大体积混凝土温控措施及效果分析

大体积混凝土温控措施及效果分析

大体积混凝土 温控措施及效果   大体积混凝土的定义   大体积混凝土含义一般是指其体积大到必须采取措施处理水化热产生的温差，合理解决温差变形引起的应力，并控制裂缝的产生或限制裂缝开展的现浇混凝土。 《 大体积混凝土施工规范 》 （ GB 50496-2009 ）中给予大体积混凝土定义： 混凝土结构物实体最小尺寸不小于 lm 的大体量混凝土，或预计会因混凝土中胶凝材料水化引起的 温度变化 和 收缩 而导致有害裂缝产生的混凝土。 近几年来，工程规模日趋扩大，结构形式日益复杂，市政工程中大体积混凝土越来越多。由于其体积大，表面小，水泥水化热释放比较集中，内部温升比较快，当混凝土内外温差较大时，会使混凝土产生温度裂缝和收缩变形裂缝，影响结构安全和正常使用，所以必须从根本上分析它，来保证施工的质量。 规范认为： 大体积混凝土的设计强度等级宜在 C25 ～ C40 的范围内，并可利用混凝土 60d 或 90d 的强度作为混凝土配合比设计、混凝土强度评定及工程验收的依据； 规范 3.0.3 大体积混凝土工程施工前，宜对施工阶段大体积混凝土浇筑体的温度、温度应力及收缩应力进行试算，并确定施工阶段大体积混凝土浇筑体的升温峰值，里表温差及降温速率的控制指标，制定相应的温控技术措施。 规范 3.0.4 温控指标宜符合下列规定： 1 混凝土浇筑体在入模温度基础上的温升值不宜大于 50℃ ； 2 混凝土浇筑块体的里表温差 ( 不含混凝土收缩的当量温度 ) 不宜大于 25℃ ； 3 混凝土浇筑体的降温速率不宜大于 2.0℃/d 。 4 混凝土浇筑体表面与大气温差不宜大于 20℃ 。 规范 4.2.1 配制大体积混凝土所用水泥的选择及其质量，应符合下列规定： 1 所用水泥应符合现行国家标准 《 硅酸盐水泥、普通硅酸盐水泥 》GB175 的有关规定，当采用其他品种时，其性能指标必须符合国家现行有关标准的规定； 2 应选用中、低热硅酸盐水泥或低热矿渣硅酸盐水泥，大体积混凝土施工所用水泥其 3d 天的水化热不宜大于 240kJ/kg ， 7d 天的水化热不宜大于 270kJ/kg 。 3 当混凝土有抗渗指标要求时，所用水泥的铝酸三钙含量不宜大于 8% ； 4 所用水泥在搅拌站的入机温度不应大于 60℃ 。 规范 4.2.3 骨料的选择，除应符合国家现行标准 《 普通混凝土用砂、石质量及检验方法标准 》JGJ 52 的有关规定外，尚应符合下列规定： 1 细骨料宜采用中砂，其细度模数宜大于 2.3 ，含泥量不大于 3% ； 2 粗骨料宜选用粒径 5 ～ 31.5mm ，并连续级配，含泥量不大于 1% ； 3 应选用非碱活性的粗骨料； 4 当采用非泵送施工时，粗骨料的粒径可适当增大。 大体积混凝土在规范中还有许多要求，如 所配制的混凝土拌合物，到浇筑工作面的坍落度不宜低于 160mm ， 拌和水用量不宜大于 175kg/m 3 ，等不在复述。 大体积混凝土裂缝产生的原因： (1) 表面裂缝 大体积混凝土浇筑初期，水泥水化热大量产生，使混凝土的温度迅速上升。但由于混凝土表面散热条件较好，热量可向大气中散发，其温度上升较少；而混凝土内部由于散热条件较差，热量不易散发，其温度上升较多。混凝土内部温度高、表面温度低，则形成温度梯度，使混凝土内部产生压应力，表面产生拉应力，当拉应力超过混凝土的极限抗拉强度时，混凝土表面就产生裂缝。 作为施工人员的主要目的是控制裂缝，可见裂缝有三类： （ 2 ） 贯穿裂缝 大体积混凝土浇筑初期，混凝土处于升温阶段及塑性状态，弹性模量很小，变形变化所引起的应力很小，温度应力一般可忽略不计。 贯穿裂缝切断了结构断面，破坏了结构整体性、稳定性、耐久性、防水性等，影响正常使用。应当采取一切措施控制贯穿裂缝的开展。 （ 3 ） 深层裂缝 基础约束范围内的混凝土，处在大面积拉应力状态，在这种区域若产生了表面裂缝，则极有可能发展为深层裂缝，甚至发展成贯穿性裂缝。 深层裂缝部分切断了结构断面，具有很大的危害性，施工中是不允许出现的。 如果设法避免基础约束区的表面裂缝，且混凝土内外温差控制适当，基本上可避免出现深层裂缝和贯穿裂缝。 控制大体积 混凝土裂缝 的措施 设计方面 材料选用 施工工艺 （技术方案） 施工质量 （模板、浇筑） 保温保湿养护 大体积混凝土产生裂缝的原因 设计方面 施工方面 采用过高强度等级的混凝土 （设计强度过高，水泥用量过大） 忽视配置控制温度和收缩变形的构造钢筋 （温度应力和收缩应力变形不能受到约束） 材料选用不当 施工技术准备不周密 浇筑过程施工措施不当 浇筑后的养护和监控不完善 1 、对于大体积混凝土底板，应在满足抗弯及抗冲切计算要求的前提下，避免设计上“强度越高越好”的错误概念，可以利用混凝土 60d 或 90d 的后期强度，尽量采用 C25-C40 的混凝土，这样可以减少混凝土中的水泥用量，以降低混凝土浇筑实体的温度升高。 （ 《 规范 》P7 ) 2 、大体积混凝土除满足承载力要求外，还应增配承受因水泥水化热引起的温度应力及控制裂缝开裂的构造钢筋。温度收缩钢筋可利用原有钢筋贯通布置，也可另行设置构造钢筋网，与原有钢筋按受拉钢筋的要求搭接或在周边构件中锚固。 （ 《 规范 》P7 ) 设计方面 2.1 当板的厚度大于 2m 时，除应沿板的上、下表面布置纵、横方向的钢筋外，尚应沿板的厚度方向间距不超过 lm 设置与板面平行的构造钢筋网片，其直径宜为 φl2—φl6 ，间距宜为 100—150mm 。为防止大承台水平裂缝，四周宜加设暗梁。 4 Ø16~4 Ø 22 2.2 为了避免结构突变或断面突变产生应力集中，转角和孔洞处应增设构造加强筋。 构造钢筋 1 、合理选择 水泥品种 2 、合理 选用骨料 选用 C3S 及 C3A 含量低的中、低热水泥。（ 《 规范 》P9 ） 材料选用方面 3 、合理 选用 外加剂 尽量选用粒径较大、级配良好的石子，以减少用水量和水泥用量、混凝土的收缩和泌水性。 掺加块石。在无筋或少筋的大块混凝土中，可掺入不超过混凝土体积的25%的大块石，以减少水泥用量，降低水化热。 细骨料以中、粗砂为宜。 严格控制砂、石的含泥量。石子控制在小于1%，黄砂控制在小于2%。 合理选用 外加剂 3.1 在混凝土中加入适量的外加剂，可以改善混凝土的特性，减少水泥用量，减少混凝土的温升。同时可降低水化热释放的速度，延缓温度峰值出现的时间。 3.2 混凝土中掺入一定量的粉煤灰不仅能改善混凝土特性，而且能代替部分水泥，减少水化热。但应注意掺加粉煤灰后混凝土早期强度有所降低。 3.3 采用 UEA 补偿收缩混凝土：在混凝土内掺水泥用量10%~12%的 U 型混凝土膨胀剂，以实现超长结构的无缝施工。 关于材料问题 : 如 苏州独墅湖大型水下城市隧道工程，针对主体结构混凝土的防渗抗灾的关键技术，由东南大学教授博导领衔进行科研攻关。 苏州的独墅隧道，全长 7 ． 37 公里；其中高架桥长 3 ． 43 公里，隧道长 3.46 公里，地面接线长 0.48 公里，地面辅道长 2.86 公里。主线采用双向 6 车道，桥梁段宽 26 米，隧道段宽 30.2 米，设计车速为 60 公里／小时。 通过细致的分析研究，在降低超长隧道混凝土干缩变形方面，应用具有高减水率的聚羧酸类外加剂。应用聚羧酸减水剂降低单位用水量和水胶比，从而减少干缩值。从浇筑效果看，墙体仍有开裂。 还有一块底板，混凝土浇完后产生冒气通道，最后拆除。 我认为，施工企业不是科研企业，不成熟的技术不要在工程中应用。 在高坝建设中，为解决碾压混凝土拱坝施工期温度应力及防裂措施。采用诱导缝 ， 增加了防裂可靠性。 采用低热水泥、低水泥用量、限制浇筑厚度和短间歇期、人工冷却混凝土、预埋冷却水管，保护混凝土暴露面，仍是有效温控和防裂措施。为防止表面温度骤降，采用外贴聚乙烯苯板等保温板或喷涂泡沫保温材料，采用自动上升帐篷制造人工气候防裂。 我国已建成各类碾压混凝土坝近 100 座。碾压混凝土重力坝达到 200m 级高度的有广西龙滩（ 216.5m ，碾压混凝土量 500 万 m 3 ）、贵州光照（ 200.5m ）。碾压混凝土拱坝最高为沙牌（ 132m ，碾压混凝土量 50 万 m 3 ）。厚高比最小为甘肃高 80m 的龙首碾压混凝土双曲拱坝（厚高比 0.17 ）。三峡工程三期碾压混凝土围堰高 121m ，混凝土量 121 万㎡，仓面积 1.9 万㎡，月最大浇筑强度 47.6 万㎡，一个枯水期建成。 （ 1 ）高掺粉煤灰，掺用外加剂，少用水泥，以减少水化热，缩小温差，有利于防裂。我国胶凝材料用量一个般为 140 ～ 160kg/ m 3 , 其中粉煤在 90 ～ 100kg/ m 3 。百色水泥用量仅 50kg/ m 3 。 （ 2 ）减少常态混凝土用量。措施有取消垫层常态混凝土（大朝山），迎水面、廊道等孔洞采用坍落度 4 + cm 的变态混凝土（每㎡碾压混凝土面浇水泥浆 5 ～ 10kg （合 50 ～ 60l/ m 3 ） , 用插入式振捣器振密。 （ 3 ）增设诱导缝。当坝宽大于 25m 时，宜在坝段中部迎水面 3m 范围内增设 1 条有止水系统的诱导缝。迎水面高保温板，有利于防止劈头裂缝。 （ 4 ）外加剂采用复合型缓凝减水剂或高效减水剂，使混凝土缓凝时间延长到 14h 以上。高温缓凝剂在 35 ℃以上高气温，缓凝时间延长到 4 ～ 6h 以上。通过加大引气剂掺量克服粉煤灰吸附作用，可达 F300 高抗冻融要求。 （ 5 ）适当提高粒径小于 0.15mm 的石粉含量至 18% ～ 20% ，具有较好抗分离性能，有利于碾压混凝土层间结合。 26 1 、控制混凝土出机温度和浇筑温度 2 、预埋水管，降低最高温升 施工方面 3 、改进混凝土搅拌和振捣工艺 可采取加冰拌和，砂石料遮阳覆盖，泵送管道用草袋包裹洒水降温等技术措施。 4 、合理选择混凝土浇筑方案 冷却水管大多采用直径为25 mm 的薄壁钢管，按照中心距1.5~3.0 m 交错排列,水管上下间距一般也为1.5~3.0 m， 并通过立管相连接。 采用二次投料和二次振捣的新工艺，提高混凝土的强度。 可采用 分层连续浇筑 或 分段分层踏步式 推进的浇筑方法。 一般情况下，应尽量采用分层连续浇筑。对于工程量较大，浇筑面积也大，一次连续浇筑层厚度不大，且浇筑能力不足时的混凝土工程，宜采用分段分层踏步式推进的浇筑方法。 合理选择混凝土浇筑方案 整体分层 连续浇筑 （全面分层） 斜面分层 阶梯状分层 推移式连续 浇筑 4 、做好混凝土 的泌水处理 5 、混凝土的 表面处理 施工方面 6 、加强混凝土 的养护 应采取在侧模留设孔洞等措施将浇筑混凝土过程中形成的泌水排出坑外。 7 、温度监测 先用长刮尺刮平，在初凝前用铁滚筒碾压数遍，再用木抹子打磨压实，以闭合收水裂缝。 应对混凝土的内表温度、顶面及底面温度，室外温度进行监测，根据监测结果对养护措施作出相应的调整，确保温控指标的要求。 可采用在每个测温点上埋设测温片，常用的有铜热电阻或铜-康铜热电偶测温。或采用埋设钢管的简易测温方法。 可采用薄膜加草袋或蓄水的养护方法。 及早回填是最好的养护方法。 大体积混凝土裂缝主要产生于两个阶段：一是混凝土浇捣后的温升阶段 , 因混凝土内部与表面温差过大 , 致使表面产生较大拉应力 , 使混凝土表面开裂；二是在混凝土降温阶段，因混凝土内部降温速率过快，使混凝土内部产生较大拉应力，从而在混凝土内部产生贯穿性裂缝。 施工段的划分及浇筑顺序不合理，组织安排不周密，模板使用不当，钢筋锈蚀严重或运输过程严重变形，以及混凝土浇筑过程中配合比、水灰比过大、养护不当等等，都可能引起大体积混凝土结构的变形裂缝。 施工企业应从下列几项作手： 一、 商品混凝土厂家选择。 由于混凝土使用都有不同程度 质量 要求，此时要求混凝土颜色统一，外表 及 质量稳定，必需对商品混凝土厂家进行选择，与业主、监理一起，选择满意厂家。 1 、企业规模及生产能力，要于工程相适应。 2 、产品性能，要求产品稳定、原材料符合要求，原材料仓储能力好满足工程需要。 3 、管理严格、抽样检查记录、抽查留样记录、等完整。 二、原材料选择 采用低热水泥、低水泥用量。粗骨料粒径宜选用 5-25mm ，并且连续级配，含泥量不大于 1% 。选用粒径较大、级配良好的石子配制的混凝土，和易性较好，抗压强度较高。细骨料：采用中砂，平均粒径大于 0.5mm ，含泥量不大于 3% 。 这样拌制的混凝土可相应减少水泥用量，使水泥水化热减少，降低混凝土温升，并可减少混凝土收缩。 三、外加剂： 采用每立方米混凝土 2kg ，掺入减水剂可降低水化热峰值，对混凝土收缩有补偿功能，可提高混凝土的抗裂性。 在混凝土中掺入超缓凝型减水剂，将混凝土初凝时间延缓至 24 小时，终凝时间延缓至 40 小时，彻底削平水化热峰值。 这些必需通过试验验证支撑。 四、温差控制方案 通过大量的工程实践证明： 砼的温升和温差与表面系数有关，单面散热的结构断面最小厚度在 75cm 以上，双面散热的结构断面最小厚度在 100cm 以上，水化热行引起的砼内外最大温差预计可能超过 25℃ ，应按大体积砼施工。 例：某筏板基础为保证浇筑后的混凝土表面和内部温度，将温差控制在不宜超过 25 度，表面温度的控制采取保温层保温，内部采用 DN57*2.5 钢管通水降温，该管网布置在筏板基础中层钢筋上，采用电弧焊接连接，所用管件需 200 米管和 26 个弯头，详见布置图。 六合古棠桥锚墩也采用混凝土内部埋水管冷却。 覆盖保温用的更多。 五、混凝土浇筑方案 混凝土浇筑可根据面积大小和混凝土供应能力采取全面分层、分段分层或斜面分层连续浇筑，分层厚度 300~500mm 且不大于震动棒长 1.25 倍。分段分层多采取踏步式分层推进，一般踏步宽为 1.5~2.5m 。斜面分层浇灌每层厚 30~35cm ，坡度一般取 1 ： 6 ~1 ： 7 。 ⑴、大体积砼浇筑时，必须密切注意保护好温度监控点，做好醒目标志，同时进行监测，专人检测表面温度及结构中心温度，测温过程中如发现温差大于 25℃ 时，要采取有效措施，如加厚覆盖保温等。 ⑵、大体积砼浇筑时，易使钢筋产生位移，因此浇筑砼过程中应随时复核钢筋的位置，并采取措施，以保证位置正确。 ⑶、砼养护强度达到 1.3Mpa 后，才允许下一工序施工，并应在砼表面覆盖麻袋等防止施工损伤。 ⑷、为了减少收缩裂缝，待砼表面无水渍时，宜用电动收光机进行第二次研压抹光。 大体积混凝土施工，由于采用大流动性混凝土分层浇筑，上下层施工的间隔时间较长 ( 一般为 1.5~3h) ，经过振捣后上涌的泌水和浮浆易顺混凝土坡面流到坑底。当采用泵送混凝土施工时，泌水现象尤为严重，解决的办法是在混凝土垫层施工时，预先在横向上做出 2cm 的坡度；在结构四周侧模的底部开设排水孔，使泌水从孔中自然流出；少量来不及排除的泌水，随着混凝土浇筑向前推进被赶至基坑顶端，由顶端模板下部的预留孔排至坑外。 六、混凝土的泌水处理 当混凝土大坡面的坡脚接近顶端模板时，应改变混凝土的浇筑方向，即从顶端往回浇筑，与原斜坡相交成一个集水坑，另外有意识地加强两侧模板外的混凝土浇筑强度，这样集水坑逐步在中间缩小成小水潭，然后用软管泵及时将泌水排除。 混凝土初凝前一次抹压 混凝土终凝前 1~2h 多次抹压 混凝土表面收缩裂缝处理 1 ）蓄热法养护混凝土：盛夏，混凝土终凝后立即覆盖塑料膜和保温层。保温层厚度及保温层外是否再加一层塑料膜，通过计算决定。 2 ）当设计无特殊要求时，混凝土硬化期的实测温度应符合下列规定： ① 混凝土内部温差 ( 中心与表面下 100 或 50mm 处 ) 不大于 20℃ ； ② 混凝土表面温度 ( 表面以下 100 或 50mm) 与混凝土表面外 50mm 处的温度差不大于 25℃ ；对补偿收缩混凝土，允许介于 30~35℃ 之间； ③ 混凝土降温速度不大于 1.5℃/d ； ④ 撤除保温层时混凝土表面与大气温差不大于 20℃ 。 3 ）混凝土的养护期限：除满足上条规定外，混凝土的养护时间自混凝土浇筑开始计算，使用普通硅酸盐水泥不少于 14d ，使用其他水泥不少于 21d ，炎热天气适当延长。 4 ）养护期内 ( 含撤除保温层后 ) 混凝土表面应始终保持温热潮湿状态 ( 塑料膜内应有凝结水 ) 。 七、混凝土的养护与温控 混凝土养护 边施工边铺养护袋 1 ） 使用普通玻璃温度计测温：测温管端应用软木塞封堵，只允许在放置或取出温度计时打开。温度计应系线绳垂吊到管底，停留不少于 3min 后取出迅速查看温度。 2 ） 使用建筑电子测温仪测温：附着于钢筋上的半导体传感器应与钢筋隔离，保护测温探头的插头不受污染，不受水浸，插入测温仪前应擦拭干净，保持干燥以防短路。也可事先埋管，管内插入可周转使用的 传感器测温 。 八、测温 测温点采用测温导线直接埋入底板基础内，钢筋隐蔽验收后，将测温导线固定在插入底板的钢筋上（注意：为保证测温的准确性，测温导线的钢筋应在感应探头附近用胶布缠绕使之彻底与感应探头隔离）。 测温从养护开始，升温阶段每 4 个小时测一次，降温阶段每 8 小时测一次，同时记录大气温度，详细做好记录，记录要求如下： 第 1 天 --- 第 4 天 每 4h 测温一次 第 5 天 --- 第 7 天 每 8h 测温一次 第 8 天 --- 第 14 天 每天测温一次 当混凝土内部温度变化稳定且与环境温度基本相同时，停止测温。在测温过程中严格控制温差不超过 25 ℃，如若出现这种情况，现场采取停止浇水养护和覆盖土工布来降低温差。 测温工作应连续进行，每测一次，持续测温及混凝土强度达到时间，并经技术部门同意后方可停止测温。 九、现代施工风险管理 随着工程建设规模不断扩大，涉及专业多，面临自然灾害威胁和不利的地质、地形条件，施工季节性强等，对施工管理要求高，在工程建设中必须合理地组织好人、材料、机械、资金和方法五个要素（ 5M 要素），实现进度快，质量好、成本低目标。 参与工程建设的各方通过风险分析、风险估计、风险评价、风险处理和风险监测，以求减少风险影响，以较低的合理成本获得最大的安全保障的管理行为称为风险管理。是项目管理体系的一部分。项目管理包括投资控制、进度控制、质量控制、合同管理、信息管理、组织协调六方面。 施工风险是一个动态、全过程的分析管理。在工程实施期间需要多次识别风险，判断其相互作用，不断修订风险管理计划，并在执行过程中有效控制。 49 十、砼工程施工流程 . 谢 谢