當(dāng)前位置：工程項(xiàng)目OA系統(tǒng) > 建筑OA系統(tǒng) > 施工管理軟件
大體積混凝土溫度控制
申請(qǐng)免費(fèi)試用、咨詢電話：400-8352-114
綏芬河市五花山水庫(kù)溢洪道工程
混凝土配合比設(shè)計(jì)及溫度監(jiān)測(cè)方案
為了確保黑龍江省綏芬河市五花山水庫(kù)溢洪道工程中大體積泵送混凝土的施工質(zhì)量，受黑龍江省水利第二工程處委托，黑龍江省水利科學(xué)研究院結(jié)構(gòu)材料研究所根據(jù)委托方的技術(shù)要求，針對(duì)工程實(shí)際，研究、設(shè)計(jì)五花山水庫(kù)溢洪道工程大體積泵送混凝土的配合比及工程控制措施，為工程提供技術(shù)支持和質(zhì)量保障。
各種大型水工建筑物就其尺寸和體積來(lái)說(shuō)，都是大體積混凝土。水工混凝土大體積澆筑時(shí)水泥水化熱不易散發(fā)，混凝土內(nèi)部易產(chǎn)生溫升過(guò)高。當(dāng)混凝土內(nèi)部的溫度與混凝土表面的溫度差超過(guò)規(guī)范規(guī)定的上限時(shí)，混凝土內(nèi)部產(chǎn)生壓應(yīng)力，表面產(chǎn)生拉應(yīng)力，當(dāng)拉應(yīng)力超過(guò)混凝土的早期抗拉強(qiáng)度時(shí)，混凝土就會(huì)被拉裂，產(chǎn)生溫差裂縫。造成這種結(jié)果的主要原因一是混凝土體積大，收縮量大，易產(chǎn)生收縮裂縫。二是混凝土量大，水泥水化熱產(chǎn)生的熱量大，加之混凝土為熱的不良導(dǎo)體，短時(shí)間內(nèi)混凝土內(nèi)部的熱量很難散去，如果降溫速度過(guò)快，混凝土?xí)a(chǎn)生較大的溫差，而大體積混凝土是不可能一起隨溫差應(yīng)力作用而變形的，再加之混凝土失水引起的體積收縮變形與混凝土受到地基和其它結(jié)構(gòu)邊界條件的約束引起的拉應(yīng)力的共同作用，易產(chǎn)生有害的溫度裂縫。所以大體積混凝土施工的關(guān)鍵問題是控制由混凝土中水泥水化熱所產(chǎn)生的混凝土內(nèi)部溫度與外界環(huán)境溫度之差以及由此產(chǎn)生的混凝土收縮問題，也就是說(shuō)控制混凝土水化熱的釋放速率、釋放量和混凝土的降溫速率問題。對(duì)于溫度裂縫，應(yīng)該在設(shè)計(jì)和施工中加強(qiáng)溫度控制和混凝土的質(zhì)量管理。在工程實(shí)際中，一方面是加強(qiáng)施工的溫度控制，降低結(jié)構(gòu)的溫度拉應(yīng)力；另一方面是加強(qiáng)混凝土施工的質(zhì)量控制，提高混凝土的均勻性和抗裂能力。
大體積混凝土產(chǎn)生裂縫的原因很多，但溫度原因是主要的，而且溫度裂縫的成因非常復(fù)雜，所以大體積混凝土防裂研究通常先從溫控著手。從工程實(shí)踐中已知要降低水工混凝土施工中的水化熱必須從控制混凝土的水化溫升、延緩降溫速率、減小混凝土收縮、提高混凝土的極限拉伸強(qiáng)度、改善約束條件和設(shè)計(jì)構(gòu)造等方面全面考慮，結(jié)合工程實(shí)踐采取相應(yīng)措施。
（1）降低水泥用量，延緩水化熱集中釋放。選用低水化熱或中水化熱的水泥品種配制混凝土，在考慮到實(shí)際工程混凝土耐久性及工程要求的條件下盡量選用P·O42.5或P·C32.5及其以上等級(jí)的水泥。
（2）摻加適量摻合料和外加劑，改善混凝土和易性，降低水灰比。針對(duì)工程的實(shí)際情況，摻加適量摻合料替代水泥，降低水泥用量，同時(shí)使用外加劑降低用水量和水灰比，從而達(dá)到保證混凝土和易性，降低水化熱的目的，并在工程規(guī)定的條件下充分利用混凝土的后期強(qiáng)度，采用60天或90天強(qiáng)度驗(yàn)收。
（3）盡量選用粒徑較大、級(jí)配良好的粗骨料及品質(zhì)優(yōu)良的細(xì)骨料。
（4）降低混凝土的入模溫度。選擇較適宜的氣溫澆筑大體積混凝土，盡量避開炎熱天氣澆筑大體積混凝土。
（5）加強(qiáng)施工中的溫度控制。在混凝土澆筑之后，做好混凝土的保溫養(yǎng)護(hù)，緩緩降溫。夏季應(yīng)避免暴曬，注意保濕，冬季應(yīng)采取措施保溫覆蓋，以免產(chǎn)生急劇的溫度梯度。必要時(shí)采取延長(zhǎng)養(yǎng)護(hù)時(shí)間，規(guī)定合理的拆模時(shí)間，延緩降溫時(shí)間和速度，合理安排施工程序，盡量薄層澆注，控制混凝土在澆筑過(guò)程中溫度均勻上升，避免混凝土拌和物堆積過(guò)大等措施。
針對(duì)芬河市五花山水庫(kù)溢洪道工程混凝土的施工，主要進(jìn)行以下幾個(gè)方面的工作: （1）“事前”：按照設(shè)計(jì)、施工要求設(shè)計(jì)混凝土配合比，通過(guò)混凝土的熱力學(xué)性能計(jì)算驗(yàn)證混凝土配比；（2）“事中”：大體積混凝土澆筑施工過(guò)程的溫度監(jiān)測(cè)與監(jiān)控；（3）“事后”：大體積混凝土溫度監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的整理與分析。
一、綏芬河市五花山水庫(kù)溢洪道工程大體積混凝土配合比設(shè)計(jì)
1設(shè)計(jì)原則
(1)混凝土配合比的設(shè)計(jì)及優(yōu)化應(yīng)根據(jù)大體積混凝土的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和溫控要求進(jìn)行；
(2)為降低混凝土內(nèi)部的溫升和水化熱,宜采用“摻合料取代”或“雙摻”技術(shù)；
(3)應(yīng)滿足結(jié)構(gòu)物設(shè)計(jì)強(qiáng)度的要求，根據(jù)其所處環(huán)境的重要性,從保證結(jié)構(gòu)安全的角度出發(fā),并考慮到混凝土原材料、拌和、運(yùn)輸、澆筑和養(yǎng)護(hù)等的差異進(jìn)行配合比設(shè)計(jì),以滿足設(shè)計(jì)強(qiáng)度的要求；
(4)應(yīng)滿足工作性能的要求，大體積混凝土,采用泵送方式澆筑施工，混凝土的目標(biāo)坍落度宜為180～220 mm,試配時(shí)必須經(jīng)多次試拌調(diào)整,并保證混凝土拌和物不離析、不泌水,確保新拌混凝土有良好的工作性能。
2 技術(shù)要求
綏芬河市五花山水庫(kù)溢洪道工程混凝土技術(shù)要求見表1。
表1 混凝土 技術(shù)要求
序號(hào)
混凝土設(shè)計(jì)指標(biāo)
級(jí)配
坍落度
1
C25F200
16～31.5mm（碎石）
180-220mm
3 試驗(yàn)依據(jù)
試驗(yàn)嚴(yán)格按照現(xiàn)行國(guó)家和行業(yè)的有關(guān)規(guī)程規(guī)范進(jìn)行，使用的主要標(biāo)準(zhǔn)有：
《水工混凝土試驗(yàn)規(guī)程》（SL352-2006）；
《水工混凝土施工規(guī)范》（DL/T5144-2001）；
《水工混凝土外加劑技術(shù)》（DL/T5100-1999）；
《外加劑》（GB8076-2008）；
《混凝土膨脹劑》（JC476-2001）；
《水泥標(biāo)準(zhǔn)稠度用水量、凝結(jié)時(shí)間、安定性檢驗(yàn)方法》（GB/T1346-2001）；
《水泥密度測(cè)定方法》（GB/T208-1994）；
《水泥比表面積測(cè)定方法（勃氏法）》（GB8074-2008）；
《水泥化學(xué)分析方法》(GB176-2008)；
《大體積混凝土施工規(guī)范》（GB50496-2009）；
《水泥膠砂強(qiáng)度檢驗(yàn)方法（ISO法）》(GB17671-1999)；
《通用硅酸鹽水泥》(GB175-2007)；
《水工混凝土摻用粉煤灰技術(shù)規(guī)范》(DL/T5055-2007)。
4 原材料試驗(yàn)
遵循經(jīng)濟(jì)適用、就地取材,且符合業(yè)主指定的材料范圍的原則,組成大體積混凝土的各種材料應(yīng)盡量有利于降低混凝土發(fā)熱量的原則。
（1） 水泥
水泥水化過(guò)程釋放熱量,每克水泥可產(chǎn)生熱量500J左右,而混凝土導(dǎo)熱性能較差,大體積混凝土因熱量積聚絕熱溫升可達(dá)70℃或更高，當(dāng)內(nèi)外溫差產(chǎn)生的約束應(yīng)力超過(guò)混凝土抗拉強(qiáng)度時(shí),將導(dǎo)致裂縫，因此避免用高熱量水泥，本研究結(jié)合工地實(shí)際情況采用建設(shè)方提供的牡丹江牌P.C32.5復(fù)合硅酸鹽水泥。試驗(yàn)結(jié)果顯示，該水泥的各項(xiàng)指標(biāo)滿足國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)要求。
（2） 粉煤灰
大體積混凝土要求水泥用量應(yīng)在保證混凝土抗壓強(qiáng)度的同時(shí),盡可能降低水泥用量,以達(dá)到降低水化熱的目的,粉煤灰作為大體積混凝土摻合料,其應(yīng)用技術(shù)及理論已發(fā)展的較為完善,其應(yīng)用范圍極廣,國(guó)內(nèi)外應(yīng)用于水利工程的范例也不勝枚舉。粉煤灰混凝土中,粉煤灰中的活性組分反應(yīng)生成的水化硅酸鈣可以填充其中的孔隙,以及其微粒填充效應(yīng)也可改變混凝土微觀結(jié)構(gòu)使之結(jié)構(gòu)密實(shí)，同時(shí)摻加粉煤灰也可取代部分水泥并有利于泵送，使得工作性能滿足施工要求。本工程采用Ⅱ級(jí)粉煤灰，通過(guò)試驗(yàn)測(cè)試各項(xiàng)指標(biāo)滿足《水工混凝土摻用粉煤灰技術(shù)規(guī)程》（DL/T5055-2007）中對(duì)Ⅱ級(jí)粉煤灰的質(zhì)量要求。
（3） 骨料
混凝土中，砂、石骨料用量約占混凝土質(zhì)量的70%，合理的骨料用量可以提高混凝土的抗壓強(qiáng)度及耐久性、減少混凝土的變形、降低工程造價(jià)。骨料質(zhì)量的好壞不僅能夠?qū)炷恋男阅墚a(chǎn)生影響，甚至可以起到?jīng)Q定性作用，所以，合理選用骨料及其級(jí)配組成對(duì)保證混凝土質(zhì)量、降低水泥用非常重要。本項(xiàng)目采用建設(shè)方提供的粗、細(xì)骨料。
（4） 泵送引氣劑
本項(xiàng)目采用的外加劑為黑龍江省翔波公司生產(chǎn)的復(fù)合型泵送引氣劑SB-M-Ⅲ。該泵送劑有明顯的減水引氣效果，可有效的降低水灰比，并且利于泵送。依據(jù)《外加劑》（GB8076-2008）和《水工混凝土外加劑技術(shù)》（DL/T5100-1999）對(duì)泵送劑進(jìn)行了性能檢驗(yàn)，各項(xiàng)指標(biāo)滿足規(guī)范要求。
試驗(yàn)室對(duì)委托方送檢材料進(jìn)行大量試驗(yàn)，各種材料性能指標(biāo)見附件。
5 配合比設(shè)計(jì)
（1）依據(jù)《普通混凝土配合比設(shè)計(jì)規(guī)程》JGJ55-2000、《水工混凝土試驗(yàn)規(guī)程》（SL352-2006）、《水工混凝土施工規(guī)范》（DL/T5144-2001）進(jìn)行混凝土配合比設(shè)計(jì)?；炷帘ＷC率取95%，施工配制制度按下式計(jì)算：
f配 = f設(shè) + 1.645 σ
公式中：f配———混凝土配置強(qiáng)度，MPa；
f設(shè)———混凝土設(shè)計(jì)強(qiáng)度，MPa；
σ———混凝土強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)差，MPa。
混凝土強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)差σ根據(jù)規(guī)范取5.0，通過(guò)計(jì)算C25混凝土的配置強(qiáng)度為33.2MPa。本次為減少水泥用量，減少混凝土的溫升，充分利用混凝土的后期強(qiáng)度(60d或90 d強(qiáng)度)，根據(jù)水利工程對(duì)混凝土的要求,采用28 d強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計(jì)標(biāo)號(hào)110%，即27.5MPa進(jìn)行設(shè)計(jì)。
（2）骨料最優(yōu)級(jí)配及砂率選擇
骨料級(jí)配對(duì)混凝土的和易性、強(qiáng)度等都有較大的影響，合理的骨料級(jí)配應(yīng)是在相同體積條件下，混合料的比表面積最小、空隙率最小、密實(shí)度最高的級(jí)配。一般采用最大容重法選擇骨料的最優(yōu)級(jí)配，本工程的粗骨料為16～31.5mm碎石材料，為使得結(jié)果更加準(zhǔn)確反應(yīng)實(shí)際情況，選取大量材料進(jìn)行試驗(yàn)。砂率是砂子占砂石總體積的百分率，最佳砂率選擇是在選定骨料級(jí)配比例和水膠比的前提下，用水量最小時(shí)所對(duì)應(yīng)的砂率為最佳砂率。
（3） 混凝土水膠比及最優(yōu)用水量的選擇
混凝土水膠比的選擇，應(yīng)同時(shí)兼顧混凝土的各項(xiàng)性能指標(biāo)，既要參考《水工混凝土施工規(guī)范》（DL/T5144-2001）對(duì)最大水灰比限值的規(guī)定，又要參考類似工程經(jīng)驗(yàn)。本次試驗(yàn)采用的水膠比范圍確定為0.40～0.50。
（4） 摻合料、外加劑摻量的選擇
根據(jù)原材料性能試驗(yàn)結(jié)果，泵送劑摻量選1.2%（以水泥總量計(jì)），粉煤灰摻量選擇20～25%（水泥用量計(jì)），并采用等量取代法。
（5）混凝土配比試驗(yàn)
在選定以上各項(xiàng)參數(shù)后進(jìn)行混凝土成型，針對(duì)技術(shù)要求，設(shè)計(jì)混凝土配比交叉試驗(yàn)。依照規(guī)范要求，分別對(duì)各組配比的新拌混凝土和標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)后達(dá)到齡期的硬化混凝土進(jìn)行測(cè)試，測(cè)試項(xiàng)目包括：坍落度、含氣量、泌水率、抗壓強(qiáng)度、抗凍性能等，根據(jù)已完成試驗(yàn)及委托方要求選定C25F200混凝土配合比如表2。
表2 混凝土配合比 （kg）
序號(hào)
配合比
C
S
W
G
外加劑
粉煤灰
含氣量（%）
坍落度 （mm）
備注
水泥
砂
水
石
SB-M-Ⅲ
1
C25F200
285
744
160
1165
5.7
75
4.1
19.5
32.5水泥
2
C25F200
280
735
165
1150
5.6
80
4.4
18.1
42.5水泥
3
C25F200
300
670
172
1200
SB-G0.4
60
4.4
4.5
42.5水泥
注:1組配比強(qiáng)度試驗(yàn)7d、28d強(qiáng)度為別為17.9MPa,28.1MPa。
（6）依據(jù)膠凝材料水化熱經(jīng)驗(yàn)值對(duì)第1組混凝土配合比的絕熱溫升進(jìn)行計(jì)算分析，配合比水化熱溫升可以通過(guò)下式計(jì)算:
T = ∑Wi Qi/ Cρ
式中：
W — 混凝土中膠凝材料用量（kg）
Q — 活性膠凝材料水化熱（kJ /kg）
C — 混凝土比熱（此處取0.96）（kJ /kg·℃）
ρ — 混凝土容重（kg/m3）
膠凝材料水化熱經(jīng)驗(yàn)取值詳見表3。
表3 膠凝材料水化熱取值
材料名稱
水泥
粉煤灰
kJ /kg
310
150
通過(guò)計(jì)算，得出本配比的水化熱溫升結(jié)果：
T = 34.9 ℃
不摻加摻合料單純水泥為膠凝材料的絕熱溫升為：
T0 = 43.9 ℃
通過(guò)合理的配合比設(shè)計(jì)使得混凝土的絕熱溫升降低了9℃。同理2、3組通過(guò)復(fù)摻技術(shù)在一定程度上也使得混凝土的絕熱溫升有所降低。
二、大體積混凝土施工過(guò)程的溫度監(jiān)測(cè)與監(jiān)控
實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)表明，大體積混凝土結(jié)構(gòu)內(nèi)一旦出現(xiàn)裂縫，要通過(guò)修補(bǔ)來(lái)恢復(fù)結(jié)構(gòu)整體性是非常困難的，尤其是當(dāng)產(chǎn)生的裂縫對(duì)結(jié)構(gòu)受力有重大影響時(shí)，需要補(bǔ)救或拆除，這樣，不但造成了重大經(jīng)濟(jì)損失也延誤了工期。因此在施工中，大體積混凝土結(jié)構(gòu)的溫度控制是非常重要的。為了防止出現(xiàn)溫度裂縫，把混凝土的溫差、降溫速率控制在允許的范圍內(nèi)，又不增加太多的費(fèi)用，有必要從全過(guò)程來(lái)看待溫控問題，采取“全程溫控”。
1大體積混凝土溫度變化規(guī)律
混凝土結(jié)構(gòu)由于水化熱引起了各個(gè)截面的溫度變化。開始時(shí)，截面的的溫度大體上一致，但隨著混凝土水化程度的不斷加深以及表面的混凝土與空氣接觸，熱交換劇烈。在大量的水化熱不斷散失的影響下，混凝土表面和接近表面的溫度增長(zhǎng)比混凝土內(nèi)部的溫度發(fā)展較為緩慢一些，同時(shí)由于混凝土材料的不均勻性，經(jīng)過(guò)一段時(shí)間后，在混凝土的內(nèi)部逐漸形成了較為明顯的溫度分布即溫度場(chǎng)，常規(guī)大體積混凝土的最高溫度一般出現(xiàn)在70 —120小時(shí)這個(gè)時(shí)間段。混凝土在達(dá)到最高溫度值之前，溫度急劇上升；在達(dá)到最高溫度后，溫度逐步下降，但溫度下降的幅度要小于溫度上升的幅度，這是由于混凝土內(nèi)部的水泥水化作用絕大部分集中在在澆筑后的起初幾天內(nèi)發(fā)生，由此產(chǎn)生的熱量遠(yuǎn)大于混凝土構(gòu)件所能散失的熱量，而后混凝土內(nèi)部的水化作用逐漸減弱，混凝土內(nèi)部產(chǎn)生的水化熱與混凝土所能散失的熱量基本持平，同時(shí)混凝土內(nèi)部溫度也達(dá)到其最高值，隨著時(shí)間的推移混凝土內(nèi)部的溫度會(huì)逐漸降低。
2混凝土溫度監(jiān)測(cè)與降溫措施
（1）混凝土溫度監(jiān)測(cè)
施工前布點(diǎn)，溫度監(jiān)測(cè)應(yīng)在混凝土澆筑完成時(shí)立即進(jìn)行，溫度測(cè)試實(shí)施自動(dòng)數(shù)據(jù)采集，配備溫度報(bào)警系統(tǒng)，指導(dǎo)施工科學(xué)順利的進(jìn)行，盡量避免裂縫的產(chǎn)生。
（2）混凝土溫度降溫措施及施工管理
嚴(yán)格控制混凝土溫度是防止裂縫的最重要措施。一方面在澆注時(shí)降低內(nèi)外溫差，減小自約束應(yīng)力，另一方面降低相臨上下澆注層溫差，減小外約束應(yīng)力，如溫度變化超標(biāo)，應(yīng)提供降如下溫措施：
1）降低混凝土澆注溫度，通過(guò)冷卻拌和水、加冰拌和、預(yù)冷骨料等辦法降低混凝土出機(jī)口溫度。一般來(lái)說(shuō)預(yù)冷石子效果最好，次為預(yù)冷砂和水。
2）表面保濕、保溫。一般在混凝土表面澆水后覆蓋一層塑料薄膜，再覆蓋土工布等其它保溫材料。在混凝土頂面蓄水可以起到保濕和保溫的雙重效果。
3）在混凝土澆注塊中，強(qiáng)度是不均勻的，裂縫總是從強(qiáng)度最低的薄弱處開始開裂，因此應(yīng)加強(qiáng)施工管理，是提高施工質(zhì)量的根本保障。
4）加強(qiáng)養(yǎng)護(hù)，延長(zhǎng)養(yǎng)護(hù)時(shí)間。
3大體積混凝土現(xiàn)場(chǎng)溫度監(jiān)控
（1）監(jiān)測(cè)基本技術(shù)要求
以《大體積混凝土施工規(guī)范》（GB50496-2009）中溫控指標(biāo)作為參考基準(zhǔn)：
感谢您访问我们的网站，您可能还对以下资源感兴趣：