冷却管在大体积砼中的应用

冷却管在大体积砼中的应用- 工程事故分析

冷却管在大体积砼中的应用

摘要：本文以空中华西村工程4m厚筏板大体积砼施工为背景，对冷却管在大体积砼施工中应用进行论述。

关键词：空中华西村；大体积砼；冷却管

1、工程概况

“空中华西村”工程位于有“天下第一村”之称的江阴市华西村中心广场西南，北望华西塔群，西邻村中小河，用地基本呈矩形，地势平坦。“空中华西村”项目是集酒店式公寓及附属公共配套设施于一体的超高层综合体。建筑总高328.0米，规划用地面积28406.24m2，总建筑面积达212987.42m2。其中地上总建筑面积192376.8m2，地下建筑面积20610.62m2。本工程由3个60层高253.8m）的外围筒体和1个72层（高328m）的外围筒体构成，中央筒体顶部设有一个直径50m的球体。3个外围筒体主要功能为公寓式酒店，每12层连接层作为设备层及会所，中央筒用于垂直交通，可直接通往顶部球体。球体直径50m共4层，包括华西文化展厅、旋转餐厅、普通餐厅及顶部观光层。本工程建成后将成为华西村的标志性建筑，同时也是中国农村的标志建筑。

本工程主体部位基础采用桩筏复合基础，筏板基础厚4m，面积约6535m2，混凝土方量约为26100m3。筏板基础施工时，不留施工缝，一次连续分层浇注。

2、冷却管设计

本工程筏板结构断面尺寸达4m，砼浇注后由于水泥水化热的影响，砼内部温度急剧上升，若内部温度与表面温差过大，将对砼产生较大的拉应力，极易引起砼开裂。施工中采取优化配合比、埋设冷却管、降低入模温度、表面采用聚苯乙烯泡沫板养护等措施控制有害裂缝的产生。

施工中为了持续补偿或削减混凝土的收缩，有效达到抗裂防渗的目的，每方混凝土中掺加33kgSY-G膨胀剂。SY-G膨胀剂在温度大于80℃情况下会失效，为了进一步降低中心温度峰值，避免膨胀剂失效，在筏板基础中设置上下两层冷却水管。另外超厚大体积混凝土内部基本处于绝热状态，降温速率明显降低，CCTV实测结果显示降温速率约为0.2℃/d。本工程筏板基础施工时，江阴地区夜间温度低于20℃，在中心温度降不下去的情况下，为了避免与大气温差过大造成裂缝，表面需要一直进行保温养护。设置上下两层冷却管，可以通过控制通水量，主动控制混凝土内部的降温速率，缩短保温养护的时间，避免影响后续施工。

冷却管采用DN65薄壁焊接钢管，冷却管进出水口均设在板面上方，在筏板基础底板中设置上下两层冷却水管。冷却水管离筏板边间距为2100，管间水平间距也为2100，竖向间距1300。冷却水管位置设在筏板基础的中部钢筋上，即筏板基础的第五层和第六层钢筋网片上（钢筋网片），用型钢支撑固定，不得直接摆放在钢筋网片上。

3、冷却管施工

为了保证底板砼质量，要求在冷却管进出水口处焊接100×100×4

止水钢板。冷却管穿过地下室集水井部位，在集水井边上也焊接100×100×4止水钢板。冷却管进出水口处，埋木盒子，在冷却水管用完后，将盒子凿除，冷却水管割断，用钢板满焊在冷却水管上，将冷却水管封堵，然后将此部位用掺膨胀剂的细石砼灌实。

在每个回路的冷却管安装完成后，应及时试压，保证试压时的压力大于工作压力，仔细检查管子是否有渗漏水情况。

冷却水通水控制原则：一是根据混凝土测温记录的温差来控制是否通水及通水流量，通水水量以温差控制在20～24℃之间，温差大，增加流量，温差小，减小流量；二是以混凝土降温速度控制在1.5℃/d～2℃/d来控制通水量，以保持在1.5℃/d为宜，降温慢，增加流量；降温快，减小流量。在实际施工时，用测温仪测进水口和出水口水温，以观测降温效果和控制降温速度。

由于冷却水管管径较大，且分布间距较大，冷却水又是冷水，为了防止由于通水量过大造成砼内部温度不均匀，从而导致砼产生沿冷却水管径向的收缩裂缝，在通水过程中，要严格控制通水量，宁小勿大，任何人在未经技术部测温数据指导下擅自加大通水量。

本供水系统取水点为周边自然河水，由业主以前预留的潜水泵进行供水，每根DN159主管分8个支管进行供水。

根据平面布置图，冷却管道整个系统主要分为16个回路，每个回路长度约为450～750m，每个回路出水口流量要求约18m3/h。按8个分回路合为一个回路加压供水计算，可选用壹台功率为7.5kw，扬程30m，流量50m3/h的单级加压泵来保证不间断供水，即整个系统

共需两台。另外在加压泵出水口处设止回阀及闸阀，以满足实际现场使用水量的调节。

4、冷却管实施效果

冷却管降温效果计算：

水的比热：=4.2×103J/Kg℃；水的密度=1.0×103Kg/m3,砼的比热为：

=0.96103J/Kg℃；冷却管的公称口径为65mm，壁厚4.0，每小时通水量18m3。

地下室底板混凝土埋设2层冷却管，冷却管相临间距为2.1米。每层共布置8个回路。4m厚底板混凝土体积为26100m3，每个回路平均布置，每个回路砼为1631m3。

混凝土由于冷却管作用的降温计算

式中:-冷却管中水每天流量

—进出水口处的温差

—水的比热

—混凝土的体积

—混凝土的密度

—混凝土的比热

经实际测量出水口与入水口水温平均温差为3.0℃，带入公式

理论计算，由冷却管通水带走的热量使得混凝土中心温度每天下降1.4℃，与实测的中心温度下降速度较接近。

10#测温点位于筏板中心，19#测温点区域的冷却管在6月1日前

未通水。取这4个点的实际测温结果进行对比分析，中心温度—龄期曲线如图4所示（测温点编号后数据为本测温点的最高温度）。

由图4可以看出，初凝后通水的10#测温点中心温度的峰值基本出现在4.5d龄期，未通水的19#点温度峰值出现在6d龄期，4d龄期以后温度增长已经较缓，1～3d龄期温度增长迅速，与理论计算前3天水化热占总水化热的70%相符。

4.5d龄期以后，10#点在冷却管作用下，中心温度已在下降，平均降温速率为2.0℃/d。19#点4d龄期中心温度为7

5.4℃，5d龄期中心温度为75.8℃，6d龄期中心温度达到峰值7

6.0℃，6d以后中心温度也开始缓慢下降，到5月28日时，中心温度仍有74.4℃，平均降温速率为0.4℃/d。

江阴地区，5月份夜间温度低于20℃，如将表面保温板掀开散热，容易造成表面温度与大气温度相差较大，产生裂缝。因此在筏板中心温度未降下来的情况下，表面需要一直进行保温养护。本工程采用冷却管通水，可以主动控制中心温度以1.5～2℃/d的速度下降，缩短了保温养护时间，加快了施工进度。

5、结论

本工程通过设置双层冷却管，降低了混凝土中心温度峰值,中心温度最高为76℃。冷却管的最重要作用是通过控制通水量，主动控制降温速率。施工过程中，通过实测设置了冷却管的砼降温速率是未设置冷却管的4～5倍，有限的缩短了保温养护时间，保障了工期，降低了各项管理费用，取得了良好的经济效益。