1、冷卻管在大體積混凝土中的應用譚明（中鐵十四局集團第四工程有限公司山東濟南）摘要：文章結合工程實踐，對大體積混凝土溫度裂縫產生的描述，通過對大體積混凝 土內部溫度計算，增設冷卻管降溫措施，總結出大體積混凝土冷卻管的設計與施工的 施工要點。關鍵詞：大體積混凝土溫度裂縫 冷卻管 施工要點1、概述混凝土是建筑結構中廣泛使用的主要材料，在現代工程建設中占有重要的地位， 隨著橋梁技術的突飛猛進，大體積混凝土在橋梁結構中的應用越來越多。我國普通混 凝土配合比設計規范規定：混凝土結構物中實體最小尺寸不小于1m的部位所用的混 凝土即為大體積混凝土；美國則規定為：任何現澆混凝土，只要有可能產生溫度影響 的混凝土均

2、稱為大體積混凝土。大體積混凝土在澆筑后2-5天升溫速度較快，彈性模 量較低，基本處于塑性及彈塑性狀態，約束力很低。但是在降溫階段彈性模量迅速增 加，約束拉應力也迅速增加，在某時刻超過混凝土抗拉強度，就會出現溫度裂縫。隨 著內部混凝土降溫。溫度裂縫可能發展為貫穿裂縫，不僅影響到結構的強度還影響其 耐久性，但是大體積混凝土的溫度裂縫還沒有得到完全的解決，本文通過對跨長湖申 航道橋承臺混凝土的內部溫度的計算和分析，增設冷卻水管方案驗算，較好的控制了 大體積混凝土的溫度裂縫。2、工程概況長興縣陸匯西路工程跨長湖申航道橋，主橋為（36+60+36）變截面連續箱梁，引橋 為兩岸分別一聯（3X30）等截面連

3、續箱梁，橋梁全長315.8米，基礎采用鉆孔灌注樁 和承臺，下部結構為墩式和柱式結構，其中橋臺承臺尺寸為20.50mX4.25mX 1.5m，主 橋墩承臺為19.00 m X6.30 m X2.50 m，引橋承臺為19.00 m X4.5 m X2.2 m，混凝土標 號為C30，根據我國現行規范規定，本工程的承臺屬于大體積混凝土范圍。施工時間 在6月中旬，平均氣溫20C左右。3、混凝土主要技術指標為了有效控制溫度裂縫減小混凝土的水化熱，根據當地的原材料的實際情況，結 合經濟合理的原則我們采用了以下的技術指標。3.1采用普通水泥：水泥水化熱是大體積混凝土發生溫度變化而導致體積變化的主要根 源。雖然

4、普通水泥水化熱比中低水化熱熱水泥高些，但普通水泥混合材料摻量遠小于 中低熱水泥，通過調整配合比可以大量降低普通水泥的單方用量，減小與中低水化熱 水泥水化溫升的差異。通過試驗結果分析，研究決定選用海螺P.042.5普通硅酸鹽水泥。 3.2摻加粉煤灰。粉煤灰的水化熱小于水泥，7天約為水泥的1/3, 28天約為水泥的1/2。 摻入粉煤灰替代水泥的可有效降低水化熱。根據當地的實際情況決定采用長興發電廠 II級粉煤灰。該粉煤灰需水量小，可降低混凝土的單位用水量，減小預拌混凝土自身 體積收縮，有利于混凝土抗裂。3.3摻加適當的外加劑，在滿足設計強度要求的前提下，盡量減少單位體積混凝土的水 泥用量。選用了綠

5、色建材LS-1型。3.4初始坍落度18cm左右，1h后不低于12cm (泵送施工)。3.5緩凝時間大于15h。3.6粗骨料最大粒徑25mm。表1混凝土配合比材料名稱規格產地每立方米用量(kg)水泥海螺 P.042.4342石子塘口碎石5251030砂子安吉.中砂715水飲用水196摻合料長興發電廠II級71外摻劑綠色建材LS-0型6.24、混凝土溫度的計算4.1、混凝土的絕熱溫升(T )： TWQn 、T =(1 e-mT)Tcp式中：T -在T齡期混凝土的絕熱溫升(C)； TW 每m3混凝土的水泥用量(kg/m3)，取W=342 kg/m3；Q 每 kg 水泥水化熱(K J/kg),取 Q=

6、377K J/kg；c 一混凝土比熱993.7 J/(kgK)P 混凝土容重 2360.2 kg/m3T 一混凝土齡期(天)m 一常數，與水泥品種、澆筑時溫度有關，根據規范取0.364。表二混凝土絕熱溫升計算表t (d)3691215182124T (C)36.548.852.954.354.754.954.955.0混凝土最高絕熱溫升：J =55 (C)4.2、混凝土澆筑溫度：T = T + (T - T )(A + A + A +A )j c q c 123n式中：二為混凝土的澆筑溫度(C)；T 一混凝土拌合溫度(它與各種材料比熱及初溫度有關)，經多次試驗，混凝土的出盤溫度為23 C；Tq

7、 混凝土澆筑時的室外溫度(6月中旬，室外平均溫度以20C計)；A + A + A +. A 一溫度損失系數；123nA1 一混凝土裝卸，1=0.032x2=0.064(裝車、出料二次數)；A2一混凝土運輸時，A2= 9 t =0.042x30=0.126 (6 m3滾動式攪拌車其溫升9 =0.0042，混凝土泵送不計，t為運輸時間(以分鐘計算)，從商品混凝土公司到工地約30分鐘。)A3 澆筑過程中A, =0.03t=0.003x60=0.18(t為澆搗時間)；T =23+(20-23)x(0.064+0.126+0.18) =21.8 C4.3、混凝土實際中心溫度：T()= T + T x&式

8、中：& 一不同澆筑混凝土塊厚度的溫降系數。表3厚度為2.5 m的混凝土不同齡期的&值厚度h(m)不同齡期時的E值36912151821242.50.650.620.590.480.380.290.230.19表4不同齡期的混凝土中心溫度t (d)3691215182124T (C)l (T)45.552.053.047.942.637.734.432.2計算得知混凝土在澆筑后的第9天左右其內部的絕熱溫度最高。4.4、混凝土各齡期收縮變形值計算8=8 0(1 e -0.01T )xM1 xM2 X . X M10式中：80為標準狀態下的最終收縮變形值80=3.24x10-4； M1為水泥品種修正

9、系數；M2 為水泥細度修正系數；M3為骨料修正系數；M4為水灰比修正系數；M5為水泥漿量修 正系數；M6為齡期修正系數；M7為環境溫度修正系數；M8為水力半徑的倒數(cm-1), 為構件截面周長(L)與截面面積(A)之比:r=L/A； M9為操作方法有關的修正系數；M為 與配筋率Ea、Aa、Eb、Ab有關的修正系數，其中Ea、Eb分別為鋼筋和混凝土的彈性模 *(MPa)，Aa、Ab分別為鋼筋和混凝土的截面積(mm2)。查混凝土收縮變形不同條件影響修正系數表得：M 1=1.0，M2=1. 0，M廣1. 0，M4=1.36,M =1.20，M =1.09 (3d)，M =1.02 (5d)，M =

10、0.96 (9d)，M =0.94 (12d)，M =0.93566666(15d)，M6=0.93 (18d)，M6=0.93 (21d)，M6=0.93 (24d)，M7=0.88，M8=1.22， M9=1.0，M 10=0.88；表5：各齡期收縮變形值計算表齡期(d)36912151821248(X10-)y (T)1.612.974.135.316.477.658.809.914.5、承臺混凝土各齡期收縮變形換算成當量溫差T = 、,(T)y G)=以y (T)8 一不同齡期混凝土收縮相對變形值;a 一混凝土線膨脹系數取1X10-5/G 表六混凝土各齡期收縮當量溫差齡期(d)3691

11、215182124Ty (T)-1.61-2.97-4.13-5.31-6.47-7.7-8.8-9.94.6承臺混凝土各齡期內外溫差計算AT = T + - T + T - T j 3 Ty 莒) q假設入模溫度：Tj =21.8, Tq 一混凝土澆筑后達到的穩定溫度，取T廣23C。表七 混凝土各齡期綜合內外溫度差計算表齡期(d )3691215182124AT21.5428.3630.0125.3920.7316.2912.9610.38由表七可知，承臺混凝土在澆筑后的第9天其內外溫差最大為30.01 C，大于我國混 凝土結構工程施工及驗收規范(GB50204-92 )中關于大體積混凝土溫

12、度內外溫差為 25C的規定，必須采用相應的措施。防止溫差大產生裂縫，埋設冷卻水管是一個很有 效的溫控方法。5、冷卻管的布置及混凝土的降溫驗算5.1、冷卻管的計算條件本文以主橋墩承臺(19.00 mX6.30 mX2.50 m)為計算對象，在施工過程中采用了一次 澆注，并冷卻管的直徑為d=3cm，縱向間距1.5米，豎向間距為1.2米，上下兩層布置， 初期水溫為 10C，cs=4.2 kj/(kg.C)，Ts=10C， p s=1.0 x 103 Kg/m3，qs=1.25m3/h，冷 卻管總長度為L=75m，混凝土的比熱C=0.916kj/(kg. C )，混凝土導熱系數 人=3.15W/m -

13、 K，容重 p =2360.2 Kg/m3，導溫系數 a =0.115m2/d。T，+ T ；1 - C X b5.2冷卻管的計算計算公式：T =氣X + (T-Tb)(l-X)Ca2 + m 1 - CX1 - CX式中：七一混凝土內部平均溫度(C)；Tj 混凝土的初始溫度(C)；Ts 冷卻水管初期通水的水溫(C)；X 一冷卻水管散熱殘留比；Tb一混凝土的表面溫度(C), Tb=函,AT為混凝土表面溫度高于氣溫的差值，表 面不蓋草袋時AT =35C，表面蓋草袋時AT R10C，在本工程中承臺表面采用麻袋或 毛氈覆蓋，T=10C；T,一通過表面散熱后的水化熱溫升(C);Cfli 一底部不絕緣，

14、上層新混凝土接受下層混凝土傳熱并向表面散熱的殘留比；C.2 底部不絕緣，上層新混凝土向下層混凝土及表面散熱的殘留比；D 一水管冷卻范圍D = 1.21JS xS =1.21 = J1.5x 1.2 = 1.62 (S1水管的水平間距，S2 水管的垂直間距)。通過表面和冷卻水管同時散熱后的水化熱溫升，用下表八計算表8大體積混凝土內增設冷卻管后的水化熱溫升計算表T1234567TrET (C)11.218.823.727.029.030.230.9T (C)11.27.55.03.22.01.20.7X0.50.970.870.780.740.660.590.55J0.840.710.620.58

15、0.520.480.45(C2X)0.5d0.810.620.480.430.340.280.251d9.169.22d6.946.1313.13d5.434.654.0614.14d4.823.643.082.6414.25d3.863.232.412.001.6613.26d3.182.582.141.571.261.0011.77d2.783.181.711.390.990.760.5411.3從表八計算可知增設冷卻管后最高水化熱溫升發生在第4天，混凝土的最高溫度也同樣發生在第4天，則t=4d時的殘留比如下：Ca1=0.15，Ca2=0.55，X=0.69.(21.8 - 30) x 0

16、.55 x 0.69 (10 - 30) x (1 - 0.69) x 0.5514.2T + 30 45.2 Cm max 1 - 0.15 x 0.691 - 0.15 x 0.691 - 0.15 x 0.69其溫差為45.2-30=15.2CV25C滿足規范要求。6、冷卻管設計及施工要點6.1、冷卻管采用壁厚2mm,直徑630mm的薄壁鋼管，其接口采用90度彎管鋼管 接口，按口安裝時應設置防水膠帶，確保接頭不漏水。6.2、冷卻水管網按照冷卻水由熱中心區流向邊緣區的原則分層分區布置，進水管 口設在靠近混凝土中心處，出水口設在混凝土邊緣區，每層水管網的進、出水口進行 相互錯開。6.3、承臺

17、厚為2.5m，布管時沿承臺豎向布置水管兩層，水管網沿豎向設置在承臺 中央，水管間距為1.2m，最外層水管距離混凝土邊0.65m，進、出口引出承臺混凝土 面1m以上，出水口設置有調節流量的水閥和測流量設備，冷卻水管接頭采用軟管接頭。6.4、布管時，水管要與承臺主筋錯開，當局部管段錯開有困難時，適當移動水管 的位置。6.5、水管網設置架立鋼筋，并將水管于架立鋼筋綁扎牢靠，防止混凝土澆筑過程 中，水管變形或接頭脫落而發生堵水或漏水。6.6、水管網安裝完成后，將進、出水管口與進出水總管、水泵接通，進行通水試 驗，以確保水管暢通且不漏水。6.7、對于溫控要求較嚴的大體積混凝土工程，可以在混凝土中心部位安裝測溫實 施測出混凝土的內部溫度，通過水的流速和初期溫度來控制混凝土的內部溫度。七、結束語大體積混凝土在施工過程中，由于采取了充足的技術準備與合理的施工方法，從 跨長湖申航道橋承臺拆模后的情況來看，混凝土表面未發生任何裂紋，外觀質量良好 并已經通過監理、質檢站等部門的驗收，可見通過熱工計算完全可以對生產進行指導