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1、智能温控大体积混凝土施工工法1、前言由于大体积混凝土具有结构厚、体形大、工程条件复杂、施工技术和质量要求高、混凝土绝热温升高和收缩大等特点，其施工除了应满足设计强度要求外,如何控制施工过程中的温度应力，防止有害裂缝产生、展开，是施工中的关键问题。在大体积混凝土施工过程中，因水泥水化热作用产生很大的热量，混凝土表面热量散失较快，内部热量不易散发，从而内部与表面产生较大的温差。温度变形在下部结构和自身的约束之下将产生较大的温度应力，极易导致混凝土开裂。当温差超过一定临界值时，致使混凝土产生温度应力裂缝，从而影响工程的耐久性。大体积混凝土施工主要是混凝土浇筑后水泥的水化热量大且都聚集在构件内部，形成
2、内外温差，容易造成混凝土表面产生收缩裂。如何减少大体积混凝土因水化热引起的裂健是亟待解决的问题，关系工程安全。碎浇筑过程中，由于水泥水化热作用，承台内部温度经历升温期、降温期、稳定期三阶段，与此同时硅的弹性模量不断增长，由于早期弹模较低，产生的压应力很小，而后期弹模增大，产生的拉应力较大使硅内部形成拉应力。如果该应力超过其抗裂能力，於就会开裂。本工法大体积混凝土浇筑温度控制，以智能化技术为突破点，以现场反映问题为导向、质量控制为目标、可视化数据终端的温控系统。通过对大体积混凝土浇筑前的理论计算预测设计、科学的温控系统及有效控制措施，执行温度控制计算（预测）、温控监测、验证（调整）、计算（预测）
3、的动态优化过程，在大体积混凝土的浇筑温度控制中取得良好的效果。通过模块化大体积混凝土温控系统,结合理论计算、科学有效的控制措施，使得混凝土的温度应力场及内外约束力得到有效控制，确保了大体积混凝土的质量，为同类项目提供借鉴和参考。2、工法特点2.1动态性通过智能温度监测系统，采集任意时刻的瞬态热、温度应力，当外部环境变化、养护措施调整等条件发生变化时可及时获得对应的数据反馈，为后续养护措施有效调控决策提供实时、准确的基础性数据。2.2集群性通过对混凝土施工时任意位置、任意时刻数据持续采集，自动传输、存储，形成可靠、完整、详细的数据库，为采取针对性的施工措施持续提供数据支撑。2.3可视性施工前根据
4、实际情况拟定参数进行仿真分析，模拟施工阶段内外部温度应力变化趋势，生成温度、应力场三维图，可导出数据生成曲线图。施工期间根据变化的外部环境及时调整参数并生成相应的三维图、曲线图，全过程、内外部温度应力变化全面可视化。3、适用范围本工法适用于桥梁工程、隧道工程、高层建筑、大型厂房、大型设备等建筑物的基层大体积混凝土施工现场的温度控制和监测。4、工艺原理工程现场对大体积混凝土温度的控制过程是一个动态调整的过程，根据大体积混凝土核心温度应力传感器的数据反馈，根据温控控制指标参数，实时控制通向混凝土内部的水温，通过对水温的动态调整，达到对大体积混凝土温度的控制，进而满足混凝土内部核心温度、混凝土的里表
5、温度差、水温升温、混凝土表面温度和环境温度的温差、混凝土的降温速率等参数要求。进行温控的流程首先是进行混凝土配合比设计，其次是进行计算（预测）温度技术指标，制定混凝土入模前温度控制措施（含拌合站原材料、运输过程、混凝土管道输送等降温措施），然后根据现场地形地貌实际情况进行浇筑方案确定（浇筑分层、分块、温控水管和温度应力传感器布设及参数），最后是现场温控系统布置及混凝土浇筑。整个过程是一个动态优化调整过程。5、施工工艺流程及操作要点5.1 工艺流程图5.1施工工艺流程图5.2 操作要点5. 2.1冷却循环水管布置最大限度限制最高温，混凝土在浇筑后，对降温作用最大的是管冷措施，因此管冷措施应充分考
6、虑以降低最高温；最大限度限制最大应力，混凝土内部应力不仅与最高温有关，与外部约束也存在直接关系，因此应以应力控制为基本准则，控制内部温度场的分布。冷却水管管径采用452.5mmo管冷布置参数：相邻冷却管在平面上，其中心间距控制在LOnl以内；相邻冷却管高度方向上，相邻两冷却管竖向中心间距控制在LOnl以内；最底层冷管距混凝土底面控制在0.7m,距混凝土顶面或分层面控制在0.7mo为达到充分降温冷却水管应均匀分布在混凝土内，上层冷却水管与下层冷却水管垂直呈井字形布置。冷却水管通水一般持续14天左右，采用通水方式对混凝土进行物理降温,根据混凝土内部埋设的温度应力传感器的测温反馈，使得大体积混凝土内
7、部最高温度与施工现场3日内日平均温度温差值在15OC以内时，即可停止通水。冷却水管停止通水同时混凝土养生完成后，利用空压机空气压力将冷却水管内残留的水通过风压出冷却水管以外。最后在冷却水管内采用循环灌浆方式压注水泥浆液，保证冷却水管内浆液饱满密实。6. 2.2优化大体积混凝土配合比(1)水泥的选择：选择质量稳定，含碱量低，强度富余系数大，强度等级为242.5的矿渣水泥，比采用硅酸盐水泥所产生的水化热相应来说要低。(2)粗细骨料的选择：1)粗集料：选用530mm自然连续级配的不含或少含针片状的碎石，含泥量小于1%；2)细集料：细集料的级配也应象粗集料一样，通过实验调整后达到最佳状态。以采用中、粗
8、砂为宜，含泥量小于2%。(3)外加剂选择：外加剂选择必须与水泥有良好的适应性，应根据实验室的要求正确地选择外加剂及其掺量。(4)超细活性掺合料普通混凝土超细活性料掺合料的选择，按照国家标准采用性能指标等于或好于I级的粉煤灰，其掺量一般按照25%控制。(5)配合比的优化1)砂率的确定：施工当中，按照密实度和流动性两个方面，从中优选出一个最佳值。选用石英含量高、颗粒形状浑圆、洁净、级配良好、细度模数在2.63.2之间的中粗砂,从而保证混凝土工作性能的最优和强度最高。2)胶凝材料用量的确定：外掺剂和粉煤灰的用量，由试验确定。3)施工现场通过上述对原配合比进行调整，得到混凝土的初步施工配合比。按照初步
9、配合比的要求试配混凝土，检验混凝土拌和物的各种性能是否满足要求,如不满足，以调整到满足为止，从中得出施工配合比，从而满足大体积混凝土低水化热、易泵送等工艺要求特点。7. 2.3大体积混凝土生产控制(1)计量和搅拌：舲搅拌站按照正式配合比进行搅拌，必须保证精确计量硅原材料，并在生产过程中能对原材料品质均匀性、配合比参数的变化等及时进行控制。在运输到现场时如发现其坍落度不足时，可向混凝土拌合物中加入少量高效减水剂保坍剂或同标号的水泥浆，切忌加水。(2)施工配合比控制：碎强度试块数量应按Id、7d、28d制作同条件和标养试块，以便对外加剂掺量与用水量进行严格要求控制。8. 2.4浇筑前温控措施(1)
10、合理分层分块大体积混凝土浇筑前需将其分为多个小块浇筑。分层的目的有两点，一是将混凝土分成小块，便于施工，二是可减小温度应力的约束，防止产生裂缝。特别是当外界降温时，大体积混凝土不易保温，易产生裂健。浇筑尺寸大时，温差会引起更大的温度应力。表5是浇筑尺寸与温差的关系。表5浇筑尺寸与温差的关系浇筑块长度L(m)h=(00.2)Lh=(0.20.5)Lh20.5L557316.719.522.2375519.522.225273722.225不限制182725不限制不限制1827.8不限制不限制(2)冷却水管布置大体积混凝土自身热阻大、表面散热缓慢是导致裂缝产生的又一原因，故需采取措施加快其内部散热
11、。实际工程中，冷却水管是很好的措施之一。冷却水管可分两次使用，一是为减小水化热反应，在混凝土快浇筑完成时使用，二是在水化热反应结束后使用，此时混凝土内部无热源。为施工方便和提高冷却效果，冷却水管宜等距布设，相互独立，且设有各自的开关，便于施工时调节水量，使混凝土降温均衡。冷却水管布设前需进行试验，防止施工时水管破裂。5.2.5浇筑中温控措施(1)入仓温度控制混凝土入仓温度的高低会影响裂缝的产生，故控制入仓温度是温控的一个重要措施。根据实际施工条件估算合理的入模温度后，方可进行混凝土浇筑。降低入仓温度有以下措施：因大气温度常低于入口温度，施工时应采用较低温度的拌合水，或使用冰屑和深井水代替部分拌
12、合水；降低基础和浇筑仓内的温度，避免阳光对模板和浇筑底层的直射，可晚上施工或采用洒水、遮阳等措施；优化运输路线；对泵送混凝土的泵送管进行保护。(2)保障浇筑质量因体积大、用料多，混凝土浇筑需花费较多时间。混凝土的浇筑质量直接影响裂缝的产生，因此浇筑前需制定全面方案。浇筑方案制定时，要综合考虑混凝土的施工条件和工艺要求。浇筑时，不同振捣方式会产生不同形式的混凝土裂缝。为避免产生冷健，可采用插入式振捣器，且进行二次振捣。振捣时，易出现洪水现象，需及时清理。5.2.6浇筑后温控措施(1)温度检测水化热使混凝土浇筑后内部温度快速上升，且此时无法调控水化热反应。因此，从混凝土开始浇筑时就需对混凝土内外温
13、差、大气温度和冷却水温度进行测量，以便及时调节冷却水管温度、流量，避免混凝土裂缝产生。大体积混凝土浇筑时的升温和降温均可用现场检测数据获知。混凝土入仓温度高，导致混凝土内部温度随之升高，故在升温阶段，需加强对温度数据的采集，以便及时采取降温措施。降温时主要关注混凝土的降温温差，可通过混凝土的温度变化值和温度场分布采取相应措施。特别是突遇降雨和大风降温时，应勤测温度，当温差较大时，需快速对混凝土进行保温措施。(2)养护混凝土浇筑养护时表面快速失水，会形成干缩现象，而干缩极易使表面产生裂缝。所以养护最直接的措施是及时洒水，保证表面湿润，也可在表面铺湿沙、湿麻袋等。5.2.7极端情况温控措施(1)高
14、温温控措施高温极易引起大体积混凝土产生裂健，在夏季温度较高时，混凝土经阳光暴晒，温度会快速上升，故施工应尽量在晚上进行，需对浇筑设备进行必要的遮阳，及时对混凝土洒水降温，保持表面湿润。(2)低温温控措施气温较低时，大体积混凝土会因冻和温度应力而开裂。为防止这种裂缝的产生，浇筑混凝土时需提升混凝土的温度，提前预热模板，对混凝土构件进行保护，降低混凝土的降热速率。进入冬季后，保温措施要及时，确保在混凝土强度达到一定值时混凝土内外部气温高于零度。为此，可将保温材料覆盖于混凝土构件表面，以增加其表面温度，即表面保温法；或在白天气温较高时浇筑，利用火炉、吹风机等加热工具对混凝土进行加热。（3）寒潮温控措
15、施寒潮来临或突然下雨雪时，水直接和混凝土接触会导致混凝土内部气温降低,或在混凝土构件表面形成水珠，导致构件内外温差过大。此时，混凝土表面会形成拉应力，进一步产生裂缝，这种裂缝极其危险，可能贯穿混凝土构件，故需对混凝土构件进行包裹，防止雨水直接接触混凝土。5.2.8混凝土养护控制为使混凝土达到设计强度要求和防止产生裂缝，除对浇筑好的混凝土进行内部循环水温控降温外,表面要进行常规养护,养护时间不少于Mdo在养护装置部分，当系统接收到的温度过高时，可以自动触发喷淋装置，对混凝土进行降温，达到了所要求的所有功能指标。6、材料与设备6.1 材料本工法采用的混凝土材料与通常使用的普通混凝土材料一样，施工中除了按照规范要求的材料标准进行控制外，应重点控制可能引起大体积混凝土温升的材料因素见表6.I-Io表6.1-1大体积杜材料技术标准材料品种或最佳粒径主要成份掺量水泥矿渣硅酸盐42.5含C3A及碱量低、无氯盐依据优化的配合比确定粗集料碎石：530mm连续级配针片状15%、含泥量VI%依据优化的配合比确定细集料中粗砂：细度模数为2.63.2石英含量高，含泥量V2%依据优化的配合比确定外加剂聚竣酸高性能减水剂减水率25%,无氯化物依据优化的配合比确定掺合料I级粉煤灰符合国家标准依据优
