個(gè)重要環(huán)節(jié)，一定要嚴(yán)格按操作規(guī)程操作，做到快插慢拔，快插是為了防止上層混凝土振實(shí)后而下層混凝土內(nèi)氣泡無法排出，慢拔是為了能使混凝土能填滿棒所造成的空洞。澆筑混凝土?xí)r，振動器振實(shí)過程應(yīng)做到：(1)使用插入式振動器時(shí)，移動間距不應(yīng)超過振動器作用半徑的15倍，與側(cè)模應(yīng)保持5-lOcm距離，應(yīng)避開預(yù)埋件或監(jiān)控元件1015cm，應(yīng)插入下層混凝土

9、5-lOcm；(2)對每一部位混凝土必須振動到密實(shí)為止，密實(shí)的標(biāo)志是：混凝土停止下沉，不再冒氣泡，表面呈平坦、泛漿。同時(shí)及時(shí)處理混凝土由于泌水而產(chǎn)生的水。大體積混凝土澆筑完成后，采用外排內(nèi)保的養(yǎng)護(hù)方式進(jìn)行保溫保濕養(yǎng)護(hù)，養(yǎng)護(hù)要求并應(yīng)符合下列規(guī)定、應(yīng)專人負(fù)責(zé)保溫養(yǎng)護(hù)工作，并應(yīng)按本規(guī)范的有關(guān)規(guī)定操作，同時(shí)應(yīng)做好測試記錄；、保濕養(yǎng)護(hù)的持續(xù)時(shí)間不得少于14d，應(yīng)經(jīng)常檢查塑膠薄膜或養(yǎng)護(hù)劑涂層的完整情況，保持混凝土表面濕潤。、保溫覆蓋層的拆除應(yīng)分層逐步進(jìn)行，當(dāng)混凝土的表面溫度與環(huán)境最大溫差小于20時(shí)，可全部拆除。、在混凝土澆筑完畢初凝前，宜立即進(jìn)行噴霧養(yǎng)護(hù)工作。、塑膠薄膜、麻袋、阻燃保溫被等，可作為保溫材料

10、覆蓋混凝土和模板，必要時(shí)，可搭設(shè)擋風(fēng)保溫棚或遮陽降溫棚。在保溫養(yǎng)護(hù)過程中，應(yīng)對混凝土澆筑體的里表溫差和降溫速率進(jìn)行現(xiàn)場監(jiān)測，當(dāng)實(shí)測結(jié)果不滿足溫控指標(biāo)的要求時(shí)，應(yīng)及時(shí)調(diào)整保溫養(yǎng)護(hù)措施。3.3優(yōu)化降溫方案除了對混凝土配合比、澆筑方法控制外，在澆筑前，優(yōu)化降溫方案，通過兩比選，選取最優(yōu)降溫措施。3.3.1預(yù)埋散熱管預(yù)埋散熱管，通入管內(nèi)注水將內(nèi)部熱量散發(fā)。在砼澆筑之前，預(yù)先在澆筑范圍內(nèi)按間距a=1.5m放置48的鋼管作散熱管。砼中心溫度通過散熱管傳遞到保溫層下面，提高砼表面溫度，減小溫差。散熱管在底板地面找平前用同標(biāo)號砼將其灌實(shí)。選取A1板進(jìn)行埋設(shè)散熱管方案降溫，測溫并繪制A1板測溫記錄（圖2-2）。

11、3.3.2埋設(shè)冷凝管在底板鋼筋綁扎過程中，在結(jié)構(gòu)中心部位埋設(shè)48的鋼管作冷凝管。冷凝管按雙S型布置，進(jìn)水管設(shè)置于底板一角，出水管設(shè)置于進(jìn)水管對角。底板混凝土澆筑完成后，往進(jìn)水管里注水，通過循環(huán)水將混凝土內(nèi)部熱量帶出，實(shí)現(xiàn)人工導(dǎo)熱。在混凝土內(nèi)部溫度穩(wěn)定并停止測溫后，往冷凝管進(jìn)行注漿封閉。選取A3板進(jìn)行埋設(shè)冷凝管降溫方案，測溫并繪制A3板測溫記錄（圖2-3）。 圖2-2 A1板測溫記錄 圖2-3 A3板測溫記錄通過A1、A3板測溫記錄分析，3天混凝土溫度均達(dá)到最大值，A1板溫度為58.31，A3板溫度為53.54，埋設(shè)冷凝管降溫措施優(yōu)于埋設(shè)散熱管降溫。為了確認(rèn)埋設(shè)冷凝器管方案的優(yōu)越性，選取B4板埋

12、設(shè)埋設(shè)冷凝管降溫，并繪制了B4板測溫記錄（圖2-4）。圖2-4 B4板測溫記錄通過對B4板測溫記錄，3天溫度峰值為55.24，升溫速率、降溫速率接近A3板測溫曲線。可得出埋設(shè)冷凝管，采用循環(huán)水降溫較好。同時(shí)，采用冷凝管降溫，相對于散熱管灌注同標(biāo)號混凝土后期注漿施工方便。4混凝土溫控現(xiàn)場監(jiān)測在混凝土澆筑完成后及時(shí)進(jìn)行溫度監(jiān)測，實(shí)現(xiàn)信息化控制，在混凝土內(nèi)部布設(shè)8個(gè)溫度測點(diǎn)，隨時(shí)控制混凝土內(nèi)的溫度變化，以便及時(shí)調(diào)整保溫及養(yǎng)護(hù)措施，使混凝土的溫度梯度和濕度不至過大，以有效控制裂縫。4.1溫控監(jiān)測的內(nèi)容和要求在監(jiān)測砼溫度變化的同時(shí)，還應(yīng)對氣溫、冷卻水管進(jìn)出口水溫、混凝土出機(jī)溫度，入模溫度、澆筑溫度等均進(jìn)

13、行監(jiān)測。出機(jī)溫度、入模溫度、澆筑溫度監(jiān)測應(yīng)在砼澆筑過程中進(jìn)行。砼的溫度監(jiān)測，冷卻水溫度監(jiān)測應(yīng)在砼澆筑完成后立即進(jìn)行且每天不少于4次測溫，持續(xù)7天，轉(zhuǎn)入每天測2次，隨著砼溫差變化減少，逐漸延長監(jiān)測間隔時(shí)間，直到溫度變化基本穩(wěn)定。每次檢測完后及時(shí)填寫混凝土測溫記錄表。4.2溫控標(biāo)準(zhǔn)針對本工程特點(diǎn)，依據(jù)相關(guān)規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)，制定了如下溫控標(biāo)準(zhǔn)：砼澆注體升溫：混凝土澆筑體在入模溫度基礎(chǔ)上的升溫值不大于40。里表溫差：混凝土澆筑體的里表溫差不大于25。降溫速度:混凝土澆筑體的降溫速率為2/d。大氣溫差：混凝土澆筑體表面與大氣溫差不大于20。4.3測溫元件的選擇與布置本工程采用的溫度測試元件為型號為FAS-T-D

14、Z120型溫度傳感器，其主要技術(shù)指標(biāo)為：溫度測量范圍-50+120；溫度測量精度±0.3；采用的溫度采集儀為FAS-XZRB-B1型便攜式采集儀，其主要技術(shù)指標(biāo)為：頻率5003500HZ；溫度-50120；精度±0.3。4.3.1測溫元件的布置大體積混凝土澆筑體內(nèi)監(jiān)測點(diǎn)的布置，應(yīng)真實(shí)地反映出混凝土澆筑體內(nèi)最高溫升、里表溫差、降溫速率及環(huán)境溫度，可按下列方式布置：、監(jiān)測點(diǎn)的布置范圍應(yīng)以所選混凝土澆筑體平面圖對稱軸線的半條軸線為測試區(qū)，在測試區(qū)內(nèi)監(jiān)測點(diǎn)按平面分層布置；、在測試區(qū)內(nèi)，監(jiān)測點(diǎn)的位置與數(shù)量可根據(jù)溫凝土澆筑體內(nèi)溫度場分布情況及溫控的要求確定；、在每條測試軸線上，監(jiān)測點(diǎn)位

15、宜不少于4處，應(yīng)根據(jù)結(jié)構(gòu)的幾何尺寸布置；、沿混凝土澆筑體厚度方向，必須布置外面、底面和中凡溫度測點(diǎn)，其余測點(diǎn)宜按測點(diǎn)間距不大于600mm布置；、保溫養(yǎng)護(hù)效果及環(huán)境溫度監(jiān)測點(diǎn)數(shù)量根據(jù)具體需要確定；、混凝土澆筑體的外表溫度，宜為混凝土外表以內(nèi)50mm處的溫度；、混凝土澆筑體底面的溫度，宜為混凝土澆筑體底面上50mm處的溫度。詳見如下示意圖3-1、3-2 4-1 測溫元件平面布置圖 4-2測溫元件立面布置圖4.4溫控監(jiān)測的結(jié)果與分析根據(jù)所測溫度，匯總混凝土溫度情況表，繪制底板砼分塊斷面平均溫度過程曲線（見圖2-2、2-3、2-4）。按照設(shè)計(jì)提供施工縫的位置，底板分塊為11段，分別為A1、A2、A3、

16、B1、B2、B3、B4、C1、C2、C3、C4。選用A1、A3、B4板溫度監(jiān)測數(shù)據(jù)作為結(jié)果分析。4.4.1溫度實(shí)測結(jié)果分析估計(jì)監(jiān)測結(jié)果，可以得出：（1） 由斷面平均溫度過程線可知，A1、A3、B4板混凝土溫度變化都有急劇的升溫和緩慢降溫的特征，直到最后達(dá)穩(wěn)定階段。升溫階段一般只有23天，升溫達(dá)到峰值居，高溫峰值時(shí)間較短，一般約28h。（2） 從斷面平均溫度過程曲線的下降速度可知，砼峰值出現(xiàn)后。砼降溫速率不同，這與各層砼澆筑時(shí)層厚、澆筑溫度、氣溫和通水時(shí)間有關(guān)。通過冷凝管循環(huán)水散熱，能明顯降低混凝土內(nèi)部溫度，且降溫速率優(yōu)于埋設(shè)散熱管。（3） 砼澆筑后，水泥水化熱對于混凝土的溫度影響起主導(dǎo)作用，7天后混凝土的溫度變化曲線隨環(huán)境氣溫的變化出現(xiàn)一定的波動，變化比較平緩。4.5理論計(jì)算與實(shí)測結(jié)果的分析與對比理論計(jì)算結(jié)果與測試結(jié)果均滿足該大體積混凝土工程對裂縫的控制。通過比較，理論與實(shí)測值均為升溫速率較快，降溫速率較慢。在理論與實(shí)測值的對比中，可以得到，最高溫度相差不大，升溫實(shí)際、峰值的持續(xù)時(shí)間和降溫速度基本吻合。而相差較大的是升溫期間各層溫度相差比較大?？赡芤?yàn)橐皇菨仓陂g散熱不均勻，二是澆筑初期外界環(huán)境對現(xiàn)澆混凝土的影響。5結(jié)束語