冷卻水循環(huán)溫控工藝在大體積混凝土方塊制控防裂方面中的應(yīng)用研究

◎ 王秀斌　中交四航局第三工程有限公司

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冷卻水循環(huán)溫控工藝在大體積混凝土方塊制控防裂方面中的應(yīng)用研究

◎ 王秀斌中交四航局第三工程有限公司

摘要：結(jié)構(gòu)裂縫和溫度裂縫在混凝土施工中普遍存在，是影響工程質(zhì)量的關(guān)鍵因素，尤其是在大體積混凝土方塊中，需要采取有效的控制措施，減少裂縫的產(chǎn)生率。本文以KBR煉油廠碼頭工程中混凝土施工為例，分析了大體積混凝土方塊在預(yù)制過(guò)程中，如何利用冷卻水循環(huán)系統(tǒng)，控制裂縫的產(chǎn)生，提高施工質(zhì)量。

關(guān)鍵詞：冷卻水循環(huán) 溫控工藝 大體積混凝土方塊 制控防裂

隨著物流業(yè)的快速發(fā)展，海上交通運(yùn)輸成為目前重要的物流運(yùn)轉(zhuǎn)途徑，很多規(guī)模龐大的港口碼頭項(xiàng)目正在修建。在項(xiàng)目施工中，大體積混凝土方塊預(yù)制是關(guān)鍵的施工環(huán)節(jié)之一。但是由于受到施工環(huán)境和混凝土自身特點(diǎn)的影響，容易在方塊表面出現(xiàn)大量裂縫。在這種情況下，通過(guò)必要的溫度控制措施，降低混凝土方塊內(nèi)部的溫度，成為施工重點(diǎn)。

1.混凝土方塊出現(xiàn)裂縫的原因及控制

1.1混凝土方塊裂縫的原因分析

大體積混凝土方塊出現(xiàn)裂縫的影響因素主要包括以下四個(gè)方面：第一，材料因素。混凝土材料本身具備熱脹冷縮的特性，如果在施工過(guò)程中，不注意控制好水泥的水化熱，那么就會(huì)由于內(nèi)外溫度差異較大，而導(dǎo)致裂縫產(chǎn)生。除此之外，水泥漿的比例過(guò)大，也會(huì)增加混凝土方塊的干縮效應(yīng)，成型之后容易出現(xiàn)裂縫。第二，設(shè)計(jì)因素?；炷练綁K的長(zhǎng)度和斷面面積比值過(guò)大，不符合規(guī)定的變形縫要求，以及抗裂措施沒(méi)有在設(shè)計(jì)中體現(xiàn)。第三，施工因素。在施工之前，沒(méi)有對(duì)相關(guān)人員進(jìn)行詳細(xì)的技術(shù)交底，導(dǎo)致施工程序不合理，或者澆筑和振搗要點(diǎn)把握不準(zhǔn)確，導(dǎo)致結(jié)構(gòu)強(qiáng)度分布不均勻。第四，環(huán)境因素。外部環(huán)境溫度過(guò)低，會(huì)在混凝土方塊中形成非常明顯的溫度差，導(dǎo)致拉應(yīng)力的產(chǎn)生，如果應(yīng)力過(guò)大，就會(huì)出現(xiàn)裂縫。

1.2裂縫控制措施

1.2.1選擇合適的原材料，優(yōu)化混凝土配比

水泥應(yīng)當(dāng)選擇凝結(jié)時(shí)間較長(zhǎng)的類型，例如粉煤灰硅酸鹽水泥；若施工條件允許，采用粒徑較大且級(jí)配良好的石子，在施工環(huán)節(jié)，加強(qiáng)攪拌、澆筑與振搗工序施工質(zhì)量；根據(jù)施工需求，科學(xué)選擇外加劑（例如引氣劑、減水劑等），減少水泥的使用量，降低混凝土的溫升。

1.2.2做好施工工作

在澆筑環(huán)節(jié)開(kāi)始前預(yù)埋冷卻水管，并提前通入冷卻水，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)低溫混凝土水化熱溫度的控制。這也是當(dāng)前效果最好的、應(yīng)用最廣泛的大體積混凝土升溫控制方法。

控制好混凝土的出機(jī)溫度。在氣溫較高的夏季，應(yīng)當(dāng)對(duì)砂石原料進(jìn)行遮陽(yáng)處理，也可在拌料之前對(duì)石子進(jìn)行澆水處理，降低石子的入機(jī)溫度，從而降低混凝土的出機(jī)溫度。

澆筑工序：進(jìn)行澆筑的混凝土溫度應(yīng)控制在40℃以下。在施工中，選擇分層連續(xù)澆灌，且嚴(yán)格按照施工標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行，不能隨意留施工縫，混凝土攤鋪厚度與振搗器長(zhǎng)度的比例應(yīng)控制在1.25以內(nèi)。若層間間隔時(shí)間超過(guò)混凝土初凝時(shí)間，層面應(yīng)按照施工縫處理。

振搗工序：澆灌完成以后，在震動(dòng)界限以前，進(jìn)行二次振搗，從而提升混凝土與鋼材的握裹力，減少內(nèi)部微小裂紋的產(chǎn)生，增加混凝土的密實(shí)性。有試驗(yàn)表明，二次振搗能夠提升使混凝土的抗壓強(qiáng)度提升百分之二十。

1.2.3加強(qiáng)溫度監(jiān)測(cè)工作

實(shí)現(xiàn)對(duì)混凝土溫度的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，內(nèi)外溫差不能超過(guò)25℃。為了方式溫度裂縫的產(chǎn)生，混凝土的入模與澆筑環(huán)節(jié)都要進(jìn)行溫度監(jiān)測(cè)，使混凝度的溫度梯度與濕度在可接受范圍之間，確?；炷潦┕べ|(zhì)量。

2.常見(jiàn)的溫控措施

水的降溫：在攪拌站設(shè)置兩個(gè)水桶，體積分別為5000L和10000L，攪拌之前在水桶中加入冰塊，等到水溫將至大概為10℃，就將水引入攪拌機(jī)進(jìn)行攪拌，同時(shí)安排專門的監(jiān)督人員進(jìn)行全程監(jiān)控。

砂石和水泥降溫：在進(jìn)行混凝土配比之前，控制好砂石等骨料的溫度，避免曝曬，如果日照過(guò)于強(qiáng)烈，需要定時(shí)灑水以便降低骨料的溫度，一般情況下，要使其溫度控制在26℃左右。為了防止混凝土的入模溫度過(guò)高，盡量不要使用當(dāng)天泵送入罐的水泥。

機(jī)械設(shè)備降溫：混凝土攪拌之前，用冰水沖洗攪拌機(jī)以及混凝土罐車，這樣可以降低設(shè)備的外部和內(nèi)部溫度，避免在攪拌過(guò)程中，混凝土溫度快速升高。

圖2　冷卻水循環(huán)立體結(jié)構(gòu)圖

表2　溫度控制表

圖3　混凝土方塊溫度變化曲線（B15方塊為例）

3.冷卻水循環(huán)溫控工藝在該工程項(xiàng)目中的應(yīng)用

3.1工程概括

該工程項(xiàng)目名稱叫做KBR煉油廠碼頭，臨近大西洋，具體施工位置屬于安哥拉中部的洛比托市的港區(qū)內(nèi)，與已經(jīng)建成的洛比托礦石碼頭臨近。該工程下施工采用的混凝土方塊是實(shí)心型，具體分為頂層卸荷板和標(biāo)準(zhǔn)方塊層，然后就是胸墻部分。在該工程項(xiàng)目中，預(yù)制混凝土方塊564塊，包括67塊卸荷板，其中每塊混凝土方量控制在100m3左右，每個(gè)卸荷板混凝土方量控制在60m3左右，屬于大體積混凝土工程的范疇。

3.2溫控工藝應(yīng)用的必要性

對(duì)該工程項(xiàng)目中設(shè)計(jì)的實(shí)心混凝土預(yù)制方塊尺寸進(jìn)行測(cè)量，發(fā)現(xiàn)其長(zhǎng)度范圍在6.5m～10m之間，寬度范圍在2m～5m之間，高度范圍在2.5m～3.5m之間，是標(biāo)準(zhǔn)的大體積混凝土構(gòu)件。而大體積混凝方塊普遍存在裂縫問(wèn)題，如果不制定合理的溫控措施，很容易因?yàn)閮?nèi)部水化熱過(guò)高而出現(xiàn)溫度裂縫。除此之外，洛比托屬于熱帶草原氣候，日照時(shí)間長(zhǎng)，全年的平均溫度都在25℃左右，因此，預(yù)制方塊內(nèi)部的散熱周期很長(zhǎng)。

3.3操作方法

（1）布設(shè)冷卻水管。按照冷卻水由熱中心區(qū)向邊緣區(qū)流動(dòng)的原則布置冷卻水管網(wǎng)，并采用分區(qū)分層布置的方法。水管層數(shù)需要根據(jù)混凝土方塊的具體高度，上下兩層水管之間的距離控制在1m，水管的規(guī)格為：壁厚2mm、直徑φ25mm，材質(zhì)是PVC管。其中，在混凝土的中心設(shè)置進(jìn)水管口，而出水管口要設(shè)置在邊緣部分，保證每層管網(wǎng)的進(jìn)出水口錯(cuò)開(kāi)布置?；炷翝仓瓿芍?，執(zhí)行通水循環(huán)作業(yè)，為了提高冷卻效果，可以在水中加冰，使其溫度控制在20℃左右。在通水過(guò)程中，值班人員要全程看守，避免水溫過(guò)高。冷卻水循環(huán)立體結(jié)構(gòu)如圖2所示。

（2）測(cè)溫設(shè)備。采用國(guó)內(nèi)TD-3大體積混凝土測(cè)溫儀，對(duì)冷卻溫度數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)采集。該儀器通過(guò)數(shù)據(jù)線和預(yù)埋在混凝土方塊內(nèi)部的溫度探測(cè)頭連接，每隔一分鐘就能監(jiān)測(cè)出一個(gè)溫度數(shù)據(jù)，并保存在儲(chǔ)存卡中。該測(cè)溫儀器還能夠通過(guò)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)和實(shí)驗(yàn)室的主機(jī)設(shè)備進(jìn)行信息共享，因此，混凝土方塊的溫度變化情況能夠通過(guò)主機(jī)顯示，如果溫度超過(guò)規(guī)定指數(shù)就會(huì)自動(dòng)發(fā)出警報(bào)。

（3）冷卻水管水壓試驗(yàn)。在混凝土施工之前，要對(duì)水管系統(tǒng)進(jìn)行通水試驗(yàn)，檢查接頭是否漏水。同時(shí)，還要檢測(cè)吊孔盒的密封性，如果有漏水現(xiàn)象，要進(jìn)行設(shè)備的維修或更換，避免對(duì)已經(jīng)澆筑完成的混凝土造成破壞?；炷翝仓┕ひ约颁摻罱壴^(guò)程中容易碰到管路，影響供水的連續(xù)性，為了避免這種情況的發(fā)生，要控制好振搗力度。

（4）水流控制。通常情況下，水流量會(huì)影響進(jìn)出水口的溫差，以及冷卻水和混凝土的熱交換速率。利用流量感應(yīng)器，能夠隨時(shí)監(jiān)控冷卻水的速度和流量。經(jīng)過(guò)試驗(yàn)表明，當(dāng)水速和流量在1.2～1.5m3/h時(shí)，進(jìn)出水口的溫差小于6℃，滿足設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)（如表2）。

對(duì)該溫度曲線進(jìn)行分析之后，得到如下結(jié)論：第一，混凝土方塊內(nèi)部的溫度變化明顯的分為升溫和降溫這兩個(gè)階段，其中，當(dāng)澆筑完成大約一天之后，溫度達(dá)到最大值。第二，混凝土方塊的溫度分布是由中心向四周遞減，最高相差25℃。第三，在同一個(gè)溫度監(jiān)測(cè)點(diǎn)，溫差最高能達(dá)到50℃。

4.結(jié)論

該項(xiàng)目在混凝土施工過(guò)程中，受到外部自然環(huán)境以及混凝土方塊自身特點(diǎn)的影響，容易出現(xiàn)裂縫，影響施工質(zhì)量。為了避免裂縫的產(chǎn)生，采用了冷卻水循環(huán)溫度控制工藝，在實(shí)踐過(guò)程中發(fā)現(xiàn)，溫控效果明顯，并且實(shí)用性和可操作性較強(qiáng)。極大的減少了混凝土表面裂縫的產(chǎn)生，提高了一次性預(yù)制的成功率，不僅降低了工程風(fēng)險(xiǎn)，還節(jié)省了項(xiàng)目成本。

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