混凝土水管降温工艺

施工时混凝土被认为是一个大型的结构实体,由水化热产生的混凝土热能是通过混凝土自身的导热能力将其慢慢地传递到混凝土表面,传递到表面的混凝土热量又通过模板传递到大气之中。大体积混凝土本身结构尺寸较大,导热系数小。混凝土内部产生的热能往往无法有效地传递到混凝土表面,从而在混凝土内部会产生高温热能团,而混凝土表面直接裸露于大气中,水化热散失较快,这就导致大体积混凝土芯部与表面温度相差悬殊,内外温差会产生较大的温度应力。在混凝土浇筑初期,混凝土的抗拉强度较小,这样混凝土将会产生表面裂纹,裂纹会随着温度的逐渐变化而深入,对于有冻融要求的环境中,会直接影响到混凝土的耐久性,更无法满足使用年限的要求,最后影响混凝土的实体质量。冷却管布置后,冷却管将大体积混凝土实体划分为若干个小体积,小体积实体可视为直接与外界环境接触。以小体积实体为计算单元,通过计算混凝土水化热释放出的能量,从而计算出小体积实体产生的温度应力,以及混凝土自身的抗拉应力,判断混凝土是否会由于温度的变化导致破坏。

冷却管的布设

冷却管利用外径为<50 mm ,壁厚为 3.5 mm 的有缝或无缝钢管,最好采用无缝钢管(不易破裂,套丝质量高) 。冷却管的布设为折线形式,相邻冷却管的间距一般在0.8～1.0 m ,单根长度一般根据承台的宽度而定,且到承台边的距离不得大于 1.0 m ;冷却管的层距控制在0.8～1.0 m ,布置的层数根据承台的厚度而定,与上下混凝土面的距离不得小于0.5 m。

(1) 能够有效的降低混凝土内部绝热温度;

(2) 将大体积混凝土分割成若干个混凝土实体块;

(3) 冷却管间距一般不得大于1 m ;

(4) 冷却管层距一般不宜大于1 m。

布设要求

(1) 采用焊接接头时,冷却管应焊接牢固,不得出现漏水现象;

(2) 采用螺纹连接时,螺纹接头处采用胶带作防漏水措施,严禁在接头处使用黄油等油类物质;

(3) 冷却管层与层之间可错开布置,成锯齿形,便于有效降温;

(4) 不宜由1 根冷却管通长布置在大体积混凝土内部。

承台冷却管布设(图1 ,图2)

图1 承台冷却管布置(单位:m)

图2 冷却管布置示意

测温元件的布设

布置位置

测温元件为温度感应计,将其埋设在混凝土内部,埋设的测温元件根据对混凝土温度控制的要求,部位将有所不同,但大体上分为2 种:内部测温元件和表面测温元件,内部测温元件主要布设在结构体的中心位置;表面测温元件埋设在混凝土结构体的上表面或混凝土结构体的侧面,埋设的深度一般为:上表面时混凝土表面以下10～20 cm ;侧表面埋设深度为结构体的中心,距侧模以10～20 cm 为宜。

(1) 测温元件或测温孔应具有代表性,不宜过多;

(2) 测量表面温度和内部温度的部位一般相互对应;

(3) 测温线一般以超出承台表面20～50 cm 为宜,便于测量;

施工过程中通过埋设测温管和测温片2 种方法进行比较,测温管价格低,测温偏差大,读数难度大,后期需灌浆处理;测温片测温准确,后期无需处理,价格贵,但可采用三点法,在 3 个具有代表性的测点,不同的高度进行埋设,一个测温周期完成后,还可截下二次利用,测温片可以随时量测,直观地反映温度,使用过程中可结合玻璃温度计进行校正。一般于混凝土浇筑完成后4 h 内开始通循环水,在120 h 后可以停止循环,主要根据测温情况现场随时决定,保证混凝土内部温度稳定下降。混凝土浇筑期间应保持棚内温度不低于5 ℃,灌注结束4～6 h 后方可升温,升温速度和降温速度均不宜大于10 ℃,恒温时芯部

温度不宜超过60 ℃,最高不能超过65 ℃。循环水的水温按照混凝土内部温度W芯、冷却进水温度W进和冷却出水温度W出满足关系式:W 芯-(W进+ W出) / 2 ≤30 ℃进行控制。

升温阶段:一般情况,混凝土在浇筑完成后24 h ,混凝土的内部温度将会开始升温,直到混凝土浇筑完成后2 d ,内部绝热温度达到最高,在这个时间开始,以每2 h 测量1 次为宜。

恒温阶段:混凝土在浇筑后第3～4 d 之间,其温度变化相对较小,可认为是混凝土的恒温阶段,测量温度的频率将每4 h 测量1 次为宜。降温阶段:混凝土在浇筑完成4 d 后,温度将缓慢回落,对温度的测量

一般控制在每6 h 测量1 次,可以达到要求。

测温持续时间

根据不同混凝土潮湿养护的最低期限的要求 ,混凝土施工完毕必须养护不得少于14 d ,并要求以测温检查养护的效果。故在工程施工过程中,混凝土的测温持续时间为14 d ,在此期间保证混凝土内部温度与表面温度、表面温度与环境温度的温差不得大于25 ℃。要求按测温频率随时检查随时调整通水流量。

通水时间的要求

混凝土浇筑完成后,混凝土内水化热开始释放,混凝土的内部温度、表面温度将逐渐升高。在大体积混凝土开始升温时,就在布置的冷却管内通水,利用水的温差带走部分混凝土内部水化热,达到降温的效果;当混凝土内部和表面温度开始明显下降时,可通过现场的实际温度要求间断通水;当混凝土的绝热温度下降速度超过 2 ℃/ d ,混凝土内部温度与表面温度、表面温度与环境最低温度相差15 ℃以内时,结束通水。

混凝土内部理论最高温度

(1) 计算混凝土最大水化热绝热温升值

T max = m c ×Q/ ( c ×ρ) = 298 ×377/(0.97 ×2350) = 49.3 ℃式中m c ———每m3 混凝土水泥用量,kg/ m3 ;

Q ———每千克水泥水化热量,取377 J / kg ;

c ———混凝土的比热,取0.97 J / (kg ·℃) ;

ρ———混凝土的质量密度,取2350 kg/ m3 。

(2) 计算混凝土内部实际最高温度及实际最高温升值

T ( t) = T max ×ξ式中T ( t) ———混凝土浇筑完成t 段时间,混凝土的绝热温升值, ℃;

t ———混凝土浇筑后至计算时的天数,d ;

ξ———不同浇筑块厚度的温降系数,2 m 厚的承台第3 dξ= 0.71 。混凝土浇筑后最高温升在第3 d T3 = 49.3 ×0.71 = 35.003 ℃

混凝土内部理论最高温度T (3) = T p + T3 = 17 + 35.003 = 52.003 ℃式中, T p 为混凝土入模温度。

在实际施工过程中通过调整循环水的流速和进水口温度来控制芯部温度,实测值与理论值进行比较。