大体积混凝土内降温施工工法

大体积混凝土内降温施工工法

四公司 张辉

1 前言

大体积混凝土在施工过程中，裂缝的成因较多，有大量的资料表明，大体积混凝土裂缝产生的主要原因有：①内外温差过大；②混凝土收缩；③施工冷缝；④施工工艺及其它因素。其中内外温差温差产生的裂缝缺陷比例占到总体统计数量的60%以上，所以控制室内外温差是有效避免产生温度的措施方法。在大体积混凝土施工过程中，外部温度只要通过合理有效的施工组织，就能达到理想效果，而混凝土内部产生的热量就不容易控制，所以本文结合工程实例，对内降温应用对大体积混凝土产生的效果进行讨论，并应用测温监控，来反映内降温技术的成效。

2工法特点

本工法采用成熟的循环冷却水内降温施工工艺，循环冷却水内降温法具有施工工艺简单、便捷,施工周期短,施工质量保证,效果显著等特点。

3 适用范围

本法适用于一般工业、市政工程中斜拉桥的索塔、承台及基础、桥梁支墩等和民用建筑工程中高层建筑的箱型基础、筏型基础等实体大体积钢筋混凝土结构施工。

4 工艺原理

温差裂缝产生的主要原因是水泥水化热引起的混凝土内部和混凝土表面的温差过大。特别是大体积混凝土更易发生此类裂缝。温差的产生主要有三种情况：第一种是在混凝土浇筑初期，这一阶段产生大量的水化热，形成内外温差并导致混凝土开裂，这种裂缝一般产生在混凝土浇筑后的第3d(升温阶段)。另一种是在拆模前后，这时混凝土表面温度下降很快，从而导致裂缝产生。第三种情况是当混凝土内部温度高达峰值后，热量逐渐散发而达到使用温度或最低温度，它们与最高温度的差值即内部温差。这三种温差都会产生裂缝，但最严重的是水化热引起的内外温差。本工法采用在混凝土内循环冷却水降温，混凝土外面保温施工工艺，保证混凝土在终凝之前混凝土内外温差梯度值≤25℃，以此防止混凝土产生的温度应力不均衡而导致产生温度裂缝。

温度应力在汽轮发电机基础混凝土内的分布如下图4所示：

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图4.1 温度应力在汽轮机基础底板混凝土内分布图

综上所述，在承台等大体积混凝土施工前，必须进行混凝土的温度变化、应力变化的估算，以确定养护措施、分层厚度、浇筑温度等施工措施，并以此来指导施工。

5 施工工艺流程及操作要点

5.1 工艺流程

主要施工工艺流程为：施工准备→循环水冷却水管安装→混凝土浇筑施工→循环冷却水循环通水→测温→混凝土外保温、蓄水养护，施工工艺流程图见图5.1。

施工准备 ↓

循环水冷却水管安装 ↓

混凝土浇筑施工 ↓ 循环水冷却水循环通水 ↓

测 温 ↓ 混凝土外保温、蓄水养护

5.2 施工准备 5.2.1 材料准备

1、尽量选用低热或中热水泥(如矿渣水泥、粉煤灰水泥)，在条件许可的情况下，应优先选用收缩性小的或具有微膨胀性的水泥。

2、适当搀加粉煤灰。混凝土中掺用粉煤灰后，可提高混凝土的抗渗性、耐久性，减少收缩，降低胶凝材料体系的水化热，提高混凝土的抗拉强度，抑制碱骨料反应，减少新拌混凝土的泌水等。

3、选择级配良好的骨料。应选择线膨胀系数小、岩石弹模较低、表面清洁无弱包裹层、级配良好的骨料。

4、适当选用高效减水剂和引气剂。 5.2.2 技术准备

在混凝土浇注前应根据混凝土配合比、各种原材料的搅拌前温度、施工时大气平均温度及混凝土的最大厚度等条件计算出：（1）混凝土的绝热温度，（2）混凝土内部实际最高

图5.1 施工工艺流程图

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温度，（3）混凝土的表面温度，（4）如果采用保温法养护混凝土，则要计算出保温隔热材料的厚度。

汽机基础底板为大体积混凝土，需对其内外最大温差进行测算，确定是否需采取措施降低混凝土内外温差，减小温度应力，防止出现裂缝。

1最大绝热温升

Th=(mc+K·F)Q/c·ρ

式中：Th — 混凝土最大绝热温升(℃)；

mc —混凝土中水泥用量(kg/m3)；

F — 混凝土活性掺合料用量(kg/m3)，本工程指粉煤灰； K — 掺合料折减系数，粉煤灰取0.25～0.30； Q — 水泥28d水化热(kj/kg)，查表可得； c —混凝土比热容； p—混凝土密度。

2混凝土中心计算温度

T1(t)=Tj+ Th·ξ(t) 式中T1(t) — t龄期混凝土中心计算温度，因三天龄期时混凝土温升最大，故取3d龄期；

Tj — 混凝土浇筑温度(℃)，控制在28℃以内，取28℃； ξ(t) — 3天龄期降温系数，查表可得。

3混凝土表层(表面下50mm～100mm处)温度δ 1)保温材料厚度

δ=0.5h·λx(T2－Tq)Kb/λ(Tmax－T2)

式中：δ — 保温材料厚度；

λx — 所选保温材料导热系数[W/(m·K)],本工程拟用塑料薄膜、麻袋覆盖养护,

导热系数取草袋的值, λx=0.14；

Tmax — 计算得混凝土最高温度(℃),根据经验T2－Tq=15℃～20℃, Tmax－

T2=20℃～25℃；

Kb — 传热系数修正值,查表可得。

2)蓄水养护深度

hw=x·M(Tmax－T2) Kb·λw/(700Tj+0.28 mc·Q)

式中：hw — 养护水深度(m)；

x — 混凝土维持到指定温度的延续时间,即蓄水养护时间(h),本工程养护时间

为14d；

M — 混凝土结构表面系数（1/m）；

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F — 与大气接触的表面积(m2)； V — 混凝土体积(m3)；

Tmax－T2 — 一般取20～25(℃)； Kb — 传热系数修正值,查表可得；

700 — 折算系数[KJ/（m·K）]

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λw —水的导热系数，取0.58[W/(m·K)]。

3) 混凝土表面模板及保温层的传热系数

β=1/［Eδi/λi+1/βa］

式中：β — 混凝土表面模板及保温层等的传热系数[W/(m·K)]；

δi — 各保温材料厚度(m)；

λi — 各保温材料导热系数 [W/(m·K)]； βq — 空气层的传热系数,取23[W/(m·K)]。

4)混凝土虚厚度

h′=k·λ/β

式中：h′— 混凝土虚厚度(m)

k — 折减系数； λ — 混凝土导热系数。

5)混凝土计算厚度

H=h+2h′

式中：H — 混凝土计算厚度(m)；

h —混凝土实际厚度(m)。

6) 混凝土表层温度

T2(t)=T2+4·h′(H－h′)［T1(t)－Tq］/H2

4混凝土内外温差

T(t)=T1(t) －T2(t)= ＜25℃即可。

式中：T(t) —混凝土内外温差通过计算，开封电厂在汽轮发电机基础的底板混凝土工程施工中，准备采取塑料薄膜、麻袋覆盖和蓄水养护等保温措施，在混凝土中掺低水化热的粉煤灰和FDN-800缓凝型高效减水剂减少水泥用量来降低水化热，在基础底板内预留蛇形钢管（见附页），使混凝土内外温差降至25℃以内，可防止混凝土中出现温度裂缝。 5.3 循环水管安装

为了保证混凝土的质量，减少混凝土水化热对本工程汽轮发电机筏形整板基础混凝土造成裂缝，在施工时采用冷却水管循环降温的方法。

（1）循环水管采用直径Φ50mm无缝钢管焊接，循环冷却水管沿底板高度方向共布三层，标高分别为底层-7.05m，中间层为-6.2m,顶层-5.35m,每层冷却管配一潜水泵以供循环

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水水源进水，每层水管的垂直进、出水口互相错开，且出水口有调节流量的水阀和测流量设备。

（2）循环冷却水管安装时，要以钢筋骨架和支撑桁架固定牢靠，防止混凝土灌注时水管变形及脱落而发生堵水和漏水，并做通水试验。 冷却水管布置示意图详见5.3

0.10.1进水口

20×0.816.2出水口0.40.1520×0.8 0.10.150.445.95 汽机底板上、下层循环水管布置图 0.5出水口 16.219×0.8 进水口 47.05汽机底板中间层循环水管布置图0.5

图5.3 循环水管布置图

5.4 混凝土浇筑

混凝土浇筑采用斜面分层法进行，使混凝土在浇筑过程中均匀上升，降低水泥水化热（内部）。

施工时应在早晨或下午４：００以后，从而避免中午高温，并在混凝土搅拌时采用水温较低的符合要求的井水搅拌，用井水给碎石降温。 5.5 循环冷却水通水

每层循环水管被混凝土覆盖并振捣完毕，即可在该层水管内通水。循环冷却水的流量可控制在1.2～1.5 m³/h，使进、出水的温差不大于6ºC。

循环冷却管排出的水在混凝土灌注未完之前，应立即排除围堰外，不得排至混凝土顶面。

针对工程实地循环冷却水采用地下水，循环水持续养生7d。通过冷却排水，带走混凝土体内的热量。 5.6 测温

（1）在混凝土浇注前应根据实际情况选择大体积混凝土测温点，并埋设测温测温管，

0.519×0.80.50.1-`

测温点布置以能够真实的反映出混凝土的内外温差、降温速度为准（本工程测温点布置在“边、中、边”，以便充分准确反映混凝土内水化热温度）。每个测温点在测温管里面布置上、中、下三个温度计，上、中、下三个温度计测温点布置如下图5.6，中间温度计居中（根据测温管高度，事先在外把温度计测温点高度做好）。

（2）设专人进行昼夜测温，并详细记录，温度上升阶段每2 h测温一次，温度下降阶段每6 h测温一次，24h循环测试监控，对各测点定时定点测温，三天后每8h测量一次，直至混凝土温度降至10℃以下。混凝土内部温度与混凝土表面温度之差不能超过25℃。在混凝土养护过程中，一旦发现混凝土内外温差超过25℃，立即通知施工部门及时调整保温及养护措施。

￠48钢管100150h/2300水150

图5.6 温度计测温布置点图

5.7 混凝土外保温、蓄水养护

在混凝土浇筑完之后表面采用塑料薄膜或彩条布覆盖，再用麻袋覆盖， 侧模7天后拆模，并立即覆盖塑料薄膜加盖麻袋养护，在混凝土表边围堰蓄水养护，蓄水深度不小于50mm，混凝土养护派专人进行。混凝土拆模后，应尽量缩短暴露时间，及时回填。

6 材料与设备

本工法主要机械设备及设施见表6。

表6 主要机械设备及设施

序号 1 2 3 4 5 名 称 潜水泵 黑铁管 温度计 塑料布 麻袋 型 号 40-15-30 Φ50 数量 3台 米 9根 / / 备 注 用于循环水管供水 用于循环水 1503003007 质量控制

7.1 汽轮发电机底板结构施工按《混凝土结构工程施工质量验收规范》（GB50204-2012）、

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《火电施工规范》进行和检查、验收。

7.2 拌制混凝土的原材料均需进行检验，合格后方可使用。同时要注意各项原材料的温度，以保证混凝土的入模温度与理论计算基本相近。 7.3 在混凝土搅拌站设专人掺入外加剂，掺量要准确。

7.4 由于本工程混凝土浇筑采取由南北两侧向中间同时推进。采用自然分层施工法施工，利用混凝土自然流淌形成的斜坡进行分层，“采用分段定点下料，一个坡度、薄层浇筑，循序渐进，一次到顶”的浇筑方法。故此，混凝土振捣工作需安排专项施工工长密切关注，振捣棒应由下料口依次往前推移，防止局部振捣不到位，导致局部混凝土初凝甚至终凝。 7.5 试验部门设专人负责测温及保养的管理工作，发现问题应及时向项目技术负责人汇报。

8 安全措施

8.1 在施工中进行作业时，各项工作必须严格按照制定的施工作业方案和操作规程进行。 8.2 场内所有车辆的移动必须有专人指挥，统一调度，移动及起吊作业时必须有专门人员指挥。

8. 3 混凝土振捣工必须穿绝缘鞋、戴绝缘手套，此次混凝土连续作业，需安排好工人交接班，杜绝工人疲劳作业。

8. 4 在施工前应全面检查施工机械，发现有问题及时解决，检查后要进行试运转，严禁机械带病作业。加强机械的维护保养，保证机械各项设备和部件、零件的正常使用。

9 环保措施

施工现场应按规定采取措施控制噪声并对循环冷却水集中排放，防止造成泥浆污染。

10 效益分析

10.1 降低了劳动强度，提高了工效，缩短了工期，还保证了工程质量和施工安全操作的可靠性。

10.2 2013年~2014年华能莱芜百万机组扩建工程,提前工期18d,降低施工成本4.91万。 10.3 2013年～2014年在中电投习水二郎4x660MW新建工程1＃、2＃汽机房汽轮发电机钢筋混凝土基础底板工程施工中,提前工期14d,降低施工成本4.13万。

10.4 2012年在中电投宁夏中卫电厂2x350MW工程1＃、2＃汽机房汽轮发电机钢筋混凝土基础底板工程中,提前工期12d,降低施工成本2.11万。

10.5 本施工方法取得成功，使公司针对施工企业大体积混凝土施工裂缝的控制得到了新的发展、新的突破，显示了企业的实力，提高了知名度，受到了建设单位、设计单位、监理单位等多方面的广泛赞誉，取得了良好的社会效益和经济效益。

11 应用实例

11.1 本工法2013年～2014年用于华能莱芜百万机组扩建工程。该工程#7汽轮发电机基础底板为整体板式钢筋混凝土结构，平面尺寸为55.805m×20.116m，基础底标高为-7.5m，基础底板高3.5m，属于大体积混凝土结构。底板设计为C40混凝土，混凝土方量约为

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3800m3，底板上部设计有凝结器等设备基础、框架柱及部分混凝土支墩、泵坑坑壁等。 11.2 本工法2013年～2014年在中电投习水二郎4x660MW新建工程1＃、2＃汽机房汽轮发电机钢筋混凝土基础底板工程运用。汽轮发电机基础钢筋混凝土底板外形尺寸为46.725m ×16m×3m，底板底面标高-7.7m；底板上部设计有设备基础、框架柱及部分混凝土支墩、泵坑坑壁。底板座落在中等风化基岩（砂岩、页岩、泥岩）。汽轮发电机钢筋混凝土基础底板混凝土强度等级为C30，S6，每座混凝土2243 m。

11.3 本工法2012年在中电投宁夏中卫电厂2x350MW工程1＃、2＃汽机房汽轮发电机钢筋混凝土基础底板工程中运用。汽轮发电机基础钢筋混凝土底板外形尺寸为30.185m ×11.3m×2.5m，底板底面标高-7.3m；基础钢筋共设置2层双向Φ32@200钢筋网片，底板上分别布置有排气装置支墩、汽轮发电机基础框架柱、大平台基础柱、凝结水泵坑顶板等结构。底板设计为C45混凝土，混凝土量约为904m3、钢筋80T。

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