大體積混凝土降溫水管的應用探討

梁彥峰

（中鐵九局集團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用探討

梁彥峰

（中鐵九局集團有限公司成都分公司 四川成都 610031）

大體積混凝土尺寸與結構面都很大，澆筑混凝土后，受水泥的水熱化因素的影響，混凝土內部的溫度上升的特別快，一開始，溫度對其的壓力相對較小，但長時間的冷卻過程中，規模與徐變發生的巨大反差所產生的拉應力，對混凝土的材料造成極大的應力，還可能產生裂縫，而降溫水管方法的應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用對大體積混凝土內部溫度的有效控制，并結合其應用效果進行了探討。

大體積混凝土；降溫水管；應用；方法；效果

大體積混凝土工程結構在很多橋梁基礎工程中得到了廣泛的應用，但混凝土裂縫和掉落的現象也經常發生，從而造成了巨大的經濟損失和資源浪費，而在西北地區的一項橋梁工程建設中，施工受環境氣候和交通條件的影響很大，并且混凝土的設計強度很大，施工要求很高，在大體積的混凝土施工過程中，降溫水管的應用，有效的控制混凝土內部與外部的溫度差異，從而減少了出現裂縫的相關問題，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特點

①大體積混凝土作為工程建筑中非常重要的成分，具有非常復雜的工程條件，同時大體積混凝土具有非常大的構件體積和結構物，同時較大的混凝土用量也使得工程的條件呈現復雜化和多樣化的特征；②大體積混凝土的工程應用中非常注重由各種因素所引起的裂縫問題，同時，在橋梁基礎建設的過程中大體積混凝土的應用比較多，要求相關構件滿足相應的穩定性、剛度和強度等要求之外，必須注重其防水性能、整體性能和抗滲透性能等等，因此在控制大體積混凝土質量的同時，關鍵是控制相關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，水泥水化熱的散發比較困難，同時促使溫度隨著混凝土的澆筑上升的非常快，更有可能達到80℃以上，從而導致膨脹量的擴大，一段時間的減溫之后，又會出現較大的溫度收縮的現象，而在這一過程中，很容易使得大體積混凝土出現較嚴重的裂縫現象，從而使得混凝土抵抗滲透的性能和整體的性能嚴重的減弱，因而需要加強對混凝土溫度裂縫的控制，改善和控制大體積混凝土的質量[1]。

2 降溫水管的應用方法

（1）受水化過程的影響，大體積混凝土將會有較大的熱量產生，并且放出的熱量在第1～3d的過程中就達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部將出現非常高的溫度，而在混凝土的外部和內部產生較大的溫度差異時，溫度變形和應力的現象將會產生，并且當混凝土內外的約束力小于溫度應力時，將會有裂縫產生，因此，在建筑基礎工程進行大體積混凝土施工的過程中，有效的對混凝土內外的溫度變形和溫度差異所產生的裂縫進行控制，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以及大體積混凝土中應用的比較廣泛，在氣候條件較差西北地區的橋梁基礎工程建設中，對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生的裂縫現象。而這這個過程中要控制混凝土的內外溫差不超過25℃，因而需要采用降溫水管的方法來對其內外溫差進行有效的控制，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，長度在2m左右截斷，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行的過程中使用一期冷卻，并通過電子測量儀對內部溫度進行測量，當溫度到達50℃時，開始換水，將水管中的熱水進行排擠，而當混凝土的溫度在30℃時，應停止換水，從而來有效的控制水化熱過程中混凝土內外溫差，而一期冷卻一般時間在14d左右；在混凝土塊體接縫灌漿的過程中進行二期冷卻，并且可以有效的降低混凝土的溫度，使其達到穩定溫度的水平。

（3）在基礎的建筑工程中，大體積混凝土在高層建筑和重型設備建筑箱型基礎上得到了廣泛的使用，相關的特點有：①比較薄的塊體結構和比較小的體積；②設計強度比較高且比較復雜的混凝土，在一定體積下使用的水泥也相對較多一些，因此內部的溫度也比其他的工程高10～15℃；③在工程建設過程中，具有較高的工程整體性的要求，并且在結構斷面上具有較多的內配筋；④大體積混凝土工程實施大多數是在地下，因而外界溫度對其的影響不大，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用

3.1 大體積混凝土內部溫度上升的情況

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，并且混凝土的內部實際的澆筑溫度和最高溫度受相應時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 在降溫水管的應用過程中應注意的因素

使用降溫水管的方法來對大體積混凝土進行冷卻，應用的效果受水溫、管徑以及管距和管長等因素的影響程度也是不一樣的。①當增加1倍管徑時，應增加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當減小一倍的水平管距時，相應增加一倍的鋼量，可以產生明顯的效果，并且可以縮短1.23倍的冷卻時間；③層流的發生會影響冷卻的效果，因此應合理的控制管內的流量空間；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，所產生較大的拉應力，造成裂縫現象；⑤水管的長度越長，冷卻的效果越差；⑥在一期冷卻過程中，應經常改變水流的方向，從而使各個斷面上的水化熱溫度的上升程度減小，并且使混凝土內部的溫度的下降程度比較均勻[4]。

3.3 計算大體積混凝土的溫度應力

溫度應力指的是梁受溫度影響而發生的溫度變形，并在升溫時梁的膨脹受到限制，從而產生內壓力，當降溫時，梁的收縮受到限制，從而產生拉應力，而這種拉應力和內壓力則組成溫度應力。而溫度應力的大小=混凝土的彈性模量混凝土的線性膨脹系數溫差；由于混凝土具有較差的抗拉強度，從而使得梁受降溫產生的拉應力影響導致開裂，當溫差達到10℃時，兩端位于固定狀態的混凝土梁發生斷裂，當升降溫的幅度在12～20℃時，降溫時產生的拉應力使得混凝土被拉斷。

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

4 降溫水管的應用效果

（1）在一定程度上可以對混凝土內部的溫度進行有效的降低（如表2）。

表2

（2）降溫水管混凝土施工過程中的應用，可以有效的起到儲蓄水、養護和保溫的作用，并且在提升混凝土表面溫差的同時，減低了其內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熱量之間的流動所產生的溫度上升。

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

5 結束語

本文所探究的是降溫水管對大體積混凝土施工的應用，以及對其效果和實施進行了一定的分析，并根據混凝土內部溫度的情況和應用條件來加以理論計算和采取可行的技術措施，從而來防止因溫度變化的情況所產生的裂縫等情況，并且根據不同的施工情況，來有效的改變相關的成分和用量，通過各種降溫水管的方法應用，來有效的對混凝土溫度應力和內外溫度的差異進行改善，從而對大體積混凝土由溫度變化所產生的裂縫現象進行有效的控制，從而推動相關工程的實施和順利進展。

[1]宮經偉.水工準大體積混凝土分布式光纖溫度監測與智能反饋研究[J].武漢大學，2013，03（11）：112～115.

[2]楊躍平，馬躍原.循環水管法在大體積混凝土降溫中的應用[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，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，2011，07（15）：255～258.

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

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

TU755

A

1673-0038（2015）35-0288-02

2015-8-11

梁彥峰（1982-），男，中級工程師，主要從事橋梁施工工作。