大體積混凝土溫度控制

滬杭高鐵四標一工區(qū)(gōngqū)項目部大體積(tǐjī)混凝土施工溫度控制

編寫人：安璐中鐵十二局集團公司第四工程公司2009年12月共十二頁

大體積(tǐjī)混凝土施工溫度控制

引言：近年在橋梁施工中，大體積混凝土工程日趨廣泛，結構形式日趨復雜，混凝土強度等級越來越高。同時，大體積混凝土的有害裂縫控制問題(wèntí)也日益突出。大體積混凝土的裂縫主要是由溫度變形引起的。大體積混凝土的最主要特點，施工體積厚大。由此帶來的問題(wèntí)是水泥水化作用所放出的熱量使混凝土內部溫度升高，而混凝土又是熱的不良導體，散熱很慢，因而，混凝土澆注后產(chǎn)生的內部熱量不易導出，混凝土中心溫度很高，這樣就會形成溫度梯度，使混凝土內部產(chǎn)生壓應力，表面產(chǎn)生拉應力，加之混凝土早期的抗拉強度低，彈性模量小，當拉應力超過混凝土的極限抗拉強度時混凝土表面就會產(chǎn)生裂縫。為了防止裂縫的發(fā)生，必須采取切實有效的措施。共十二頁概述：本文以跨滬杭高速公路自錨上承式拱橋(gǒngqiáo)拱座施工為例，簡要的闡述大體積混凝土施工溫度的控制技術。跨滬杭高速公路自錨上承式拱橋(gǒngqiáo)是全國第一，世界第二的轉體施工的拱橋(gǒngqiáo)，大橋拱座總圬工量596m3，混凝土強度等級C40，拱座為一長方錐臺體，下底長13m，寬11m，上頂長10m，寬3m，總高6m，按照大體積混凝土的定義，此拱座系大體積混凝土。共十二頁一、大體積混凝土溫度控制：如何減小混凝土內外溫差是溫度控制的關鍵所在，本橋著重從混凝土澆筑(jiāozhù)前溫度控制和混凝土澆筑(jiāozhù)后溫度控制兩方面著手。（1）混凝土澆筑前溫度控制主要從以下幾個方面入手：1、采用水化熱低的水泥2、改善骨料級配、降低水灰比、摻入混合料、摻入外加劑等辦法減少水泥的用量。3、降低用料的初始溫度，進而降低混凝土入模溫度。4、精心設計混凝土配合比。5、經(jīng)過計算在混凝土內合理的埋設足夠數(shù)量的冷卻水管。（2）混凝土澆筑后溫度控制主要從以下幾個方面入手：1、采用保溫法養(yǎng)護，對混凝土表面進行絕熱。2、拱座頂四周搭設蓬布采取遮光和擋風措施，以控制溫度和干熱風的影響。共十二頁二、溫度控制實施措施：T(t)=mcQ水化(1-1/(2.718^mt))/Cρ（a）T(t)－澆筑完一段時間混凝土后,混凝土的絕熱升溫值mc－每立方米混凝土水泥用量Q水化－水泥水化熱量m－與水泥品種,澆筑時與溫度有關的經(jīng)驗系數(shù),一般取0.3t－混凝土澆筑后至計算時的天數(shù)(tiānshù)，dC－混凝土的比熱，取0.96J/kg.Kρ－混凝土的質量密度，取2600kg/m3T－混凝土的入模溫度澆筑拱座時環(huán)境溫度最低大約為10°C，根據(jù)環(huán)境溫度、表面溫度、芯部溫度之間差值不大于15°C，則芯部最高溫度只能為：10+15*2=40°C則需要降低的溫度度數(shù)為：T降=T(t)+T-40（b）共十二頁（1）由公式（a）我們知道混凝土溫度的升高與水泥水化熱量Q密切相關所以水泥的選擇就至關重要：理論研究與實踐表明大體積混凝土產(chǎn)生裂縫的主要原因就是水泥水化過程中釋放了大量的熱量。因此在大體積混凝土施工中應盡量使用低熱或者中熱的，凝結時間長的大壩水泥、礦渣硅酸鹽水泥、火山灰水泥、粉煤灰硅酸鹽水泥等，并盡量降低混凝土中的水泥用量，以降低混凝土的溫升，提高混凝土硬化后的體積穩(wěn)定性。為保證減少水泥用量后混凝土的強度和坍落度不受損失，可適度增加活性細摻料替代水泥，我們澆筑拱座時所用的水泥就是經(jīng)過精心挑選的425號普通硅酸鹽水泥。（2）由公式（a）還知道混凝土溫度控制與每立方米水泥用量mc也有直接關系(guānxì)，所以我們從減少水泥用量方面入手：1、骨料的選擇在選擇粗骨料時，由于骨料中石英、石灰?guī)r、白云巖、花崗巖、長石等吸水性較小，收縮性較低，而砂巖、板巖、角閃巖等吸水性較大，收縮性較高，共十二頁同時，骨料粒徑大，收縮性小。因此可根據(jù)施工條件，盡量選用適宜巖性石料，粒徑較大、質量優(yōu)良、級配良好的石子。既可以減少用水量，也可以相應減少水泥用量，還可以減小混凝土的收縮和泌水現(xiàn)象。所以我們在澆筑拱座所用混凝土時將骨料換成粒徑較大、質量卓越、級配較好的石子，進而減少了單位體積混凝土的水泥用量。2、外加劑的選擇外加劑保水性較好，混凝土收縮較小。摻加適量粉煤灰，可減少水泥用量，從而到降低水化熱的目的，但摻量不能大于30%。（3）混凝土入模溫度的控制由公式（b）我們知道混凝土的水化升溫與其入模溫度由直接關系，入模溫度的高低，與出機溫度密切相關，另外(lìnɡwài)還與運輸工具、運距、轉運次數(shù)、施工氣候等有關：共十二頁1、混凝土攪拌前，將砂子、石子堆放于陰涼處，避免日光暴曬。2、利用地下水對卵石灑水降溫。3、拌合用水采用地下水，經(jīng)具體量測，水溫未超過10℃。4、水泥采用罐裝水泥，避免使用溫度高的水泥。5、混凝土采用商品混凝土，攪拌站集中拌合，現(xiàn)場統(tǒng)一指揮，縮短混凝土運輸和停歇時間，加快混凝土澆注速度。6、對攪拌站現(xiàn)場的原材料、混凝土的運輸路線搭設涼棚，盡量減少日光暴曬。（4）精心設計混凝土配合比此外，精心設計混凝土配合比對混凝土溫度的控制提供一個強而有力的保障，在保證混凝土具有良好工作性的情況下，應盡可能地降低混凝土的單位(dānwèi)用水量，采用“三低（低砂率、低坍落度、低水膠比）、二摻（摻高效減水劑和摻高性能引氣劑）、一高（高粉煤灰摻量）”的設計準則，生產(chǎn)出高強、高韌性、中彈、低熱和高極拉值的抗裂混凝土。共十二頁（5）冷卻管的計算與布置根據(jù)綜合比對，選擇水化熱較小，但強度足夠的425普通(pǔtōng)硅酸鹽水泥，精心設計的配合比中，水泥用量mc=217kg/m3。查表得，425普通(pǔtōng)硅酸鹽水泥水化熱量Q水化=377J/kg，取t=15d，(混凝土養(yǎng)護時間)，根據(jù)公式（a）：T(t)=mcQ(1-1/(2.718^mt))/Cρ=217*377*（1-1/(2.718^4.5)）/(0.96*2600)=31.8°C混凝土入模溫度為：T=15.5°C（取最近一個星期內拌合站混凝土入模溫度平均值）則T降=T(t)+T-40=7.3°C所需排出的熱量為：Q釋=7.3*Q水化*596*2600=10859597J共十二頁冷卻管采用φ48鋼管(gāngguǎn)焊接而成，鋼管(gāngguǎn)導熱系數(shù)為K鋼=288kJ/m.h.k，水的導熱系數(shù)為K水=2.0kJ/m.h.k,φ48鋼管(gāngguǎn)截面積為：0.000489m2，鋼管(gāngguǎn)內水的截面積為：0.00132m2則所需的冷卻管長度：L=Q釋/(（A鋼*K鋼+A水K水）*15*24*1000)=210m則需要通滿水后的冷卻管為210m，乘以1.5的保險系數(shù)為320m，冷卻管的布置如圖所示：共十二頁謝謝(xièxie)!希望各位專家領導(lǐnɡdǎo)多提寶貴意見和建議！共十二頁內容(nèi