内循环水降温系统在大体积混凝土施工中的应用

　　一、工程概况
　　大体积混凝土基础的特点是底板厚、混凝土量大、水化热高、升温快，而散热面积较小，降温缓慢，本文以某工程基础为例，该基础为C30，外形尺寸为长12M、宽10M、厚度达7M，属于超厚度大体积混凝土基础，这种近似于立方体的混凝土基础在施工中容易因混凝土浇注时水化热温升值高、内外温差大、温度梯度变化大，温度应力易超过混凝土的抗拉强度而出现表面裂缝和最为严重的贯穿性裂缝，而这种裂缝的出现将会造成承受较大动力荷载的混凝土基础产生粉碎性破坏。若采用常规施工方法，难以控制混凝土内外温差，为此在钢筋混凝土中设置内循环水管，有效地降低了混凝土内部的热量，削减了温度峰值。
　　故该基础要求一次连续浇筑，不留施工缝；基础承受较大的动力荷载，整个混凝土基础不能出现裂缝，避免因小裂缝受震动影响而逐渐转化为贯穿性裂缝。


　　二、内循环水系统
　　1、设备材料：3.5MM厚度φ48镀锌钢管，φ48双向焊接90°弯头，增压泵一台。
　　2、钢管设置：混凝土内设置φ48镀锌钢管，水平纵向串连设置8根，管长9.7M，共设置五层，上下层串联连接，用增压泵抽取自来水加快循环降温。见如上示意图。
　　三、内循环水系统安装及调试
　　1、安装：根据混凝土不同龄期发热量和导热系数，采用φ48MM镀锌钢管，设置在混凝土内部，均匀分布，形成一个循环回路。
　　2、根据卡诺循环原理，低温水由增加泵送入循环管网，水在管内流动不断吸收热量，经循环水管将水送回蓄水池（5MХ1.5MХ1.5M），进水温度控制在22℃以内。
　　3、根据平面及剖面布置安装循环水镀锌钢管，90°转折处焊接连接，并加焊φ25钢筋与槽钢施工平台连接作为支架固定。
　　4、安装完毕，做通水试验，检查弯头处是否有渗漏水，若有将该处补焊。
　　四、温差控制
　　1、混凝土拌合温度：TC
　　本底板混凝土浇筑正值夏季高温天气（2003年7月中旬），混凝土浇筑期间大气最高温度37℃，最低25℃，平均气温34℃。每立方米混凝土原材料重量、温度、比热及热量详见下表：

采用降温措施降低混凝土的拌和温度：
　　Tc=∑Ti·W·C/∑W·C=76164/2675=28.5(℃)
　　2、混凝土出罐温度TI:混凝土搅拌机房为敞开式，所以：TI=Tc=28.2(℃)
　　3、混凝土浇筑温度Tj：采用泵送混凝土、输入浇筑地点需用5分钟，浇筑90分钟。Tj=Tc+(Tq-Tc)×(A1+A2)，温度损失系数A1取0.0037、A2取0.003，则：∑A=A1+A2=0.019+0.27=0.29，取室外平均气温Tq=34℃计算。混凝土浇筑温度：Tj=Tc+(Tq-Tc)×(A1+A2)=28.5+(34-28.5)×(0.019+0.27)=30.1(℃)。
　　4、混凝土绝热温升Tτ计算：一般情况下，3天时水化热温度最大，故计算龄期3天的绝热温升，混凝土绝热温升计算方法采用下式公式计算：Tτ=WQ/C，PW—每立方混凝土水泥用量(kg/m3)，F—每立方混凝土水化热，取230KJ/m3，C—-混凝土比热，取0.96KJ/KG·K，P---混凝土密度，取2400KG/m3，则混凝土3天龄期绝热温升：Tτ=376×230/0.96×2400=37.5(℃)。
　　5、混凝土内部实际最高温度，Tmax=Tj+Tτ=67.6℃
　　6、混凝土表面温度Tb(τ)，混凝土采用表面先覆盖一层塑料薄膜，再覆盖两层麻袋（3cm厚）进行保温。
　　（1)混凝土的虚铺厚度：h′=k·λ/β，式中：δi—麻袋保温厚度：取3cm；λi—麻袋导热系数取0.14W/m·k；Βq—空气层传热系数取23W/m2·k，范本及保温层的传热系数β：β=1/（∑δi/λi+1/βq）=1/(0.03/0.14+1/23)=4
　　混凝土的虚铺厚度h′=k·λ/β=0.388(m)，式中：λ—混凝土导热系数：取2.33W/m·k；K—计算折减系数，取0.666。
　　(2)混凝土计算厚度：H=h+2h′=7+2×0.388=7.78m，式中：h—混凝土实际厚度7M，龄期τ时，混凝土内最高温度与外界气温之差：ΔTτ=Tmax-Tq=67.6-34=33.6(℃)。
　　(3)混凝土表面温度：Tb(T)=Tq+(4/H2)·h′(H-h′)·ΔT=34+[4/(7.78)2]×0.388×(7.78-0.388)×33.6=40.4(℃).Tmax-Tb(τ)=67.6-40.4=27.2(℃),
　　7、混凝土中心最高温度Tmax与表面温度Tb(τ)之差：结论：混凝土表面温度Tb(τ)与大气温度Tq之差：40.4-25=15.4℃，未超过25℃。混凝土中心最高温度Tmax与表面温度Tb(t)之差：Tmax-Tb(t)=67.6-40.4=27.2(℃),混凝土中心温度与表面温度差值超过25℃仅2.2℃，因此还必须采取其它措施：
　　（1）混凝土浇筑总方量2/3时开始内循环水降温，增压泵加快水流速度缩短水循环周期，使混凝土内部热量及时向外传导，降低内部温度。
　　（2）每天下午5点至次日上午10点在混凝土表面再加盖两层麻袋保温，提高表面温度，使混凝土内外温差控制在25℃以内。
　　（3）推迟侧模拆除时间，模板本身具有一定的隔热保温性能，对混凝土因温差产生的收缩裂缝出现有一定的抑制作用。
　　五、混凝土浇筑
　　1、材料：
　　（1）水泥选用社会牌矿渣硅酸盐低热水泥，水泥入库阴凉保存。
　　（2）砂含泥量≤1%,碎石含泥量≤1%，且上部均用彩条布遮盖，并在碎石上浇水降温。
　　（3）粉煤灰采用渭河电厂二级粉煤灰，搭设凉蓬避免日晒。
　　（4）搅拌用水为深井水源，温度18—22℃度。
　　2、混凝土浇筑：
　　（1）浇筑：从远至近分层浇筑，每层虚铺厚度40CM。
　　（2）泌水：在四周侧模上自上而下预留排水孔，混凝土振捣后，积水从侧模预留孔中流出，汇集到积水井中。
　　（3)表面处理：混凝土浇筑完毕，立即向表面满撒一层
　　1—5cm干燥卵石（已用水冲洗干净），用振动棒点振，再用长刮尺按标高刮平，在初凝前用铁滚筒碾压数遍，并用木模压实。
　　(4)整个基坑浇筑施工现场用钢管搭设施工棚，高度2.5m，上部用彩条布全部覆盖。
　　3、测温措施：
　　（1）测温设置：在混凝土内预埋测温元件并用测温导线与测温仪连接。共设表面、上部、中心、下部8个测温点，分别为0.1m、1.5m、3.5m、5.0m深度。
　　（2）采用电子测温仪，混凝土浇筑完毕开始测温，每2小时测温一次。
　　六、结语
　　在该基础混凝土施工过程中，采用了冷却水管降温、原材料降温、混凝土施工过程控制等多项温控措施，大体积混凝土的温度控制取得了良好效果，成功地避免了混凝土有害裂缝的出现，通过对混凝土试块检验，强度达到了设计要求，现已投入生产运营，至今未发现任何裂缝。
　　1、在混凝土浇筑完毕到温升至最高值这一阶段：理论计算最高温值57.6℃，而实际测量为64℃，同时冷却水管出口温度最大值56℃，进、出口温差最大值33℃，说明内循环水能够将混凝土因水化而释放的热量及时排出体外，有效地起到了早期削减温度峰值及防止温度回升的效果。
　　2、混凝土降温阶段：混凝土中心温度理论计算值由67.5℃降低至48℃需要17天，而根据实际温
　　度测量：由中心温度峰值64℃降至48℃仅用了10天时间，比理论用时缩短了7天时间，说明内循环降温系统的使用，缩短了工期，为下一工序的提前开始创造了有利条件。
　　3、大体积混凝土施工，采用矿渣硅酸盐低热水泥和掺用粉煤灰减少水泥用量这两项措施，可以降低水泥水化热量，减少温升。