仲偉華+鐘愛成+謝劍學(xué)
【摘 要】使用循環(huán)水流經(jīng)混凝土內(nèi)部,通過熱交換后被加溫,平衡大體積混凝土內(nèi)外溫度,防止混凝土溫差所產(chǎn)生的應(yīng)力裂縫,確保工程質(zhì)量。循環(huán)水流可采用深基坑降水井中水源,循環(huán)水流經(jīng)混凝土內(nèi)部完成降溫工序后還可抽出作為養(yǎng)護(hù)用水,節(jié)約了大量的水資源。對(duì)超大體積混凝土施工具有很好的推廣應(yīng)用價(jià)值。
【關(guān)鍵詞】循環(huán)水;降溫;大體積;混凝土;節(jié)約;水資源
1. 概論
混凝土澆筑后,水泥在水化過程中,前1~3天釋放出的熱量是總熱量的一半。大體積混凝土底板施工時(shí),為控制混凝土里表溫差,一般是采用表面覆蓋的方法來提高混凝土表面溫度。當(dāng)混凝土底板厚度更厚,混凝土強(qiáng)度及入模溫度更高,采用表面覆蓋的辦法提高表面溫度有限,里表溫差不能控制在設(shè)計(jì)范圍內(nèi)時(shí),就必須采取其它措施來降低混凝土硬化過程中的內(nèi)部溫度。采用“預(yù)埋冷卻管”通過水循環(huán)冷卻,強(qiáng)制降低內(nèi)部混凝土水化溫度的方法目前效果較好?!邦A(yù)埋冷卻管”原理是通過高壓水泵將溫度較低的水注入預(yù)埋在混凝土中的冷卻水管中,混凝土內(nèi)部水化熱通過鋼管熱交換導(dǎo)入水中,再通過水的循環(huán)使混凝土中心溫度降溫,從而達(dá)到降低混凝土里表溫差的目的。
2. 特點(diǎn)
(1)采用冷卻循環(huán)水溫控法降低大體積混凝土溫升,經(jīng)濟(jì)實(shí)用性強(qiáng)、施工操作方便、施工工藝簡單、易掌握、生產(chǎn)效率高、安全可靠、施工成本低??梢耘c鋼筋工程同時(shí)進(jìn)行施工,有較強(qiáng)的適用性。
(2)大體積鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)尺寸較大,為保證混凝土澆筑施工及鋼筋位置不產(chǎn)生移位或變形,往往需要增加鋼筋馬墩或鋼筋支撐。合理地分層布置循環(huán)水管,可充當(dāng)鋼筋馬墩或支撐,節(jié)約相當(dāng)量的鋼筋等費(fèi)用的投入,降低施工成本。
(3)大體積混凝土冷卻循環(huán)水溫控工藝,能夠通過測溫點(diǎn)內(nèi)傳感器所測混凝土內(nèi)溫度的變化規(guī)律,自動(dòng)調(diào)節(jié)循環(huán)水管水流速度,平衡大體積混凝土內(nèi)外溫度,防止混凝土溫差所產(chǎn)生的應(yīng)力裂縫,確保工程質(zhì)量。
(4)循環(huán)水源可采用深基坑降水井中水源,節(jié)約了新水的取用量,大體積混凝土冷卻循環(huán)水流經(jīng)混凝土內(nèi)部通過熱交換后被加溫,抽出后作為養(yǎng)護(hù)用水,提高混凝土表面溫度,效果明顯,施工成本降低,可節(jié)約大量的水資源。
3. 試點(diǎn)工程中循環(huán)水工藝的應(yīng)用
3.1 試點(diǎn)工程概況。
蘇州惠潤國際大廈項(xiàng)目由地下三層、地上二十七層組成,商業(yè)綜合體建筑,總建筑面積148500m2。地下室基礎(chǔ)底板由主樓筏板(H=2000mm)及裙樓筏板(H=800mm)組成,面積16900m2。裙樓筏板混凝土量為11600m3,主樓筏板基礎(chǔ)混凝土量8500m3(其中試點(diǎn)3區(qū)4650m3),屬大體積混凝土底板。
3.2 采用循環(huán)水降溫工藝的原因。
(1)環(huán)境因素:此次底板澆筑施工正直7~8月夏季高溫期(白天平均溫度35度以上),地表溫度高達(dá)近50℃?;炷翝仓螅捎谒嗨療釋?dǎo)致混凝土內(nèi)部溫升較高熱量不易散出,加之高溫季節(jié)溫度更是不易降下來。而混凝土面層為了防止水分蒸發(fā)過快進(jìn)行澆水養(yǎng)護(hù),所以相對(duì)內(nèi)部散熱較快,形成內(nèi)外溫差。依據(jù)《GB 50496-2009 大體積混凝土施工規(guī)范》要求,大體積混凝土內(nèi)外溫差不大于25℃,超過這個(gè)溫度會(huì)使混凝土內(nèi)部產(chǎn)生的壓應(yīng)力,而表面產(chǎn)生的拉應(yīng)力值增大,而此時(shí)混凝土的齡期很短抗拉強(qiáng)度較低。因此,混凝土在內(nèi)部拌合水的水化和蒸發(fā)以及膠質(zhì)體的膠凝等作用下,促使混凝土硬化時(shí)的收縮,在收縮時(shí)由于受到基底及結(jié)構(gòu)本身的約束,會(huì)產(chǎn)生很大的收縮應(yīng)力(拉應(yīng)力),當(dāng)收縮應(yīng)力超過當(dāng)時(shí)的混凝土抗拉強(qiáng)度時(shí),就會(huì)產(chǎn)生收縮裂縫。本底板通過計(jì)算,升溫階段混凝土的內(nèi)外溫差已大于25℃,必須采取防止混凝土裂縫的措施。
(2)本工程2m厚底板一次性澆筑,混凝土施工后采用1層塑料薄膜+1層巖棉+2層麻袋覆蓋養(yǎng)護(hù)施工方法,混凝土底板中心溫度和表層溫度之差為42.6℃,大于25℃,不符合大體積混凝土施工規(guī)范要求,必須采取措施降低中心溫度。
3.3 施工工藝流程及操作要點(diǎn)。
3.3.1 施工工藝流程見圖1。
3.3.2 冷卻循環(huán)水管和測溫點(diǎn)設(shè)置計(jì)算控制。
冷卻循環(huán)水管規(guī)格大小、設(shè)置間距和分層系統(tǒng)、測溫點(diǎn)布置以及采用水泵大小等的確定,要考慮以下因素:
圖1 施工工藝流程
(1)循環(huán)水管接觸面砼的熱阻系、比熱、導(dǎo)熱系數(shù)及其修正值;
(2)砼的體積,砼與循環(huán)水接觸的表面面積;
(3)所用水泥品質(zhì)、水泥水化熱釋放的速度、砼維持到最高溫度的延續(xù)時(shí)間及砼在指定期齡內(nèi)水泥的水化熱取值標(biāo)準(zhǔn)、砼的初凝和終凝的時(shí)間;
(4)熱交換所需冷卻循環(huán)水流量和阻抗等。
3.3.3 冷卻循環(huán)水管和傳感器安裝控制。
(1)如果冷卻循環(huán)水管在大體積砼內(nèi)部充當(dāng)鋼筋網(wǎng)片的支撐系統(tǒng),必須對(duì)所用管的剛度和強(qiáng)度有較高的要求標(biāo)準(zhǔn),一般情況下,只考慮水的壓力、新澆砼的壓力及振搗棒對(duì)其的震動(dòng)力。尤其是彎管和焊縫等處,必須嚴(yán)格按照標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行驗(yàn)收。
(2)管道安裝完成后必須進(jìn)行試壓和試運(yùn)行,以便于及時(shí)整改所出現(xiàn)的問題。
(3)所用管道必須是沒有經(jīng)過防腐處理,并且要將鐵銹等清除干凈,便于與砼粘結(jié)。
(4)電阻傳感器的安裝必須嚴(yán)格按照要求進(jìn)行,絕緣效果、與鋼筋或埋件的間距要控制得當(dāng),避免所測定的溫度忽大忽小而失真。
(5)傳感器預(yù)置導(dǎo)線安裝完成后,必須進(jìn)行測試調(diào)整。
3.4 施工準(zhǔn)備階段:循環(huán)水工藝的關(guān)鍵工序。
圖2
3.4.1 針對(duì)本工程大體積混凝土的特點(diǎn)編制詳細(xì)的循環(huán)水降溫專項(xiàng)方案,并對(duì)方案的可操作性進(jìn)行分析?,F(xiàn)場循環(huán)冷卻水管均分三層布設(shè),其垂直間距500mm。每層管的鋪設(shè)面積均在70%以上,每層分別設(shè)置一個(gè)進(jìn)水口和一個(gè)出水口。管徑選用DN40的焊接鋼管,螺紋連接。根據(jù)水管鋪設(shè)的長度計(jì)算出三區(qū)的總換熱面積為640.8m2 (見圖2)。
3.4.2 為隨時(shí)掌握混凝土內(nèi)部的溫度,對(duì)澆筑的混凝土進(jìn)行了溫度監(jiān)測(測溫點(diǎn)剖面圖見圖3)。
(1)測溫點(diǎn)布置:按每隔10m左右布點(diǎn),布置28個(gè)測溫點(diǎn)。
(2)測溫儀器采用采用電子測溫儀。
(3)配備專職測溫人員,按三班考慮,對(duì)測溫人員進(jìn)行培訓(xùn)及安全交底。測溫人員要認(rèn)真負(fù)責(zé),按時(shí)按孔測溫,不得遺漏或弄虛作假。測溫記錄要填寫清楚、整潔,換班時(shí)要進(jìn)行交接。
(4)測溫工作應(yīng)連續(xù)進(jìn)行,溫度上升階段,每3h測一次,溫度下降階段每6h測一次,7天后6h測一次。同時(shí)應(yīng)測大氣溫度。
(5)裂縫觀察:現(xiàn)場工藝人員定期進(jìn)行混凝土的裂縫觀察,裂縫觀察也采用先頻后疏的原則,覆蓋養(yǎng)護(hù)后,每天觀察不少于四次,5天后每天觀察不少于2次,直至撤除保溫層。
(6)測溫記錄。
第1天~第7天 每3小時(shí)測溫一次;
第8天~第14天 每6小時(shí)側(cè)溫一次
3.4.3 嚴(yán)格檢查材料、設(shè)備準(zhǔn)備情況。
對(duì)到場材料進(jìn)行取樣送檢,設(shè)備進(jìn)行檢查。待材料、設(shè)備檢測合格后方可使用。如DN40的循環(huán)水鋼管、連接的管件、支撐的鋼筋、測溫儀、電線等材料設(shè)備。
圖3 測溫點(diǎn)剖面圖
(1)由專業(yè)水工班組進(jìn)行加工安裝,同時(shí)對(duì)安裝人員做好工藝交底工作。
(2)加強(qiáng)循環(huán)冷卻水管安裝質(zhì)量控制,對(duì)其管口接頭部位,支撐進(jìn)行重點(diǎn)檢查。
(3)循環(huán)冷卻水管安裝完后進(jìn)行0.4MPa的水壓試驗(yàn)和通水測試,檢查滲漏情況,確保水管的暢通,無泄漏。
(4)為有效的監(jiān)測循環(huán)水溫和水流速、流量,分別在冷卻管入口處及冷卻處安裝水溫表、流速表進(jìn)行降溫觀測。
(5)現(xiàn)場預(yù)埋電子測溫設(shè)備,檢查電子測溫設(shè)備預(yù)埋數(shù)量和間距。同時(shí),對(duì)測溫設(shè)備統(tǒng)一編號(hào)。
(6)應(yīng)急物資準(zhǔn)備,落實(shí)應(yīng)急物料(a、現(xiàn)場單獨(dú)配備一臺(tái)15KW發(fā)電機(jī)組,確保循環(huán)水泵正常工作;b、備用水源的準(zhǔn)備情況;c、配備增壓泵,在水泵壓力不足時(shí)進(jìn)行增壓,從而保證循環(huán)水流速、流量)。
3.5 施工階段循環(huán)水工藝的關(guān)鍵工序。
(1)控制大體積混凝土澆筑方法、澆筑順序,確?;炷翝仓|(zhì)量。
(2)在澆筑完成12小時(shí)后立即開啟循環(huán)水進(jìn)行冷卻降溫。
(3)測溫工作要連續(xù)進(jìn)行,溫度上升階段,每3小時(shí)測一次,溫度下降階段每6小時(shí)測一次,7天后6小時(shí)測一次。
(4)監(jiān)測大氣溫度,入水溫度、出水溫度、水流量、流速并做好記錄,并對(duì)記錄數(shù)據(jù)進(jìn)行比對(duì)、分析。若內(nèi)外溫度大于25℃時(shí),應(yīng)及時(shí)報(bào)告,以便采取措施??梢栽谘h(huán)水內(nèi)拌和冰水和混凝土表面加強(qiáng)覆蓋,以盡快降低內(nèi)外溫差。
3.6 施工后期的監(jiān)控。
(1)混凝土澆筑完成后及時(shí)在混凝土表面進(jìn)行覆蓋,一層塑料薄膜,一層巖棉、二層麻袋覆蓋養(yǎng)護(hù)。同時(shí)不間斷濕水進(jìn)行養(yǎng)護(hù)(用循環(huán)水管流出的熱水)。
(2)裂縫觀察,定期進(jìn)行混凝土的裂縫觀察,裂縫觀察也采用先頻后疏的原則,覆蓋養(yǎng)護(hù)后,每天觀察不少于四次,五天后每天觀察不少于2次,直至撤除保溫層,并將觀察情況如實(shí)記錄。
4. 結(jié)論與建議
(1)本項(xiàng)目循環(huán)水管采用DN40鋼管螺紋連接,其循環(huán)水源采用深水降水井中水源,節(jié)約了新水的用量,水溫恒溫20度。抽水深水泵型號(hào)YQS200,功率4KW,揚(yáng)程40M,排量20m3/h。 在7~8月份高溫季節(jié)進(jìn)行大體積混凝土的澆筑時(shí),采用循環(huán)水方式進(jìn)行降溫可以有效控制混凝土內(nèi)表溫差,起到在短時(shí)間內(nèi)迅速降溫的效果。輔助計(jì)算機(jī)測溫系統(tǒng)隨時(shí)監(jiān)測混凝土內(nèi)部點(diǎn)處溫度變化,循環(huán)水降溫系統(tǒng)能有效控制混凝土溫度變化,混凝土溫度變化符合規(guī)范要求。5個(gè)月的觀測紀(jì)錄反映混凝土基礎(chǔ)無溫度裂縫產(chǎn)生。
(2)夏季澆筑大體積混凝土施工時(shí)易采用預(yù)埋冷卻管進(jìn)行循環(huán)水降溫措施,能在有效的時(shí)間里降低混凝土內(nèi)外溫差。既保證質(zhì)量又能節(jié)約時(shí)間進(jìn)行下道工序施工。
(3)從施工角度去控制大體積混凝土裂縫的產(chǎn)生,雖然投入了智能大體積混凝土測溫系統(tǒng)及大量的優(yōu)質(zhì)鋼管(循環(huán)冷卻系統(tǒng)用),但優(yōu)質(zhì)的結(jié)構(gòu)施工避免了因裂縫產(chǎn)生而造成的修補(bǔ)費(fèi)用,最終取得較好的質(zhì)量效果和經(jīng)濟(jì)效益;
(4)該工藝在超大體積混凝土內(nèi)部埋設(shè)連通比表面積大、熱交換效率高的金屬薄壁管,通水循環(huán)流通,通過調(diào)節(jié)水流量及流速,控制混凝土內(nèi)部溫升速率,有效地解決超大體積混凝土溫度裂縫防治的工藝難題。
(5)該工藝使用循環(huán)水流經(jīng)混凝土內(nèi)部,通過熱交換后被加溫,抽出后作為養(yǎng)護(hù)用水,節(jié)約了大量的水資源。對(duì)超大體積混凝土施工具有很好的推廣應(yīng)用價(jià)值。
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[文章編號(hào)]1619-2737(2014)12-12-927