混凝土溫度控制措施探討范文

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摘要：由于施工成本的限制或拌合機(jī)械的故障，部分工程在生產(chǎn)混凝土時無法進(jìn)行混凝土骨料預(yù)冷或預(yù)冷效果不佳。此時，較高的入倉溫度會對混凝土的溫度生長產(chǎn)生較大影響。通過無線測溫系統(tǒng)實時在線監(jiān)測某泵站工程混凝土的溫度發(fā)展，發(fā)現(xiàn)高溫入倉極大地加速了混凝土澆筑早期的溫升速率，使溫度急劇上升，弱化了溫控措施的效果，導(dǎo)致混凝土實際達(dá)到的最高溫度及達(dá)到最高溫度的時間相較于預(yù)期偏高偏早。同時，在混凝土溫降階段的溫度降幅也較預(yù)期偏大，不利于混凝土的溫度控制。因此，當(dāng)提高混凝土的入倉溫度無法避免時，需相應(yīng)調(diào)整混凝土溫控措施，更換導(dǎo)熱系數(shù)更小的保溫材料。

關(guān)鍵詞：入倉溫度；最高溫度；溫升速率；溫降速率；溫控措施

在國內(nèi)諸如溪洛渡、白鶴灘等大型水利樞紐工程施工過程中，為了控制混凝土澆筑倉的最高溫度，均選擇使用全年預(yù)冷的混凝土骨料，入倉溫度控制在12℃。而對于部分中小工程來說，由于施工成本的限制或者施工機(jī)械的故障，混凝土往往以一個較高的溫度入倉。那么混凝土高溫入倉又會對其溫度發(fā)展以及相應(yīng)的溫控措施帶來怎樣的影響。王甲春等［1－3］從混凝土的絕熱溫升試驗入手，進(jìn)行了不同入模溫度條件下的混凝土室內(nèi)絕熱溫升試驗，通過對比發(fā)現(xiàn)了高溫入模會極大地促進(jìn)水泥水化熱反應(yīng)速率，使得水泥水化完全的時間大大提前。同時，高溫入模對低強(qiáng)度混凝土的絕熱溫升值影響不大，但可以降低高強(qiáng)度混凝土的絕熱溫升值。凌道盛等［4－7］則運用多種三維有限元分析軟件對不同入倉溫度下混凝土的溫度發(fā)展進(jìn)行了仿真計算和分析，發(fā)現(xiàn)高溫入倉之后，混凝土中心處的最高溫度升高，溫升速率加大，混凝土達(dá)到最高溫度的時間大大提前。同時，溫度峰值過后的溫降速率也增大，溫度下降更快，不利于混凝土的溫度控制。然而，實際施工過程中混凝土的溫度受多種因素的影響，與實驗室中以及計算機(jī)仿真中的混凝土溫度存在一定差異。而以上研究缺乏實際工程案例的數(shù)據(jù)支撐，因此本文將結(jié)合某泵站工程混凝土的澆筑，采用實時在線監(jiān)測混凝土溫度的方法來反映高溫入倉對混凝土溫度發(fā)展以及溫控措施的影響。

1工程概況

某泵站工程位于長江中游干流北岸，是該流域分蓄洪區(qū)的重要組成部分，也是長江中下游整體防洪的重要組成部分。該工程設(shè)計排水流量為90m3／s，總裝機(jī)容量3×2800kW。該樞紐工程屬Ⅱ等工程，由主泵房、副廠房、安裝間、出口防洪閘、兩岸連接建筑物、站前攔污柵橋、進(jìn)出口翼墻、進(jìn)出口引水渠道、出水渠交通橋等建筑物組成。其主泵房水泵層結(jié)構(gòu)包括進(jìn)口閘墩、進(jìn)口流道以及主泵房空箱3部分。現(xiàn)從底板高程開始分3層一次性澆筑到1795m的進(jìn)口流道和主泵房空箱段高程，混凝土標(biāo)號為C25，混凝土方量約2000m3。由于在施工過程中混凝土拌合機(jī)械出現(xiàn)故障，再加上環(huán)境溫度較高，溫度回升加劇，最終的混凝土入倉溫度為30℃。為了解混凝土澆筑后的溫度變化，同時分析高溫入倉對混凝土溫度的影響，本工程采用JDC－Ⅰ型大體積混凝土無線測溫系統(tǒng)來監(jiān)測混凝土溫度生長情況。

2JDC－Ⅰ型大體積混凝土無線測溫系統(tǒng)

a）無線測溫系統(tǒng)簡介。無線測溫系統(tǒng)由用戶計算機(jī)、計算機(jī)端監(jiān)測軟件、無線數(shù)傳（電源系統(tǒng)、數(shù)據(jù)接收）、接收天線、現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集器、發(fā)射天線、傳感器組成。系統(tǒng)測量范圍：－20℃～120℃，測溫精度：±1℃，數(shù)據(jù)采集器到傳感器長度：0～60m，測溫點數(shù)：64個。b）無線測溫系統(tǒng)的優(yōu)勢。①采用無線控制，大大減少了現(xiàn)場布線的繁瑣性；②傳感器的一致性好、精度高、可靠性好，多個傳感器可用一臺儀表來讀取溫度，成本較低；③能對多個測點進(jìn)行監(jiān)測和控制，具有溫差報警功能；④發(fā)射器抗干擾性好，傳輸距離遠(yuǎn)；⑤接收點與測量點無直接聯(lián)系，不受環(huán)境的影響；⑥在線測量、實時監(jiān)測、定時測溫，免除設(shè)備維護(hù)的程序；⑦能自動記錄和保存各測點的溫度數(shù)據(jù)和曲線記錄，并提供歷時曲線查詢，方便于數(shù)據(jù)的處理和分析。c）傳感器埋設(shè)方案。水泵層混凝土分3層連續(xù)澆筑，為保證測溫的穩(wěn)定性以及盡量減少外界因素的影響，將測溫傳感器埋設(shè)在第二層混凝土澆筑層中。又由于在3個進(jìn)水流道下游有連續(xù)分布的空腔結(jié)構(gòu)，易受氣溫影響而產(chǎn)生溫度裂縫，故將6個傳感器對稱埋設(shè)在3個流道靠下游部。d）現(xiàn)場埋設(shè)。在混凝土開始澆筑前一天將6個傳感器按圖1所示預(yù)埋在指定位置。為防止傳感器在混凝土澆筑過程中出現(xiàn)位置偏離，同時防止在混凝土振搗過程中電線被振搗棒打斷，故將傳感器綁扎在鋼筋上。同時，在傳感器前端預(yù)留一部分長度，使傳感器與鋼筋分離，避免對測溫造成影響。

3數(shù)據(jù)處理與分析

3.1數(shù)據(jù)處理

根據(jù)混凝土溫度生長的特性，為較為準(zhǔn)確地記錄混凝土的關(guān)鍵溫度數(shù)據(jù)，本次監(jiān)測在取值時間上采取“由密到疏”的方法，即溫升階段和早期溫降階段05h采集1次；溫度降幅較為穩(wěn)定時1h采集一次；混凝土溫度趨近于穩(wěn)定時2h采集一次，即提取6個傳感器處混凝土開始澆筑到溫度趨于穩(wěn)定時的溫度數(shù)據(jù)。由于施工過程中工人操作的不當(dāng)，20、2、4、14號4個傳感器逐次被打斷。

3.2數(shù)據(jù)分析

3.21最高溫度分析

考慮溫度對水泥水化反應(yīng)的影響，朱伯芳院士提出了“全量型表達(dá)式”［8］。

3.22溫升速率分析

經(jīng)驗表明，式（1）右邊取一項即可較好滿足精度要求。18號點達(dá)到最高溫度的時間早于12號點和14號點（18號點更靠近邊墻，更容易受到氣溫的影響），說明當(dāng)環(huán)境溫度較高時，可以進(jìn)一步提高混凝土中水泥的水化反應(yīng)速率。A、B兩點的最大時溫升速率和最大12、14號和18號3點的最大時溫升速率和最大日溫升幅度均發(fā)生在澆筑完成后的第1天，并且12、18號點均在澆筑完成后第2天達(dá)到最高溫度，14號點在澆筑完成后51h達(dá)到最高溫度。剔除環(huán)境溫度和澆筑順序的影響后，說明高溫入倉時，混凝土的早期溫升速率將大幅提升。當(dāng)計劃入倉溫度為25℃時，混凝土中心計算達(dá)到最高溫度的時間在澆筑完第5d左右；而實際入倉溫度在30℃時，混凝土中心實測達(dá)到最高溫度的時間為澆筑完第2天，水泥水化反應(yīng)完成時間提前了60％。

3.23內(nèi)外溫差分析

在監(jiān)測過程中，混凝土最大內(nèi)外溫差發(fā)生在8月3日17：00時。當(dāng)時，12、14、18號3處的監(jiān)測溫度分別為675、655、674℃。而經(jīng)過人工測量，此時的混凝土表面溫度為429℃，最大內(nèi)外溫差為246℃，雖不超過25℃［9］，但也非常接近。這是因為高溫入倉極大地加快了混凝土的溫升速率，弱化了通水冷卻的效果，使得混凝土內(nèi)部很快達(dá)到了最高溫度。而此時混凝土表面處在流水養(yǎng)護(hù)和倉面噴霧養(yǎng)護(hù)的狀態(tài)下，溫度得到了很好的控制。故最大溫差發(fā)生在混凝土內(nèi)部溫度達(dá)到最高溫度時段附近。

3.24溫降速率分析

根據(jù)實測數(shù)據(jù)，12號點的最大日溫降速率為29℃／d，18號點的最大日溫降速率為32℃／d，14號點雖未統(tǒng)計完全，但日溫降速率也有28℃／d，均超出20℃／d的要求范圍［9］。最終經(jīng)過統(tǒng)計，12號點日降溫速率超過20℃／d的天數(shù)有8d，而18號點日降溫速率超過20℃／d的天數(shù)為11d。由此可見本工程的溫降速率偏大，容易因為過大的溫度差而產(chǎn)生溫度裂縫。雖然經(jīng)事后檢驗混凝土并未出現(xiàn)裂縫，但仍應(yīng)引起重視。

3.25溫控措施分析

本工程選用通水冷卻加流水養(yǎng)護(hù)的冷卻方案和覆蓋保溫棉氈的溫控措施。冷卻水管布置一層，采用斷面615mm2的DN30鋼管，影響半徑750mm，布管約250m。采用循環(huán)通水的方式來防止進(jìn)出水口溫差過大，同時進(jìn)水口水溫保持在20℃～30℃之間。混凝土澆筑完成時即開始通水冷卻，同時倉面開始噴霧降溫，待倉面混凝土初凝后即開始倉面流水養(yǎng)護(hù)［10—11］。用3mm厚的保溫棉氈覆蓋混凝土澆注塊體的邊墻，減少混凝土邊墻的散熱，防止降溫過快產(chǎn)生裂縫。在監(jiān)測過程中發(fā)現(xiàn)溫降幅度偏大后，在8月7日及時調(diào)整溫控措施，提高通水溫度和減小通水流量。但由于混凝土溫度與環(huán)境溫度相差較大，向環(huán)境散熱成為主要的降溫原因，所以降低溫降幅度的效果不太明顯，之后的日降溫幅度仍超過20℃。因此，如果要嚴(yán)格控制日降溫幅度不超過20℃，必須更改保溫方案，將保溫毯更換為保溫效果更好的保溫材料，覆蓋在混凝土邊墻上，減少混凝土澆注塊每天向周圍環(huán)境散發(fā)的熱量，延長散熱過程。

4結(jié)語

混凝土高溫入倉之后，其達(dá)到最高溫度的時間大幅提前，在不調(diào)整通水條件的情況下，通水冷卻的削峰效果減弱，混凝土的最高溫度也相應(yīng)增加。在溫降階段，混凝土早期的溫降速率也大幅提高，在相當(dāng)長的時間內(nèi)超過了規(guī)范的建議值。因此，實際工程中應(yīng)盡量避免混凝土高溫入倉，盡可能選擇在夜間進(jìn)行澆筑或采取措施降低拌合料的溫度。當(dāng)高溫入倉無法避免時，為了保證不會出現(xiàn)溫差過大而導(dǎo)致裂縫的情況，應(yīng)當(dāng)更改溫控方案，在適當(dāng)提高通水溫度并加大通水流量的基礎(chǔ)上，替換導(dǎo)熱系數(shù)更小、保溫效果更好的保溫材料，減少單位時間內(nèi)高溫的混凝土澆注塊體與環(huán)境的熱交換，延長混凝土澆注塊體的散熱過程。

參考文獻(xiàn)：

［1］王甲春，閻培渝混凝土絕熱溫升的影響因素［J］混凝土與水泥制品，2005（3）

［2］沈凡，呂寅，趙明宇，等入模溫度對大體積混凝土膠凝材料體系水化放熱特性的影響研究［J］混凝土，2014（9）

［3］劉方瓊，杜應(yīng)吉，趙永興多因素影響下混凝土絕熱溫升計算模型研究［J］人民長江，2016，47（7）

［4］凌道盛，許德勝，沈益源混凝土中水泥水化反應(yīng)放熱模型及其應(yīng)用［J］浙江大學(xué)學(xué)報（工學(xué)版），2005，39（11）

［5］王軍璽，王暉大體積混凝土溫度場有限元分析［J］人民黃河，2010，32（5）

［6］李潘武，曾憲哲，李博淵，等澆筑溫度對大體積混凝土溫度應(yīng)力的影響［J］長安大學(xué)學(xué)報（自然科學(xué)版），2011，31（5）

［7］諶超，劉松，鄧華偉，等大體積混凝土溫度及溫度應(yīng)力影響因素研究［J］材料導(dǎo)報，2015（S2）

［8］朱伯芳考慮溫度影響的混凝土絕熱溫升表達(dá)式［J］水力發(fā)電學(xué)報，2003（2）

［9］大體積混凝土工程施工規(guī)范：GB50496—2012［S］

［10］朱伯芳小溫差早冷卻緩慢冷卻是混凝土壩水管冷卻的新方向［J］水利水電技術(shù)，2009（1）：44－50

［11］張國新，劉毅，李松輝，等＂九三一＂溫度控制模式的研究與實踐［J］水力發(fā)電，2014，33（2）

作者：楊靖；何偉 單位：三峽大學(xué)水利與環(huán)境學(xué)院