梁彥峰

（中鐵九局集團(tuán)有限公司成都分公司 四川成都 610031）

大體積混凝土降溫水管的應(yīng)用探討

梁彥峰

（中鐵九局集團(tuán)有限公司成都分公司 四川成都 610031）

大體積混凝土尺寸與結(jié)構(gòu)面都很大，澆筑混凝土后，受水泥的水熱化因素的影響，混凝土內(nèi)部的溫度上升的特別快，一開始，溫度對(duì)其的壓力相對(duì)較小，但長(zhǎng)時(shí)間的冷卻過程中，規(guī)模與徐變發(fā)生的巨大反差所產(chǎn)生的拉應(yīng)力，對(duì)混凝土的材料造成極大的應(yīng)力，還可能產(chǎn)生裂縫，而降溫水管方法的應(yīng)用可以有效的緩解這類問題，本文通過介紹和分析了降溫水管的應(yīng)用對(duì)大體積混凝土內(nèi)部溫度的有效控制，并結(jié)合其應(yīng)用效果進(jìn)行了探討。

大體積混凝土；降溫水管；應(yīng)用；方法；效果

大體積混凝土工程結(jié)構(gòu)在很多橋梁基礎(chǔ)工程中得到了廣泛的應(yīng)用，但混凝土裂縫和掉落的現(xiàn)象也經(jīng)常發(fā)生，從而造成了巨大的經(jīng)濟(jì)損失和資源浪費(fèi)，而在西北地區(qū)的一項(xiàng)橋梁工程建設(shè)中，施工受環(huán)境氣候和交通條件的影響很大，并且混凝土的設(shè)計(jì)強(qiáng)度很大，施工要求很高，在大體積的混凝土施工過程中，降溫水管的應(yīng)用，有效的控制混凝土內(nèi)部與外部的溫度差異，從而減少了出現(xiàn)裂縫的相關(guān)問題，并且在施工的過程中取得了顯著的效果。

1 分析大體積混凝土的相關(guān)特點(diǎn)

①大體積混凝土作為工程建筑中非常重要的成分，具有非常復(fù)雜的工程條件，同時(shí)大體積混凝土具有非常大的構(gòu)件體積和結(jié)構(gòu)物，同時(shí)較大的混凝土用量也使得工程的條件呈現(xiàn)復(fù)雜化和多樣化的特征；②大體積混凝土的工程應(yīng)用中非常注重由各種因素所引起的裂縫問題，同時(shí)，在橋梁基礎(chǔ)建設(shè)的過程中大體積混凝土的應(yīng)用比較多，要求相關(guān)構(gòu)件滿足相應(yīng)的穩(wěn)定性、剛度和強(qiáng)度等要求之外，必須注重其防水性能、整體性能和抗?jié)B透性能等等，因此在控制大體積混凝土質(zhì)量的同時(shí)，關(guān)鍵是控制相關(guān)大體積混凝土的裂開和縫隙；另外，尺寸厚、體積較大的大體積混凝土，水泥水化熱的散發(fā)比較困難，同時(shí)促使溫度隨著混凝土的澆筑上升的非?？欤锌赡苓_(dá)到80℃以上，從而導(dǎo)致膨脹量的擴(kuò)大，一段時(shí)間的減溫之后，又會(huì)出現(xiàn)較大的溫度收縮的現(xiàn)象，而在這一過程中，很容易使得大體積混凝土出現(xiàn)較嚴(yán)重的裂縫現(xiàn)象，從而使得混凝土抵抗?jié)B透的性能和整體的性能嚴(yán)重的減弱，因而需要加強(qiáng)對(duì)混凝土溫度裂縫的控制，改善和控制大體積混凝土的質(zhì)量[1]。

2 降溫水管的應(yīng)用方法

（1）受水化過程的影響，大體積混凝土將會(huì)有較大的熱量產(chǎn)生，并且放出的熱量在第1～3d的過程中就達(dá)到了總釋放熱量的一半，并且在澆筑之后的3～5d中間，在大體積混凝土的內(nèi)部將出現(xiàn)非常高的溫度，而在混凝土的外部和內(nèi)部產(chǎn)生較大的溫度差異時(shí)，溫度變形和應(yīng)力的現(xiàn)象將會(huì)產(chǎn)生，并且當(dāng)混凝土內(nèi)外的約束力小于溫度應(yīng)力時(shí)，將會(huì)有裂縫產(chǎn)生，因此，在建筑基礎(chǔ)工程進(jìn)行大體積混凝土施工的過程中，有效的對(duì)混凝土內(nèi)外的溫度變形和溫度差異所產(chǎn)生的裂縫進(jìn)行控制，從而來促使混凝土抵抗裂縫的性能提高[2]見表1）。

表1 水泥水化的熱量值

（2）降溫水管在橋梁建設(shè)以及大體積混凝土中應(yīng)用的比較廣泛，在氣候條件較差西北地區(qū)的橋梁基礎(chǔ)工程建設(shè)中，對(duì)大體積混凝土的施工要求很高，而受氣候因素的影響也很大，而降溫水管能夠有效的避免由混凝土溫差情況產(chǎn)生的裂縫現(xiàn)象。而這這個(gè)過程中要控制混凝土的內(nèi)外溫差不超過25℃，因而需要采用降溫水管的方法來對(duì)其內(nèi)外溫差進(jìn)行有效的控制，在降溫水管的制作與安裝上，采用的是直徑89mm×0.3mm的普通的薄壁鋼管，長(zhǎng)度在2m左右截?cái)?，并打磨斷面，降溫水管的布置間距控制在1.8，并放置在下端的墊層上，與鋼筋網(wǎng)焊接，從而形成整體的牢固性，并且降溫水管的冷卻的過程分別是一期冷卻和二期冷卻。在混凝土剛澆筑完成或正在進(jìn)行的過程中使用一期冷卻，并通過電子測(cè)量?jī)x對(duì)內(nèi)部溫度進(jìn)行測(cè)量，當(dāng)溫度到達(dá)50℃時(shí)，開始換水，將水管中的熱水進(jìn)行排擠，而當(dāng)混凝土的溫度在30℃時(shí)，應(yīng)停止換水，從而來有效的控制水化熱過程中混凝土內(nèi)外溫差，而一期冷卻一般時(shí)間在14d左右；在混凝土塊體接縫灌漿的過程中進(jìn)行二期冷卻，并且可以有效的降低混凝土的溫度，使其達(dá)到穩(wěn)定溫度的水平。

（3）在基礎(chǔ)的建筑工程中，大體積混凝土在高層建筑和重型設(shè)備建筑箱型基礎(chǔ)上得到了廣泛的使用，相關(guān)的特點(diǎn)有：①比較薄的塊體結(jié)構(gòu)和比較小的體積；②設(shè)計(jì)強(qiáng)度比較高且比較復(fù)雜的混凝土，在一定體積下使用的水泥也相對(duì)較多一些，因此內(nèi)部的溫度也比其他的工程高10～15℃；③在工程建設(shè)過程中，具有較高的工程整體性的要求，并且在結(jié)構(gòu)斷面上具有較多的內(nèi)配筋；④大體積混凝土工程實(shí)施大多數(shù)是在地下，因而外界溫度對(duì)其的影響不大，因此注重一期冷卻的問題就可以了。

3 分析大體積混凝土降溫水管的應(yīng)用

3.1 大體積混凝土內(nèi)部溫度上升的情況

在大體積混凝土的施工過程中，其溫度的分布受鋼筋因素的影響非常小，而大體積混凝土內(nèi)部最高的溫度，主要的組成是由水泥水化熱和混凝土澆筑后的散熱溫度。因此，混凝土內(nèi)部的最高溫度在絕熱條件的影響下，其最高溫度是水泥水化和澆灌溫度的相加，并且混凝土的內(nèi)部實(shí)際的澆筑溫度和最高溫度受相應(yīng)時(shí)期的絕熱溫度上升情況的影響，而要想解決這類問題需要用水管冷卻的方法來加以解決。

3.2 在降溫水管的應(yīng)用過程中應(yīng)注意的因素

使用降溫水管的方法來對(duì)大體積混凝土進(jìn)行冷卻，應(yīng)用的效果受水溫、管徑以及管距和管長(zhǎng)等因素的影響程度也是不一樣的。①當(dāng)增加1倍管徑時(shí)，應(yīng)增加4倍以上的鋼量，雖然提高了20%的冷卻速度，但是沒有明顯的冷卻效果；②當(dāng)減小一倍的水平管距時(shí)，相應(yīng)增加一倍的鋼量，可以產(chǎn)生明顯的效果，并且可以縮短1.23倍的冷卻時(shí)間；③層流的發(fā)生會(huì)影響冷卻的效果，因此應(yīng)合理的控制管內(nèi)的流量空間；④較低的冷卻水的溫度，加大了與混凝土之間的溫度差異，在一定程度上可以提升冷卻的效果，但冷卻水與混凝土之間的溫度差異太大的話，所產(chǎn)生較大的拉應(yīng)力，造成裂縫現(xiàn)象；⑤水管的長(zhǎng)度越長(zhǎng)，冷卻的效果越差；⑥在一期冷卻過程中，應(yīng)經(jīng)常改變水流的方向，從而使各個(gè)斷面上的水化熱溫度的上升程度減小，并且使混凝土內(nèi)部的溫度的下降程度比較均勻[4]。

3.3 計(jì)算大體積混凝土的溫度應(yīng)力

溫度應(yīng)力指的是梁受溫度影響而發(fā)生的溫度變形，并在升溫時(shí)梁的膨脹受到限制，從而產(chǎn)生內(nèi)壓力，當(dāng)降溫時(shí)，梁的收縮受到限制，從而產(chǎn)生拉應(yīng)力，而這種拉應(yīng)力和內(nèi)壓力則組成溫度應(yīng)力。而溫度應(yīng)力的大小=混凝土的彈性模量混凝土的線性膨脹系數(shù)溫差；由于混凝土具有較差的抗拉強(qiáng)度，從而使得梁受降溫產(chǎn)生的拉應(yīng)力影響導(dǎo)致開裂，當(dāng)溫差達(dá)到10℃時(shí)，兩端位于固定狀態(tài)的混凝土梁發(fā)生斷裂，當(dāng)升降溫的幅度在12～20℃時(shí)，降溫時(shí)產(chǎn)生的拉應(yīng)力使得混凝土被拉斷。

首先，通過降溫水管方法的應(yīng)用，有效的對(duì)混凝土溫度的上升和下降進(jìn)行控制，并且使得其內(nèi)部與外部的溫差不超過25℃；然后，通過相關(guān)的理論基礎(chǔ)推算和預(yù)測(cè)大體積混凝土施工前與施工后溫度應(yīng)力的值，并在施工之前，根據(jù)具體的施工情況和條件采取相應(yīng)的措施來有效的控制混凝土出現(xiàn)裂縫的問題，然后預(yù)測(cè)混凝土最高的升溫值和特定時(shí)期混凝土溫度以及溫度的變化值等等，然后計(jì)算出最大的收縮降溫的拉應(yīng)力，當(dāng)相關(guān)的計(jì)算結(jié)果超過相關(guān)的要求時(shí)，應(yīng)及時(shí)采取一定的有效措施來減低混凝土內(nèi)部和外部的溫差值，并通過對(duì)操作條件的改善和外部約束力的降低有效控制收縮和擴(kuò)張的應(yīng)力，使其滿足工程的要求。在澆筑混凝土之后，制定相關(guān)的混凝土內(nèi)外溫差變化的曲線，并分段計(jì)算各個(gè)階段所產(chǎn)生的溫度差異的效應(yīng)力，并把拉應(yīng)力相加，計(jì)算出拉應(yīng)力的最大值，并通過相關(guān)的方法對(duì)溫度變化的速度進(jìn)行有效的控制，使拉應(yīng)力，滿足施工的實(shí)際情況，防止裂縫現(xiàn)象的出現(xiàn)，進(jìn)而更好的推動(dòng)混凝土工程的進(jìn)展[5]。

4 降溫水管的應(yīng)用效果

（1）在一定程度上可以對(duì)混凝土內(nèi)部的溫度進(jìn)行有效的降低（如表2）。

表2

（2）降溫水管混凝土施工過程中的應(yīng)用，可以有效的起到儲(chǔ)蓄水、養(yǎng)護(hù)和保溫的作用，并且在提升混凝土表面溫差的同時(shí)，減低了其內(nèi)部與外部的溫度差異。

（3）降溫水管在一定程度上具有絕熱的效果，晝夜溫差的變化對(duì)混凝土的外部溫度造成一定的影響，而使用降溫水管，可以有效的緩解混凝土應(yīng)熱量之間的流動(dòng)所產(chǎn)生的溫度上升。

（4）降溫水管的應(yīng)用過程中，沒有大量的使用鋼筋材料，在一定程度上節(jié)省了鋼鐵資源[6]。

5 結(jié)束語

本文所探究的是降溫水管對(duì)大體積混凝土施工的應(yīng)用，以及對(duì)其效果和實(shí)施進(jìn)行了一定的分析，并根據(jù)混凝土內(nèi)部溫度的情況和應(yīng)用條件來加以理論計(jì)算和采取可行的技術(shù)措施，從而來防止因溫度變化的情況所產(chǎn)生的裂縫等情況，并且根據(jù)不同的施工情況，來有效的改變相關(guān)的成分和用量，通過各種降溫水管的方法應(yīng)用，來有效的對(duì)混凝土溫度應(yīng)力和內(nèi)外溫度的差異進(jìn)行改善，從而對(duì)大體積混凝土由溫度變化所產(chǎn)生的裂縫現(xiàn)象進(jìn)行有效的控制，從而推動(dòng)相關(guān)工程的實(shí)施和順利進(jìn)展。

[1]宮經(jīng)偉.水工準(zhǔn)大體積混凝土分布式光纖溫度監(jiān)測(cè)與智能反饋研究[J].武漢大學(xué)，2013，03（11）：112～115.

[2]楊躍平，馬躍原.循環(huán)水管法在大體積混凝土降溫中的應(yīng)用[J].科技信息，2012，03（12）：477～479.

[3]胡鑫.混凝土重力壩段施工期冷卻水管降溫有限元研究[J].南昌大學(xué)，2014，02（14）：225～227.

[4]王振波.混凝土溫度損傷模型研究[J].河海大學(xué)，2011，07（15）：255～258.

[5]張宇鑫.大體積混凝土溫度應(yīng)力仿真分析與反分析[J].大連理工大學(xué)，2012，04（11）：344～346.

[6]黃杰雄.某地下室底板大體積混凝土設(shè)計(jì)及施工[J].華南理工大學(xué)，2012，06（13）：155～158.

TU755

A

1673-0038（2015）35-0288-02

2015-8-11

梁彥峰（1982-），男，中級(jí)工程師，主要從事橋梁施工工作。