大体积混凝土施工技术研究

PAGE题目：大体积混凝土施工技术研究

摘要在体积混凝土施工中如何更好的防控混凝土因水泥水化热引起的温度差产生温度应力裂缝，在大体积混凝土施工过程中的施工技术提出了较高要求。施工环节必须从技术措施方案的设计、材料选择、施工环境等有关环节做好充分的准备工作，才能保证大体积混凝土的施工质量的可控性。本文以陕京四线输气管道工程鄂尔多斯压气站四台大型压缩机基础浇注为例，着重阐述了大型压缩机基础浇筑如何降低水化热，为其他项目在大型基础浇筑施工提供有意义的参考。关键词：压缩机基础水化热温度控PAGE目录第1章前言 1第2章大体积混凝土施工技术研究 22.1水化热的产生 22.2大体积混凝土温度裂缝控制方法 22.2.1材料的选择 22.2.2设计、施工控制措施 22.2.3循环冷却水管布置 32.2.4压缩机基础混凝土浇注及测温 62.2.5压缩机基础内部实际测温表 82.2.6各龄期混凝土内部的中心温度计算： 163结论 18参考文献 19致谢 20 PAGE21第1章前言随着我国能源结构的调整，清洁能源在我国能源结构中的比例在不断增大，通过天然气管道增输来满足需要。天然气压气站是满足天然气管道增压的重要组成部分，其功能主要是通过压缩机机组的压缩来实现的，压缩机机组多为撬装设备，其体积大、重量大、整体安装要求精度高，对压缩机基础的整体质量提出了更高的要求。压缩机机组设备基础为钢筋混凝土结构，其平面尺寸大、高度高，需一次浇筑完成，在压缩机机组设备基础混凝土浇筑提出更高的技术要求。一次浇筑大体积混凝土如何控制水化热产生温度差和大体积混凝土温度应力，防止混凝土温度裂缝。如何降低混凝土水化热生产和降温则成为控制混凝土裂缝的首要问题。第2章大体积混凝土施工技术研究2.1水化热的产生混凝土中水化热的产生是混凝土浇筑后，混凝土中的水泥与水发生反应而生成的热量。而大型设备基础的混凝土体积大，混凝土强度要求比较高，因而大体积混凝土中的水泥用量多，产生的水化热也较大，混凝土内部温度高。但是混凝土导热不好、体积大、相对散热慢，混凝土升温阶段混凝土内部水化热积聚不易散发，外部无保护状态下散热较快等特点，使混凝土内部温度总是高于混凝土表面温度。根据热胀冷缩原理，大体积混凝土内部温度高混凝土膨胀速度比表面混凝土块，产生膨胀力。随着大体积混凝土内部温度的不断升高，内部膨胀力的不断加强，短时间内混凝土强度达不到设计强度，当混凝土表面应力大于此时混凝土极限抗拉强度时，混凝土表面就会产生温度裂缝。2.2大体积混凝土温度裂缝控制方法

引起大体积混凝土温度裂缝的原因是水泥水化热引起混凝土内部温度和表面温度的温差较大，混凝土内外应力剧烈变化，导致混凝土发生裂缝。因此如何控制混凝土水化热总量、混凝土内部降温的速率、混凝土内外温差等因素，是控制大体积混凝土有害温度裂缝的关键。在现场大体积混凝土施工中多采用以下措施：（1）原材料采用低热水泥或一部分用活性掺合料；（2）配合比设计降低水泥含量，减少总的水化热量产生；（3）混凝土浇筑方案中设定混凝土分层浇筑厚度和最短的浇筑间歇期；（4）在环境温度方面控制混凝土组成材料的温度方法来降低混凝土的浇筑温度；（5）在混凝土浇筑前预埋冷却水管，在混凝土浇筑以后及时采集混凝土内部温度，及时通循环水来降低混凝土的水化热温升；2.2.1材料的选择水泥是混凝土必不可少的原材料也是大体积混凝土产生水化热的主要因素，因此选用何种水泥是降低大体积混凝土水化热温度的关键环节。目前我国的水泥品质较多，然而低水化热水泥以矿渣水泥居多，市场中多选用425、525两个标号。矿渣水泥与普通硅酸盐水泥相比，矿渣水泥具有水化热较低，耐热性能好等特点，所以在大体积混凝工程中一般多选择矿渣水泥。2.2.2设计、施工控制措施2.2.2.1设计控制措施施工图设计中对于大体积混凝土强度要控制在C25-C35之间，每立方混凝土中水泥的含量不超过380kg/m3。在混凝土配合比设计中采用矿渣水泥等低水化热水泥，控制水泥含量及降低混凝土塌落度来控制混凝土中水的含量等方法从源头上降低混凝土绝对温度升值。2.2.2.2施工控制措施在满足混凝土设计强度的前提下，选取合理的水泥、砂、石子等原材料。然后优化大体积混凝土配合比设计，增强混凝土抗拉强度，减小混凝土绝对升温。（1）采用低水化热、高强度水泥，以降低水泥水化热绝对值，提高混凝土的抗裂能力。优先选用水泥水化7d的测定值不大于25kJ/kg的水泥。（2）再者优先选用天然连续级配的粗集料，例如选择5-40mm粒径较大的粒径的石子以及细度模数2.8的中砂，添加减水剂等来减少水泥和水的用量，从而降低了水泥水化热、混凝土温升和收缩。（3）在混凝土搅拌前对混凝土粗骨料进行覆盖、人工降温等措施来降低混凝土浇筑入模的温度。（4）在大体积混凝土施工中，采用保温模板避免混凝土表面环境温度与混凝土内部温度差大于25℃。（5）采用外部介入降温措施，采用混凝土内部水循环冷却的方式，带走混凝土内部积聚温度，来控制混凝土内外温差。2.2.3循环冷却水管布置为保证不产生由于温差而产生的结构裂缝，保证混凝土浇筑质量，我项目部采用压缩机基础内部设置冷却循环水管来降低水泥水化热。2.2.3.1大体积混凝土水化热绝对温升值计算：Tmax=McQ/CP式中Tmax—混凝土最大水化热绝对温升值，即最终温升值，℃；Mc—每立方米混凝土水泥用量，根据实验室配合比取值348kg；Q—每千克水泥水化热，取340kJ/kg（矿渣水泥42.5水泥28d水化热）；C—混凝土的比热，取0.97kJ/kg·K；ρ—混凝土的质量密度，取2430kg/m3。Tmax＝348×340/（0.97×2430）＝50.1℃则混凝土中心最高温度为入模温度10＋Tmax＝60.1℃2.2.3.2混凝土表层温度计算：混凝土表面模板的传热系数计算：β＝1/[δi/λi+1/βq]式中β——混凝土表面模板的传热系数，W/m2·K；δi——保温材料厚度；（取0.02m）；λi——保温材料导热系数；（取0.23W/m·K）；βq——空气层的传热系数，取23W/m2·K。β＝7.3W/m2·K混凝土虚厚度计算：hˊ=k·λ/β式中hˊ——混凝土虚厚度，m；k——折减系数，取2/3；λ——混凝土导热系数，取2.33W/m·k。hˊ＝0.2m混凝土计算厚度：H＝h＋2hˊ式中H——混凝土计算厚度，m；h——混凝土实际厚度，取3.6m。H＝4.0m混凝土表层温度计算：T2(t)=Tq+4hˊ(H-hˊ)[t1(t)-Tq]/H2式中T2(t)——混凝土表层温度，℃；Tq——施工期间大气平均温度，取15℃；hˊ——混凝土虚厚度，m；H——混凝土计算厚度，m；t1(t)——混凝土中心温度，取60.04℃。T2(t)＝23.55℃由以上计算可知混凝土中心温度与混凝土表层温度温差达到36.49℃，远远大于25℃，与规范标准相差△T11.49℃因此由于温差产生的热量为△Q＝△Tcm式中C－混凝土的比热，取0.96kJ/kg·K。m－混凝土的质量，取310.8m3＝755454kg；T为压缩机基础内部与表面温差36.49℃△Q＝11.49（0.96×755454）＝8332959kJ为了保证混凝土内外温差小于25℃，因此每天必须将至少8332959kJ的热量全部用冷却水带走，因此在压缩机基础混凝土内设置冷却水管水管，循环冷却水管径选择DN60的钢管。水流速度取3m/s，循环冷却水水管总长300m（按第一次浇捣混凝土时用量计算），则1天内通过水量为24×3600×3×3.14×0.03×0.03＝732m31天内通过水管所交换的热量为：Q＝cm(t1-t2)s式中c－水的比热，取4.2kJ/kg·K；m－水的质量，取732kg；t1－出水口处温度，取55℃；t2－进水口处温度，根据去年8、10月平均温度取5℃。S为冷却水管面积，56m2;Q＝4.2×732×（55－5）×56＝8608320kJ由此计算，每天带走的热量为8608320kJ，大于压缩机基础内部水化热△Q，因此满足降温要求。2.2.3.3压缩机基础混凝土降温管布置通过计算，根据成本优先的原则，循环冷却水管径选择DN60的钢管，循环冷却水管总长为300m，混凝土中设置降温管（见附图）；10001951010001951010001000100016001600测温空孔图2-1混凝土中设置降温管及测温孔平面布置图由此图片可见，压缩机基础内部不但有循环水管，而且还有对拉螺丝，测温孔管，这些热传导的良好导体，对压缩机基础内部降温起到了一定的效果。2.2.4压缩机基础混凝土浇注及测温2.2.4.1压缩机机组设备基础混凝土采用输送泵浇筑，压缩机机组设备基础浇筑采用分层浇筑混凝土的方法(如下图所示)，施工时从基础短方向开始，沿长方向进行，每层浇注厚度600mm，共分6层，要求做到每层全面浇筑完后第二层从头开始浇筑，第一层浇筑的混凝土还未初凝，如此逐层进行，直至浇筑好。Δ模板Δ模板新浇筑的混凝土Δ模板新筑的混凝土图2-2混凝土分层浇筑示意图图2-3基础混凝土浇筑图2.2.4.2为了时时刻刻保证压缩基础内外温差不大于25℃，项目部技术人员在压缩机基础内部设置了测温孔，用来进行压缩机基础内部温度，在压缩机基础表面也设置了2处温度测量，测温孔布置如下图：图2-4测温孔布置图2.2.4.3测温方法：在测温孔内注入30～50mm高的水，把酒精温度计测温，温度计放入测温孔后保证温度计测头与测温点表面接触良好，测温孔上口做好封闭。2.2.4.4测点布置：在压缩机设备基础各个部位设置深度深度不同的16个测温孔。测温孔在混凝土浇筑前进行预埋，选用直径30mm薄壁钢管，底口焊钢板封死，测温管上端高于基础。2.2.4.5温度控制：在混凝土浇筑完成12h后开始第一次测温，在测温前4天每2h测温一次，后三天每4h测一次，连续测温7d。2.2.5压缩机基础内部实际测温表压缩机基础保温、测温记录单位工程名称鄂尔多斯压气站安装工程部位压缩机基础浇筑日期2019年04月03日08时30分保温材料毛毡测量日期2019年04月04日覆盖厚度或层次两层测温时分81012141618202224246大气温度℃室外室内3131313119844210721212220201610101087砼表面温度℃172122212023231616151515混凝土测温孔温度℃1#3839414041414236363635382#3738404041414237373737373#3740404241414237373837374#3739404041414137373837375#3838424041424238383736386#3738424241414137373737377#3841414042424238363838388#3842414142424238373838389#37394142384142373537373710#37384141414242363636363611#37404242424242373738363712#37404040414142373738373713#40434239424242403940403914#40424343434343394039404015#40434242424142404040394016#394341414343423939393939进水℃28108910844222出水℃323235363534323536313432质量检查员：崔珂珂2019年04月04日技术负责人：薛学华2019年04月04日压缩机基础保温、测温记录单位工程名称鄂尔多斯压气站安装工程部位压缩机基础浇筑日期2019年04月03日08时30分保温材料毛毡测量日期2019年04月05日覆盖厚度或层次两层测温时分81012141618202224246大气温度℃室外室内510151616139643121214161513991515121312砼表面温度℃202322252421212319212021混凝土测温孔温度℃1#4341424343444341424242422#4342424543434441424242423#4341424344434742424242424#4341424544454442414242425#4344434545454542424242426#4243434443444142424242427#4339434638393942424242428#4239434638393942424242429#43433842394040414242424210#43414342404541424242424211#43464347434541424242424212#43474247424344424242424213#43424345464645424242424214#43434346454445424242424215#43434345454645424242424216#434445454546464141424242进水℃131210131211121213121112出水℃373534353637383736353336质量检查员：崔珂珂2019年04月05日技术负责人：薛学华2019年04月05日压缩机基础保温、测温记录单位工程名称鄂尔多斯压气站安装工程部位压缩机基础浇筑日期2019年04月03日08时30分保温材料毛毡测量日期2019年04月06日覆盖厚度或层次两层测温时分81012141618202224246大气温度℃室外室内51012141414108553458131614121288555砼表面温度℃232421232321202121222022混凝土测温孔温度℃1#4744444443444447474747472#4746444243444447474747473#4744424440444447474747474#4743434943444447474747475#4745434345434345474747466#4746444443404046464747467#4746434344404144444542468#4345424942404344444342459#44464546454043434546434610#44454443444544464547434511#47444246454544444445464512#46454445464546454544464513#46454349464544454545464514#45454346464646454545464515#46434249464646474545464616#464442484746464545454646进水℃111213121210121011111212出水℃404142414241444243444142质量检查员：崔珂珂2019年04月06日技术负责人：薛学华2019年04月06日压缩机基础保温、测温记录单位工程名称鄂尔多斯压气站安装工程部位压缩机基础浇筑日期2019年04月03日08时30分保温材料毛毡测量日期2019年04月07日覆盖厚度或层次两层测温时分81012141618202224246大气温度℃室外室内7121515161187553391321211715101414111010砼表面温度℃222222232020212221161819混凝土测温孔温度℃1#4142434244444442404040412#4343424343444442414142443#4345444242444440413638414#4342434242444243403938375#3344444344444240403737346#3442434242434341413836357#3644434342374341403940388#3844444242353840413936399#42434442413538404241403910#42424342404040434141394011#42424244444242464040394012#42444444444343404141393913#46434244424144414542394214#43424344424243444342404215#44434244434342454342434116#424541434443434344434242进水℃121111111210111010111111出水℃404041424239383940383941质量检查员：崔珂珂2019年04月07日技术负责人：薛学华2019年04月07日压缩机基础保温、测温记录单位工程名称鄂尔多斯压气站安装工程部位压缩机基础浇筑日期2019年04月03日08时30分保温材料毛毡测量日期2019年04月08日覆盖厚度或层次两层测温时分81012141618202224246大气温度℃室外室内4714181911975334171719202015131516131317砼表面温度℃171821222117151817121716混凝土测温孔温度℃1#4242414140404043424242422#4341424139393943424243433#4241414041363543434343424#4341384040363542434343435#4142423940373442424343426#4142423839393842434343427#3940423938393839383939408#3938444241383639383939399#40394241423634393840393910#39404340403636393840394011#39404340393835404040403912#39394340393837404040403913#42414242434242414242414114#41424243424241414242414115#41434341434239414242424216#414243414142394142424241进水℃7891088889889出水℃373736363535353937403638质量检查员：崔珂珂2019年04月08日技术负责人：薛学华2019年04月08日压缩机基础保温、测温记录单位工程名称鄂尔多斯压气站安装工程部位压缩机基础浇筑日期2019年04月03日08时30分保温材料毛毡测量日期2019年04月09日覆盖厚度或层次两层测温时分81012141618202224246大气温度℃室外室内7102022191514121085581523232018171110888砼表面温度℃181824232019191818181818混凝土测温孔温度℃1#3838424240404139383737382#3838424039424139383838373#3939414141394038393939394#3839414141414138393839385#3838414141404139383738396#3938414141404140393838387#3839414141394039393938388#3939414140414040393939399#39384140404040414039393910#39384140404041394038393811#38384140404041403938383912#39384040404141393939393813#41414041414140393839414114#40404040404140394040414015#37414040404140383939393916#374141414140403838383837进水℃111110111113121112121212出水℃363534353536363536343637质量检查员：崔珂珂2019年04月09日技术负责人：薛学华2019年04月09日压缩机基础保温、测温记录单位工程名称鄂尔多斯压气站安装工程部位压缩机基础浇筑日期2019年04月03日08时30分保温材料毛毡测量日期2019年04月10日覆盖厚度或层次两层测温时分81012141618202224246大气温度℃室外室内131720212117141412121213181820232318161716161515砼表面温度℃131818192320161313131213混凝土测温孔温度℃1#3536373838363533363635382#3638353536353434353436353#3636363633333333373638364#3735353834323333353735385#3737383738353734373835376#3638363833333433363736387#3633373637353333363637368#3738373734333232373838379#38343636343334333835363610#35343839343333333736353911#36343837363433333837353712#35363537363333353636363713#38363536373434383637353614#37393737383636333935363715#38363837383736343636363716#393736383837373437353738进水℃121111111213121113111213出水℃313230313031322731302930质量检查员：崔珂珂2019年04月10日技术负责人：薛学华2019年04月10日压缩机基础保温、测温记录单位工程名称鄂尔多斯压气站安装工程部位压缩机基础浇筑日期2019年04月03日08时30分保温材料毛毡测量日期2019年04月11日覆盖厚度或层次两层测温时分81012141618202224246大气温度℃室外室内13141821201714108755221818192320161212111110砼表面温度℃131819222220171314141413混凝土测温孔温度℃1#3234353333343332313233332#3233323334353434343333303#3336283432302932302828284#3534303533323031303130305#3132343334343334343233326#3334273233302930292828277#3137323535363434333333328#3131303234333231313131309#33322831343029302829282810#31322931343331303029292911#32292931363231313129292912#31352831313430282828282813#32322832323231323332313114#31363231312832333230313215#31323131323229323231323116#333132333131303331343332进水℃121112111112111011111011出水℃313031303229313029292829质量检查员：崔珂珂2019年04月11日技术负责人：薛学华2019年04月11日2.2.6各龄期混凝土内部的中心温度计算：根据公式T1（t）＝Tj＋Th·ξ（t）式中T1（t）——t龄期混凝土中心计算温度（℃）；Tj——混凝土浇筑温度（℃）；ξ（t）——t龄期降温系数、查表10-83。降温系数ξ表2-1浇筑层厚度（m）龄期t（d）369121518212427301.00.360.290.170.090.050.030.011.250.420.310.190.110.070.040.031.500.