內循環水降溫系統在大體積混凝土中的應用

孟 彥

（陜西建工第二建設集團有限公司，陜西 寶雞  721000）

一、工程概況

    大體積混凝土基礎的特點是底板厚、混凝土量大、水化熱高、升溫快，而散熱面積較小，降溫緩慢，本文以陜西社會水泥有限公司2500T/D生產線原料粉磨及輸送設備基礎為例，該基礎為C30，外形尺寸為長12M、寬10M、厚度達7M，屬于超厚度大體積混凝土基礎，這種近似于立方體的混凝土基礎在施工中容易因混凝土澆注時水化熱溫升值高、內外溫差大、溫度梯度變化大，溫度應力易超過混凝土的抗拉強度而出現表面裂縫和最為嚴重的貫穿性裂縫，而這種裂縫的出現將會造成承受較大動力荷載的混凝土基礎產生粉碎性破壞。若采用常規施工方法，難以控制混凝土內外溫差，為此在鋼筋混凝土中設置內循環水管，有效地降低了混凝土內部的熱量，削減了溫度峰值。

    陜西社會水泥有限公司原料粉磨及輸送設備基礎，由天津工業設計研究院設計，基礎是作為原料粉磨旋窯球磨機固定用整體避減震基礎，要求一次連續澆筑，不留施工縫；基礎承受較大的動力荷載，整個混凝土基礎不能出現裂縫，避免因小裂縫受震動影響而逐漸轉化為貫穿性裂縫。

內循環水管系統示意圖

二、內循環水系統

    1、設備材料：3.5MM厚度φ48鍍鋅鋼管，φ48雙向焊接90°彎頭，增壓泵一臺。

    2、鋼管設置：混凝土內設置φ48鍍鋅鋼管，水平縱向串連設置8根，管長9.7M，共設置五層，上下層串聯連接，用增壓泵抽取自來水加快循環降溫。見如上示意圖。

三、內循環水系統安裝及調試

    1、安裝：根據混凝土不同齡期發熱量和導熱系數，采用φ48MM鍍鋅鋼管，設置在混凝土內部，均勻分布，形成一個循環回路。

    2、根據卡諾循環原理，低溫水由增加泵送入循環管網，水在管內流動不斷吸收熱量，經循環水管將水送回蓄水池（5MХ1.5MХ1.5M），進水溫度控制在22℃以內。

    3、根據平面及剖面布置安裝循環水鍍鋅鋼管，90°轉折處焊接連接，并加焊φ25鋼筋與槽鋼施工平臺連接作為支架固定。

    4、安裝完畢，做通水試驗，檢查彎頭處是否有滲漏水，若有將該處補焊。

四、溫差控制

    1、混凝土拌合溫度：TC

    本底板混凝土澆筑正值夏季高溫天氣（2003年7月中旬），混凝土澆筑期間大氣最高溫度37℃，最低25℃，平均氣溫34℃。每立方米混凝土原材料重量、溫度、比熱及熱量詳見下表：

    采用降溫措施降低混凝土的拌和溫度：

    Tc=∑Ti·W·C/∑W·C=76164/2675=28.5(℃)

    2、混凝土出罐溫度TI:混凝土攪拌機房為敞開式，所以：TI=Tc=28.2(℃)         

    3、混凝土澆筑溫度Tj：采用泵送混凝土、輸入澆筑地點需用5分鐘，澆筑90分鐘。Tj=Tc+(Tq-Tc)×(A1+A2)，溫度損失系數A1取0.0037、A2取0.003，則：∑A=A1+A2 =0.019+0.27=0.29 ，取室外平均氣溫Tq=34℃計算。混凝土澆筑溫度：Tj=Tc+(Tq-Tc)×(A1+A2)=28.5+(34-28.5)×(0.019+0.27)=30.1(℃)。

    4、混凝土絕熱溫升Tτ計算：一般情況下，3天時水化熱溫度最大，故計算齡期3天的絕熱溫升，混凝土絕熱溫升計算方法采用下式公式計算： Tτ=WQ/C，PW—每立方混凝土水泥用量(kg/m3)，F—每立方混凝土水化熱，取 230KJ/m3，C—-混凝土比熱，取0.96 KJ/KG·K，P---混凝土密度，取2400KG/ m3，則混凝土3天齡期絕熱溫升：Tτ=376×230/0.96×2400=37.5(℃)。

    5、混凝土內部實際最高溫度，Tmax=Tj+Tτ=67.6℃

    6、混凝土表面溫度Tb(τ)，混凝土采用表面先覆蓋一層塑料薄膜，再覆蓋兩層麻袋（3cm厚）進行保溫。

   （1) 混凝土的虛鋪厚度：h′=k·λ/β，式中：δi—麻袋保溫厚度：取3cm；λi—麻袋導熱系數取0.14W/m·k；Βq—空氣層傳熱系數取23 W/m2·k，范本及保溫層的傳熱系數β：β=1/（∑δi/λi+1/βq）=1/(0.03/0.14+1/23) =4

混凝土的虛鋪厚度h′=k·λ/β =0.388(m)，式中：λ—混凝土導熱系數：取2.33 W/m·k；K—計算折減系數，取0.666。

    (2)混凝土計算厚度： H=h+2h′=7+2×0.388=7.78m，式中：h—混凝土實際厚度7M，齡期τ時，混凝土內最高溫度與外界氣溫之差：ΔTτ=Tmax-Tq=67.6-34=33.6(℃)。

    (3)混凝土表面溫度：Tb(T)=Tq+(4/H2) ·h′(H-h′) · ΔT=34+[4/(7.78)2] ×0.388×(7.78-0.388)×33.6=40.4(℃).Tmax-Tb(τ)=67.6-40.4=27.2(℃),

    7、混凝土中心最高溫度Tmax與表面溫度Tb(τ)之差：結論：混凝土表面溫度Tb(τ)與大氣溫度Tq之差：40.4-25=15.4℃，未超過25℃。混凝土中心最高溫度Tmax與表面溫度Tb(t)之差：Tmax-Tb(t)=67.6-40.4=27.2(℃),混凝土中心溫度與表面溫度差值超過25℃僅2.2℃，因此還必須采取其它措施：

   （1）混凝土澆筑總方量2/3時開始內循環水降溫，增壓泵加快水流速度縮短水循環周期，使混凝土內部熱量及時向外傳導，降低內部溫度。

   （2）每天下午5點至次日上午10點在混凝土表面再加蓋兩層麻袋保溫，提高表面溫度，使混凝土內外溫差控制在25℃以內。

   （3）推遲側模拆除時間，模板本身具有一定的隔熱保溫性能，對混凝土因溫差產生的收縮裂縫出現有一定的抑制作用。

五、混凝土澆筑

    1、材料：

    （1）水泥選用社會牌礦渣硅酸鹽低熱水泥，水泥入庫陰涼保存。

    （2）砂含泥量≤1%,碎石含泥量≤1%，且上部均用彩條布遮蓋，并在碎石上澆水降溫。

    （3）粉煤灰采用渭河電廠二級粉煤灰，搭設涼蓬避免日曬。

    （4）攪拌用水為深井水源，溫度18—22℃度。

    2、混凝土澆筑：

    （1）澆筑：從遠至近分層澆筑，每層虛鋪厚度40CM。

    （2）泌水：在四周側模上自上而下預留排水孔，混凝土振搗后，積水從側模預留孔中流出，匯集到積水井中。

    （3)表面處理：混凝土澆筑完畢，立即向表面滿撒一層1—5cm干燥卵石（已用水沖洗干凈），用振動棒點振，再用長刮尺按標高刮平，在初凝前用鐵滾筒碾壓數遍，并用木模壓實。

    (4)整個基坑澆筑施工現場用鋼管搭設施工棚，高度2.5m，上部用彩條布全部覆蓋。

    3、測溫措施：

    （1）測溫設置：在混凝土內預埋測溫元件并用測溫導線與測溫儀連接。共設表面、上部、中心、下部8個測溫點，分別為0.1m、1.5m、3.5m、5.0m深度。

    （2）采用電子測溫儀，混凝土澆筑完畢開始測溫，每2小時測溫一次。

六、結語

    社會水泥有限公司原料粉磨及輸送基礎混凝土施工過程中，采用了冷卻水管降溫、原材料降溫、混凝土施工過程控制等多項溫控措施，大體積混凝土的溫度控制取得了良好效果，成功地避免了混凝土有害裂縫的出現，通過對混凝土試塊檢驗，強度達到了設計要求，現已投入生產運營，至今未發現任何裂縫。

    1、在混凝土澆筑完畢到溫升至最高值這一階段：理論計算最高溫值57.6℃，而實際測量為64℃，同時冷卻水管出口溫度最大值56℃，進、出口溫差最大值33℃，說明內循環水能夠將混凝土因水化而釋放的熱量及時排出體外，有效地起到了早期削減溫度峰值及防止溫度回升的效果。

    2、混凝土降溫階段：混凝土中心溫度理論計算值由67.5℃降低至48℃需要17天，而根據實際溫

度測量：由中心溫度峰值64℃降至48℃僅用了10天時間，比理論用時縮短了7天時間，說明內循環降溫系統的使用，縮短了工期，為下一工序的提前開始創造了有利條件。

    3、大體積混凝土施工，采用礦渣硅酸鹽低熱水泥和摻用粉煤灰減少水泥用量這兩項措施，可以降低水泥水化熱量，減少溫升。

    ［作者簡介］孟彥（1975－），男，陜西岐山人，陜西建工第二建設集團有限公司，工程師，陜西省寶雞市經二路102號  721000，電話：（0917）3252897

參考文獻：

王華生，趙慧如。混凝土技術禁忌手冊［M］.北京:機械工業出版社,2002.

(本文來源：陜西省土木建筑學會     文徑網絡：雷丹 尹維維 編輯    劉真 文徑 審核)