筏板基础大体积混凝土冷却水自循环降温装置的试验研究

胡建琴;满吉昌;金兆鑫;王立荣

【摘 要】在普遍使用的筏板基础大体积混凝土中,由于常洒水覆盖棉毡保温的温控措施,存在人为测温不准确、温控效果不佳等问题.针对此问题设计了冷却水自循环降温装置,并进行了温度控制试验研究,得到了满意的试验结果,为类似大体积混凝土工程的温控措施提供了依据,具有广阔的推广应用价值. 【期刊名称】《兰州石化职业技术学院学报》 【年(卷),期】2017(017)003 【总页数】4页(P32-35)

【关键词】大体积混凝土;筏板基础;测温降温装置;试验研究 【作 者】胡建琴;满吉昌;金兆鑫;王立荣

【作者单位】兰州石化职业技术学院土木工程系,甘肃兰州730060;甘肃第四建设集团有限责任公司,甘肃兰州730060;兰州石化职业技术学院土木工程系,甘肃兰州730060;兰州石化职业技术学院土木工程系,甘肃兰州730060 【正文语种】中 文 【中图分类】TV554

高层建筑中大体积筏板基础被普遍使用，施工中大体积筏板基础混凝土施工质量的一个关键环节就是控制混凝土的内外温差不超过25℃。大体积混凝土在其硬化过程中，水泥水化产生大量的水化热，由于混凝土结构内部的温度梯度，产生较大的温度应力，使混凝土结构产生裂缝，对结构的承载力、使用功能(防水性能)和耐久

性等方面带来不同程度的影响。

目前，筏板基础施工降温养护措施大都凭经验，混凝土采用表面覆毯、洒水养护、布设PVC细管测温孔人工测温等，但缺乏有效的温差控制措施，存在人为测温不准确、温控效果不佳等问题，已成为大体积筏板基础施工难题[1]。虽说水利工程中大体积混凝土有文献描述采用的是冷却循环水平管方式降温，可以达到降温目的，但该法存在需要安装外部加压设施换水，用水量大，受施工现场环境限制不便采用，管内无法二次浇筑混凝土等问题。

本文提出一种大体积混凝土冷却水自循环降温装置，通过试验研究，以期为类似工程的温度控制提供依据。

冷却水自循环降温装置的设计原理是在大体积筏板基础混凝土内部钢筋施工时，按一定间距布置U型垂直管或垂直单管，浇筑混凝土初凝后在其表面蓄水10cm进行温度调节控制、养护[2]。由于混凝土结构内部产生较高的温度梯度，内部的水化热通过U型钢管或垂直单管内水的自循环流动，使混凝土内部温度降低，控制混凝土的水化热量，以达到限制混凝土主体内部与混凝土表面、混凝土表面与外界环境温度差值。整个温度变化监测过程均采用计算机控制手段来完成。 混凝土试验方案模型分为3组，筏板基础模型尺寸分别为2.7×2.1×1.5m，3×1.6×1.5m，2.7×1.6×1.5m，混凝土浇筑量总共22.185m3，混凝土强度等级采用C35。预埋的U型垂直散热管采用直径为φ63mm的钢管，直单管直径为DN89mm钢管。由于使用的是模型，考虑模型四周及底面的散热可能，试验模型内侧黏贴了40cm厚的挤塑保温板作为施加的绝热边界条件，试验模型布置如图1所示。

从工程实际知道，大体积混凝土筏板基础不采取任何保温降温措施的情况下，混凝土中心温度与表面温度差，表面温度与大气温度差都超过25℃，必须采取保温、降温措施。为此试验设计了降温管布设试验模型，平面示意图如图2所示。

1)采用预埋U型降温管水平放置(A方案)，筏板基础模型尺寸为3×1.6×1.5m，要求中心温度与表面温度差，表面温度与大气温度差不超过25 ℃。

2)采用预埋U型降温管垂直放置(B方案)，筏板基础模型尺寸为2.7×2.1×1.5m，要求中心温度与表面温度差，表面温度与大气温度差不超过25 ℃。

3)采用预埋垂直降温单管放置(C方案)，筏板基础模型尺寸为2.7×1.6×1.5m，要求中心温度与表面温度差，表面温度与大气温度差都不超过25 ℃。

混凝土的种类及掺量选择，考虑常见大体积混凝土筏板基础的设计、施工特点和泵送对混凝土性能的要求，试验用C35混凝土，配合比见表1所示。 混凝土组成材料的种类及掺量选择如下：

1)水泥采用永登“祁连山”牌42.5级普通硅酸盐水泥，混凝土水泥用量360kg/m3，同时为了保证足够的胶结材用量以降低水胶比(0.4)，外掺了14%的粉煤灰60 kg/m3。

2)粗集料采用5mm～25mm的连续粒级碎石1000 kg/m3；细集料采用洗砂800 kg/m3。

3)在混凝土拌合物中加入型号YRH-B5的0.08%防腐阻锈剂33.6 kg/m3和FS102高效缓凝型减水剂0.882 kg/m3。

4)采用自来水170 kg/m3，混凝土坍落度在150mm±30左右。

本工程采用混凝土实体测温。首先进行计算机编程，采用混凝土内置温度传感器、计算机自动即时测温，随时记测混凝土内外温度变化。

系统组成：温度传感器，数据采集模块，电脑分析绘图软件，计算机。

1)布点：在每个模型板体上设33个测温点(1个大气测温点，测温点布置如图3所示)，分别测定上、中、下部混凝土的温度，测温点处在钢筋绑扎完成后固定温度传感器。

2)传感器数据的引出：通过网络线将传感器与计算机连接起来。计算机在现场将智

能测温，系统获取的数据自动进行记录，通过计算机分析绘图软件将混凝土各测温点的温度变化情况随时记测、显示出来。

通过对现场混凝土3组33个测温点的实际测温数据分析，混凝土内部最高温度64.5 ℃，底部最高温度58.3 ℃，表面最高温度47 ℃，最大温差19.3 ℃满足规范要求。实测数据如表2所示。

从A、B、C三个方案的测温记录曲线来看(图4所示)，温度陡增在6h之后，经过41h左右达到高峰后温度慢慢下降，所以施工中控制温度的应该在混凝土浇筑后2天内做好散热和保温工作。

混凝土内部水化热产生的最大温度在混凝土浇筑入模的2500min左右，且最大温度分别为64.5℃、64.1 ℃、61.1 ℃，与混凝土外表面的温度差分别为17.5 ℃、19.3 ℃、18.3 ℃，此次试验的三个方案最大温差都小于《混凝土结构工程施工质量验收规范》GB50204-2015规定：当设计无具体要求时，温度不宜超过25 ℃。就以上三个方案来说，三种方案的效果均满足试验要求，其中方案A的降温效果最佳，建议在现场施工时降温水管布置为水平型。

1)常规C35 P14 混凝土施工配比为360 kg水泥、80 kg II 级粉煤灰；42.5R 水泥单价280元/吨，II级粉煤灰单价140元/吨，节约成本率60×(280-140)/ (360+60)×280=7.14%。

2)可减少筏板基础钢筋网片“马凳”，节约钢材。

3)混凝土施工完成48h后，在不破坏混凝土表面保温层的情况下即可进入下一步工序的施工，测温工作由于实行有线测温数据传输不会影响后续工作的进展。 1)通过试验数据分析本大体积混凝土配比能满足2m厚混凝土基础施工要求，混凝土预测温度与工程实际吻合。

2)计算机测温系统随时监测混凝土内部各点处温度变化，循环水降温系统能有效控制混凝土温度变化，混凝土温度变化符合规范要求。

3)施工中控制温度应该在混凝土浇筑后1～2天内做好散热和保温工作。 4)蓄水保温养护效果佳。通过试验采用的U型降温管，把混凝土内部的热量传给表面的蓄水，昼夜间降低了混凝土的内外温差20～24 ℃，起到了混凝土表面温度与环境“调节”作用。蓄水无需外部加压设施，自动循环降温，成本低而且生态环保。

5)采用的降温U型或垂直单管管内便于二次浇筑混凝土，施工方便。降温U型或垂直单管可承担“马凳”作用，减少筏板基础钢筋网片，节约钢材。

冷却水自循环降温装置在实际工程中推广应用，将会是一项重要的新技术措施，具有节水环保、温控准确、施工操作简便，安全可行，施工成本低的特点。对该冷却水自循环降温装置的具体技术参数，包括管径大小、管之间间距及管的连接布置形式等方面作进一步试点工程的应用研究，努力形成工法，为今后大体积混凝土施工提供科学依据，具有广阔的推广应用价值。

Key words:mass concrete; raft foundation; temperature measuring device; experiment study 【相关文献】

[1] 向 超.垂直换热水管降温法在在大体积混凝土中的应用[J].施工技术，2000, 29 (5) :15-16. [2] 谭克峰,范付忠, 陈德玉. 筏板基础施工中大体积混凝土温度裂缝的控制措施[J].混凝土与水泥制品，2001 (5) :17-18.

Abstract: In widely used raft foundation mass concrete, there are some problems like inaccurate temperature measurement and poor temperature control due to temperature control by wetting blanket coverage. This paper studies temperature control through experiment and provides evidence for wide application of temperature control measures in mass concrete projects.