大体积混凝土高温天气施工温度控制

大体积混凝土高温天气施工的温度控制摘要：通过工程实例，对大体积混凝土在高温天气施工的温度进行分析计算，对混凝土温度的影响因素进行了影响程度分析，对常规的混凝土施工控温措施进行了具体的量化，使混凝土的温度控制的可操控性更强。

关键词：大体积混凝土、高温天气、温度控制
一、工程简介
哈萨克斯坦阿克纠宾州扎那诺尔希望油田第四油气处理厂于2010年5月10日破土动工，要求在12月15日竣工投产。

土建施工集中于于2010年6—9月份。

正值当地持续高温天气。

月平均气温30℃以上，最高温度达40℃以上。

第四油气处理厂有六台压缩机基础厚度超过2m，属于大体积混凝土。

混凝土设计强度c30。

资源情况：水泥采用抗硫酸盐水泥。

水泥标号400号，相当于中国标准强度等级37.5级左右。

砂是当地采购河砂，中砂偏细，含泥量少。

碎石当地采购20—40碎石、50—80碎石，含少量泥灰。

自来水通过埋地管道从不远的第一油气处理厂引来。

按规范规定，大体积混凝土施工的浇注温度不得高于30℃。

显然如果等气温降下来再施工，是无法满足12月份竣工投产的工期要求的。

高温天气不仅不能停工，而且还要充分利用当地条件保质保量争分夺秒地按时完成施工任务。

二、温度计算
在不采取任何措施的自然温度条件下，对所施工的大体积混凝
土进行温度计算。

取天然气增压压缩机基础为例，三台天然气增压压缩机基础单个平面尺寸长8.4×4.9m，厚2.3m，砼浇筑量82.32m3，施工时间为2010年8至9月份，平均气温为35℃。

所用材料，抗硫酸盐水泥400号，每m3用量545kg，中砂每m3用量580kg，碎石每m3用量1090kg，水每m3 用量195kg，水灰比
0.36。

1、混凝土拌合温度。

每m3混凝土材料重量、温度、比热及热量如下：
材料名称重量w
（kg）比热c(kg/kg.k) w×c
(kj/℃) 材料温度ti
(℃) ti×w×c
(kj)
水 195 4.2 819 30 24570
水泥545 0.84 457.8 35 16023
砂子580 0.84 487.2 38 18513.6
石子1030 0.84 865.2 38 32877.6
石子含泥量50 4.2 210 35 7350
合计2839.2 99334.2
∑tiwc 99334.2
t0 = ——— = ———— =34.99℃
∑wc 2839.2
2、混凝土出罐温度
搅拌机棚为敞开式：ti=t0=34.99(℃)
3、混凝土浇筑温度：
搅拌机将砼倒入罐装车内运输至浇筑地点需用时间50min，浇筑完毕需50min。

温度损失：装卸料2次a1=0.032×2=0.064
运料50min a2=0.0042×50=0.21
浇捣50min a3=0.003×50=0.15
∑a=a1+a2+a3=0.424
∴ tj=34.99+(35-34.99)×0.424=35.00(℃)
混凝土浇筑温度大于30度，不符合规范要求。

4、混凝土绝热温升
3d时水化热最大，计算3d的绝热温升，混凝土浇筑层厚度2m。

wq 545×377
tτ= ——(1-e-mτ)= ——————×0.704=62.78(℃)
cp 0.96×2400
t3=tτ×ξ=62.78×0.62=38.92(℃)
5、混凝土内部最高温度
tmax=tj+tτ×ξ=35.00+38.92=73.91(℃)
混凝土内部最高温度大于70度，不符合规范要求。

通过以上计算可以看出，如果不采取任何措施，是无法保证混凝土浇筑质量的。

这样的高温将造成混凝土内部水份汽化，混凝土脱水而失去强度的严重质量事故。

三、因素分析
通过以上计算可以得出：
影响混凝土浇筑温度的因素有：
1、环境温度；
2、原材料温度；
3、搅拌出料到浇筑成型的时间。

影响混凝土内部最高温度的因素有：
1、混凝土浇筑的初始温度；
2、水泥的水化热指标；
3、水泥用量；
4、混凝土浇筑厚度。

四、技术措施
根据以上分析，充分利用当地条件，采取必要措施，达到降低混凝土浇筑温度和混凝土内部最高温度的目的。

1、选择合适的环境温度。

环境温度是不可以控制的，但我们可以选择。

环境温度对混凝土施工温度的影响是非常大的。

它直接影响到原材料的自然温度。

环境温度每降低1 ℃，混凝土的浇筑温度和内部最高温度都相应降低1℃。

所以虽然在高温季节施工，避开当天的高温时间段是非常
必要的。

每天中午11点到下午3点半是当天温度最高的时间段，所以这个时间段不从事混凝土浇筑作业。

2、对原材料进行降温处理。

要保证混凝土浇筑温度不高于30℃，则原材料的温度要降低至更低。

水泥无法直接降温。

所以对砂石骨料降温的要求就更高了。

经过计算证明，当环境温度在35℃，施工用水温度18℃时，砂石骨料需要降温至27℃以下，才能保证浇筑温度小于30℃。

由于当地冬季气温低至-40℃。

冻土层1.5m厚。

为防止冬季水管冻坏，供水管线都深埋敷设。

这样在夏季就有一个优点，水管水温远低于空气温度。

这给高温天气施工的降温提供了便利条件。

每次在准备浇筑混凝土前对所采用的砂石料进行浇水降温。

同时还起到清洗降低含泥量的作用。

另外必要时对砂石料架棚遮阳降温。

3、水泥保温。

水泥是不能通过浇水来降温的，只能搭棚遮阳避雨，避免阳光直射。

保证水泥在储存过程中不蓄热。

保持水泥在使用时处于自然环境温度。

4、控制混凝土施工质量。

重点是控制用水量，大体积混凝土通常配筋率低，所以低塌落度的混凝土并不影响施工难度。

泵送混凝土对塌落度要求高，所以尽量不用泵送混凝土，不得不用时通过添加减水剂、泵送剂等措施达到减少用水量的目的。

5、缩短运输距离，降低温度损失。

混凝土运输时间过长，吸收空气热量过多，容易造成混凝土入模温度过高，影响混凝土施工质量。

本工程就近安装搅拌站，用工程翻斗车简单改装成混凝土运输车，进行混凝土运送。

6、加配大直径骨料。

调整配合比，减少小粒径（20—40）骨料，加配适量大粒径（50—80）骨料。

另外适量投入收集到的强度符合要求并清洗干净的块石（当地没有采购到大直径块石）。

这样增加单位体积混凝土内的粗骨料含量，降低水泥含量，从而降低水化热。

7、循环冷却水降温。

埋设冷却水管是最后一道降温措施。

措施得当能降低混凝土中心温度5℃左右。

冷却水管用普通钢管，直径φ50，间距不大于1m。

旁边放一水池，用水泵送水经过混凝土内的冷却水管后回流至水池，形成循环水。

循环水4小时换一次水流方向。

水池里的水同时用作混凝土表面养护用水，然后及时补充水池蓄水。

这样及时更换水池蓄水，有利于降低冷却水的温度。

7天后进行拆除，并用混凝土封堵。

8、选用低水化热的水泥。

由于当地水泥标准还是沿用前苏联标准的标号，常用的有400号、500号水泥。

阿克纠宾州没有水泥厂，水泥主要从俄罗斯、中国、土耳其等国进口。

从国外进口来的水泥都是按当地标准定向生产的。

市场供应的水泥品种单一，通常只有普通硅酸酸盐水泥一种。

不同的水泥的水化热对绝热温升的影响非常大，却受地域条件限制无法改变。

没有粉煤灰水泥或矿渣水泥。

本工程由于地质条件影响，设计采用抗硫酸盐水泥，抗硫酸盐水泥水化热相对较小。

对高温天气施工有利。

9、减少水泥用量。

添加粉煤灰、矿渣粉，以减少水泥用量。

但这个措施受当地市场资源限制，不能实施。

不过必要时可以考虑从中国进口。

10、分层施工。

分层施工降低施工厚度，降低温度折减系数。

对降低混凝土内部最高温度非常有利。

由于压缩机基础承载的是动力荷载。

对基础的整体性有技术要求。

施工中尽可能地一次性施工，保证基础的整体性。

如果采取所有的措施都不能满足混凝土质量要求时，需要编制对施工缝采取加固补强的有效处理方案，确保施工缝抵抗水平荷载的能力大于其它部位时方可以考虑分层施工。

受地域条件限制，本工程实际执行的措施有以上1—8条。

经验算能够满足混凝土质量保证的要求。

第9、10条方案作为备选方案，在验算结果不能满足要求时选用。

五、温度验算
对采取措施后的混凝土温度进行验算。

仍取天然气增压压缩机基础为例，压缩机基础厚2.3m，施工平均气温为35℃。

所用材料，抗硫酸盐水泥400号，每m3用量545kg，中砂每m3
用量580kg，碎石每m3用量1090kg，水每m3 用量195kg，水灰比
0.36。

1、混凝土拌合温度。

每m3混凝土材料重量、温度、比热及热量如下：
材料名称重量w
（kg）比热c(kg/kg.k) w×c
(kj/℃) 材料温度ti
(℃) ti×w×c
(kj)
水 155 4.2 651 18 11718
骨料含水量40 4.2 168 27 4536
水泥545 0.84 457.8 35 16023
砂子580 0.84 487.2 27 13154.4
石子1030 0.84 865.2 27 23360.4
石子含泥量50 4.2 210 27 5670
合计2839.2 74461.8
∑tiwc 74461.8
t0 = = =26.23℃
∑wc 2889.6
2、混凝土出罐温度
搅拌机棚为敞开式：ti=t0=26.23(℃)
3、混凝土浇筑温度：
搅拌机将砼倒入罐装车内运输至浇筑地点需用时间50min，浇筑完毕需50min。

温度损失：装卸料2次a1=0.032×2=0.064
运料50min a2=0.0042×50=0.21
浇捣50min a3=0.003×50=0.15
∑a=a1+a2+a3=0.424
∴ tj=26.23+(35-26.23)×0.424=29.95(℃)
4、混凝土绝热温升
3d时水化热最大，计算3d的绝热温升，混凝土浇筑层厚度2.3m。

wq 545×377
tτ= ——(1-e-mτ)= ——————×0.704=62.78(℃)
cp 0.96×2400
t3=tτ×ξ=68.50×0.62=38.92(℃)
5、循环水降温值
tco=3℃。

6、混凝土内部最高温度
tmax=tj+tτ×ξ- tco =29.95+38.92-3=65.87(℃)
7、混凝土养护保温
由于混凝土内部最高温度64.87℃，比大气温度35℃+25℃还高出4.87℃。

所以混凝土浇筑后应该保持到养护期后拆除模板，并顶面浇水覆盖塑料薄膜保温保湿。

使混凝土表面温度高于大气温度10℃以上。

以保证不出现温度裂缝。

计算从略。

六、结论总结
大体积混凝土的高温天气施工，措施无非降温散热，方案也都耳熟能详。

但如何提高对混凝土的温度的可控性，只有熟悉施工规范，收集各种数据，并通过精密计算才能把握。

以上计算可以看出，如果不采用循环冷却水降温，混凝土内部最高温度将达到68.87℃，已经非常接近规范规定的上限临界值。

所以以上计算所选择的条件都是极限条件，施工中尽可能把各种指标控制在这些指标以下：
1、环境温度很关键。

计算采用的35℃是一个极限值。

施工中尽可能选择一天的最低温度时间段施工，尽可能选择平均温度在32℃以下的时间段。

哈萨克斯坦是典型的大陆气候，一天温差很大，日出之前和日落之后温度明显下降，通常比一天最高温度能低5℃以上。

夜间最低气温更是比最高气温低10℃以上。

所以选择合适的环境温度还是有条件的。

2、原材料降温是重要措施。

砂石骨料温度不能超过27℃。

正常应该降温至25℃左右才能更有效地保证质量。

3、水泥水化热影响很大。

本工程采用了水化热较低的抗硫酸盐水泥。

如果是使用普通硅酸盐水泥，水化热升高，将增加不少施工难度。

计算表明，混凝土厚度2m时，普通硅酸盐水泥的绝热温升是47.6℃。

就是说，混凝土浇筑温度要小于23℃，在高温天气这是很难达到的。

必要时就要采取另外的措施：1、与当地试验室沟通，进口粉煤灰矿渣粉，重新配制配合比；2、与设计单位沟通，
采取分层施工的方案。

4、控制混凝土的浇筑厚度。

浇筑厚度越薄温降系数高。

相反，混凝土越厚内部热量就越难散发出来，内部温度就越高。

5、循环冷却水。

循环冷却水对混凝土降温的效果很明显，起到非常重要的作用。

但受导流水管管径过粗或者间距过密将影响混凝土结构的限制，循环冷却水降温有一定局限性。

降温范围2—5℃。

所以只能在采取了其它所有措施后，再增加循环冷却水，增加对内部降温的保障。

本工程受到当地气候影响，地域条件限制。

但也同时充分利用了当地的有利条件。

在施工过程中始终保证大体积混凝土质量处于可控状态，保证了工程质量，保证了工期。

为后面的设备安装提供了时间，为项目顺利投产提供了保障。

主要参考资料：
大体积混凝土施工规范（gb50496—2009）；
建筑施工计算手册，作者: 江正荣, 版本: 第2版, 中国建筑工业出版社。

[作者简介]：刘全良，中国石油建设工程公司哈萨克斯坦分公司土建工程师，国家一级注册建造师
注：文章内所有公式及图表请用pdf形式查看。