談大體積混凝土的溫度計算及控制

夏 正 華

(中電投電力工程有限公司，上海 200233)

談大體積混凝土的溫度計算及控制

夏 正 華

(中電投電力工程有限公司，上海 200233)

結(jié)合具體工程實例，介紹了混凝土的配制工藝和施工方法，就如何計算大體積混凝土內(nèi)外溫差進(jìn)行了論述，總結(jié)了控制大體積混凝土溫度的幾項有效措施，以防止有害裂紋的產(chǎn)生。

大體積混凝土，溫度計算，溫度控制，裂紋

1 工程概況

南寧電廠2×660 MW機組汽輪機基礎(chǔ)底板長46.72 m，寬16.00 m，高3.00 m，置于中風(fēng)砂巖上，混凝土標(biāo)號C30S6。圖紙設(shè)計在混凝土墊層上設(shè)置一氈二油隔離層作為滑動層，以改善基礎(chǔ)底板混凝土與巖石地基的約束條件，在混凝土墊層表面干燥后進(jìn)行隔離層施工。汽輪機基礎(chǔ)底板屬于大體積鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，重點在于大體積混凝土的溫度計算及控制。

2 混凝土配制及施工

混凝土配制時考慮控制大體積混凝土的溫度裂縫，降低混凝土內(nèi)的水化熱，采用水化熱較低的P42.5礦渣硅酸鹽水泥，水泥用量控制在240 kg/m3～260 kg/m3之內(nèi)。粗骨料采用5 mm～40 mm的級配良好的卵石，含泥量控制在1%以內(nèi)；細(xì)骨料采用粗砂，含泥量控制在3%以內(nèi)。降低混凝土水灰比，以減少混凝土水泥用量；采用KDJS高效緩凝減水劑，水灰比控制在0.5以內(nèi)，混凝土初凝時間控制在6 h以上?；炷林袚郊臃勖夯?06 kg/m3，以改善混凝土的和易性、流淌性，適應(yīng)混凝土泵送工藝?；炷羾?yán)格按配合比進(jìn)行拌制，控制好坍落度。粗細(xì)骨料堆場搭設(shè)遮陽棚，防止陽光直射，從而降低混凝土的入模溫度。

基礎(chǔ)底板混凝土澆筑采用分層下料，薄層覆蓋，循序推進(jìn)，自然流淌形成混凝土坡的澆筑施工方法。分層厚度小于500 mm，上層混凝土在下層混凝土初凝前進(jìn)行覆蓋?；炷琳駬v采用φ50的插入式振搗器，振搗密實；振搗點布置呈梅花形，間距30 cm；振搗上層混凝土?xí)r振搗棒插入下層混凝土50 mm～100 mm。

3 混凝土溫度計算及控制

汽輪機基礎(chǔ)底板大體積混凝土施工，要采取控制溫度裂縫的措施，即控制好混凝土內(nèi)外溫差小于25 ℃。根據(jù)施工條件，先計算混凝土的水泥水化熱絕熱溫升值，再計算出混凝土中心溫度和表面溫度，如果混凝土中心溫度與表面溫度之差大于25 ℃，則需采取措施使混凝土內(nèi)外溫差小于25 ℃。

已知施工條件：基礎(chǔ)混凝土C30S6，采用P42.5礦渣硅酸鹽水泥，水泥用量為247 kg/m3，粉煤灰用量為106 kg/m3，水灰比0.5，Eo=2.8×104，混凝土澆筑時間為9月份上旬。混凝土入模溫度現(xiàn)場測得為36 ℃，施工期間平均氣溫為30 ℃，采用“保溫保濕養(yǎng)護(hù)”法。

3.1 混凝土水化熱絕熱溫升值

Th=(Mc+k·F)Q/(c·ρ)=(247+0.3×106)×375/(0.97×2 400)=44.91 ℃。

其中，Th為混凝土最大絕熱溫升，℃；Mc為混凝土中水泥(包括膨脹劑)用量，取247 kg/m3；F為混凝土活性摻合料用量，取106 kg/m3；k為摻合料折減系數(shù)，粉煤灰取0.25～0.30之間的大值,0.3；Q為水泥28 d水化熱,查不同品種、強度等級水泥的水化熱表取375 kJ/kg；c為混凝土比熱,取0.97 kJ/(kg·K)；ρ為混凝土密度,取2 400 kg/m3。

3.2 混凝土中心最大溫度計算

T1(t)=Tj+Th·ξ(t)=36+44.91×0.68=66.54 ℃。

其中，T1(t)為t齡期混凝土中心計算溫度，℃；Tj為混凝土澆筑溫度，取36 ℃；ξ(t)為t齡期降溫系數(shù)，澆筑厚度3 m，齡期3 d，查降溫系數(shù)ξ表，知ξ(t)=0.68。

3.3 混凝土表面溫度計算

T2(t)=Tq+4h′·(H-h′)·(T1(t)-Tq)/H2。

混凝土虛厚度：h′=k·λ/β=(2/3)×2.33/23=0.067 536。

其中，h′為混凝土虛厚度，m；k為折減系數(shù)，取2/3；λ為混凝土導(dǎo)熱系數(shù)，取2.33 W/(m·K)。

混凝土計算厚度：H=h+2h′=3+2×0.067 536=3.135 m。

其中，H為混凝土計算厚度，m；h為混凝土實際厚度，m。

則混凝土表面溫度：T2(t)=Tq+4h′·(H-h′)·(T1(t)-Tq)/H2=30+4×0.067 536×(3.135-0.067 536)×(66.54-30)/3.1352=33.08 ℃。

其中，T2(t)為混凝土表面溫度，℃；Tq為施工期大氣平均溫度，取30 ℃；h′為混凝土虛厚度，m；H為混凝土計算厚度，m；T1(t)為混凝土中心溫度，℃。

混凝土中心最大溫度與表面溫度之差為T1(3)-T2(3)=66.54-33.08=33.46 ℃>25 ℃，溫差超過25 ℃，需要采取措施使內(nèi)外溫差小于25 ℃。

3.4 溫控措施一:采用保溫保濕法養(yǎng)護(hù)

即在混凝土表面覆蓋一層薄膜然后鋪設(shè)一層草袋，再在草袋上覆蓋一層薄膜的方法進(jìn)行保溫保濕。

保溫草袋厚度的計算：

δ=0.5h·λx(T2(t)-Tq)Kb/[λ(Tmax-T2(t))]。

其中，δ為保溫材料厚度，m；λx為所選保溫材料導(dǎo)熱系數(shù),查幾種保溫材料導(dǎo)熱系數(shù)表，取0.14 W/(m·K)；T2(t)為混凝土表面溫度，℃；Tq為施工期大氣平均溫度，℃；λ為混凝土導(dǎo)熱系數(shù)，取2.33 W/(m·K)；Tmax為計算得混凝土最高溫度，℃；Kb為傳熱系數(shù)修正值，在一般刮風(fēng)情況及保溫材料為草袋但在混凝土表面鋪一層不透風(fēng)材料(塑料薄膜)情況下,查傳熱系數(shù)修正值表，取Kb=2.0。

則δ=0.5×3×0.14×(33.08-30)×2.0/[2.33×(66.54-33.08)]=0.016 6 m=1.66 cm，即可采用2 cm厚的草袋。

混凝土初凝時，及時將基礎(chǔ)底板混凝土表面抹平壓實收光，防止混凝土表面收縮。混凝土終凝后在其表面覆蓋一層薄膜然后鋪設(shè)一層草袋,再在草袋上覆蓋一層薄膜進(jìn)行保溫保濕，草袋厚度2 cm，使混凝土表面保持相對穩(wěn)定的溫度和濕度。

3.5 溫控措施二：冷卻水降低混凝土中心溫度

混凝土施工前，在汽輪機基礎(chǔ)底板鋼筋骨架內(nèi)沿高度方向均布兩層DN60鋼管作為循環(huán)冷卻水管，混凝土澆筑后派專人晝夜連續(xù)用潛水泵將冷卻池內(nèi)的冷卻水注入循環(huán)冷卻水管，通過較低溫度的循環(huán)水將混凝土中的水化熱帶出至混凝土外，從而逐漸降低混凝土中心溫度。冷卻水從現(xiàn)場施工用水管網(wǎng)引至基礎(chǔ)旁的冷卻水池，入池溫度21 ℃，從基礎(chǔ)出來的熱水流至水池內(nèi)再循環(huán)至基礎(chǔ)內(nèi)的循環(huán)水管，水池內(nèi)的水溫逐漸升高，當(dāng)水池內(nèi)的溫度與混凝土中心溫度之差小于15 ℃時，將水池內(nèi)的熱水重新?lián)Q成較低溫度的施工用水。在混凝土表面設(shè)置12組測溫管，每組設(shè)上、中、下3根測溫管，連續(xù)測溫14 d。

4 溫度控制效果檢查

在保溫保濕養(yǎng)護(hù)和循環(huán)水冷卻內(nèi)部水化熱的14 d內(nèi)，通過測溫記錄發(fā)現(xiàn)混凝土中心溫度和表面溫度之差都控制在25 ℃之內(nèi)，混凝土表面溫度和大氣溫度之差都控制在20 ℃之內(nèi)，混凝土表面一直保持濕潤狀態(tài)，大體積混凝土最終沒有出現(xiàn)有害裂紋，說明此次保溫保濕養(yǎng)護(hù)和循環(huán)水冷卻內(nèi)部水化熱的溫控措施是有效的。

[1] GB 50496—2009，大體積混凝土施工規(guī)范[S].

Discussion on temperature calculation and control of mass concrete

Xia Zhenghua

(CLPPowerEngineeringLimitedCompany,Shanghai200233,China)

Combining with specific engineering examples, this paper introduced the concrete preparation and construction method, discussed how to calculate the temperature difference between inside and outside of mass concrete, summarized some effective measures control of mass concrete temperature, to prevent the generation of harmful cracks.

mass concrete, temperature calculation， temperature control, crack

2015-04-09

夏正華(1973- )，男，工程師

1009-6825(2015)17-0070-02

TU755

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