論預(yù)埋冷卻管措施在大體積混凝土房屋建筑工程中的應(yīng)用

鄭展

（身份證號碼：3501021986****2815）

現(xiàn)今，全國建筑行業(yè)整體發(fā)展速度飛快，建筑形式在不斷發(fā)展變化，工程規(guī)模也向著高、大、深發(fā)展，特別是在地下水區(qū)域、含有地下室、高層的民用與工業(yè)建筑工程中采用大體積混凝土施工已愈發(fā)普遍。

1 大體積混凝土結(jié)構(gòu)的特點

大體積混凝土結(jié)構(gòu)因體積大、自重大、結(jié)構(gòu)厚實，多被作為房屋建筑工程的結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)。在結(jié)構(gòu)施工時，要面對較多復(fù)雜環(huán)境要素、較大的施工作業(yè)面、較長的施工作業(yè)時間，對施工部署及技術(shù)要求高。當(dāng)大量混凝土中的凝膠材料的水化熱作用所產(chǎn)生的溫度應(yīng)力超過混凝土相應(yīng)齡期的拉應(yīng)力時,易使結(jié)構(gòu)出現(xiàn)有害裂縫。

2 大體積混凝土溫度控制措施的重要性

大體積混凝土結(jié)構(gòu)中的水泥及其他膠凝材料在水化固結(jié)過程中會釋放大量的水化熱，而混凝土不是良好的導(dǎo)熱、散熱材料。對于體積大、相對表面小的大體積混凝土而言，水泥水化熱釋放比較集中，內(nèi)部熱量不易散發(fā)，會形成較高的水化熱溫升。在整個混凝土硬化的升溫和降溫過程中，由于非均勻的溫度變化而受到自身約束和外部約束。大體積混凝土的溫度應(yīng)力往往會超過混凝土相應(yīng)齡期的抗拉強(qiáng)度而導(dǎo)致結(jié)構(gòu)產(chǎn)生溫度裂縫。溫度裂縫影響到結(jié)構(gòu)的承載力的同時也嚴(yán)重影響主體結(jié)構(gòu)的安全性和耐久性。因此對于大體積混凝土采取溫度控制措施是建設(shè)單位、監(jiān)理單位、施工單位必須控制的重點。

3 大體積混凝土溫度控制的措施

3.1 優(yōu)化配合比設(shè)計

大體積混凝土結(jié)構(gòu)采用混凝土60d 或90d 的強(qiáng)度作為混凝土配合比設(shè)計、混凝土強(qiáng)度評定及工程驗收的依據(jù)。配合比的設(shè)計除應(yīng)符合工程設(shè)計所規(guī)定的強(qiáng)度等級、耐久性、抗?jié)B性、體積穩(wěn)定性等要求外，尚應(yīng)符合大體積混凝土施工工藝特性的要求。應(yīng)選用中、低熱硅酸鹽水泥或低熱礦渣硅酸鹽水泥，大體積混凝土施工所用水泥其3d 的水化熱不宜大于250kJ/kg，7d 的水化熱不宜大于280kJ/kg[1]。為了保證混凝土強(qiáng)度符合設(shè)計要求的準(zhǔn)則，以盡量減少水泥用量和延長混凝土凝結(jié)時間的目標(biāo)，根據(jù)水泥、粗細(xì)集料、外加劑（緩凝劑、減水劑）、摻合料等混凝土組成材料的實際特性設(shè)計出最優(yōu)配合比，以達(dá)到避免大體積混凝土結(jié)構(gòu)因大溫差而產(chǎn)生有害裂縫的目的。

3.2 施工過程溫控措施

大體積混凝土結(jié)構(gòu)的溫度受氣候溫度、環(huán)境溫度、拌合原材料溫度、拌合機(jī)具溫度、混凝土中水泥及其他膠結(jié)料水化固結(jié)放熱等影響，施工時將粗細(xì)集料、水及拌合機(jī)具進(jìn)行降溫處理；預(yù)埋冷卻水管并配套預(yù)埋溫監(jiān)測設(shè)施，利用冷卻管良好的導(dǎo)熱性將混凝土中的水化熱傳遞到冷卻管的水流中，利用水良好的流動性將熱量帶出大體積混凝土結(jié)構(gòu)外；夏季進(jìn)行大體積混凝土的施工時，應(yīng)盡量選擇在一天中的早晚時段以及夜間來進(jìn)行澆筑作業(yè)，并根據(jù)溫度的實際變化采取摻加冷水等方式來降低溫度，而如果是在冬季進(jìn)行大體積混凝土的澆筑作業(yè)時，則應(yīng)采取相應(yīng)的保濕保溫措施，可以通過覆蓋方式來控制溫差幅度[2]。

3.3 養(yǎng)護(hù)期的溫控措施

混凝土澆筑完成后，結(jié)合天氣情況以及溫度變化情況選取相應(yīng)的混凝土表面覆蓋物，定期開展常規(guī)養(yǎng)護(hù)措施，保證養(yǎng)護(hù)期限。從澆筑完成至混凝土達(dá)到齡期期間，根據(jù)預(yù)埋的測溫設(shè)備收集的混凝土溫度監(jiān)測數(shù)據(jù)，調(diào)整預(yù)埋冷卻管中的水流量，將大體積混凝土結(jié)構(gòu)溫度控制在規(guī)定指標(biāo)內(nèi)。

4 預(yù)埋冷卻水管降溫措施的應(yīng)用

4.1 事前安排

大體積混凝土的施工溫度控制是一個動態(tài)的目標(biāo)控制。在施工前必須充分掌握項目的實際情況（設(shè)計內(nèi)容、水文地址條件），對施工階段大體積混凝土澆筑體的溫度、溫度應(yīng)力及收縮應(yīng)力進(jìn)行試算，并確定施工階段大體積混凝土澆筑體的升溫峰值，里表溫差及降溫速率的控制指標(biāo)，制定相應(yīng)的溫控技術(shù)措施，采用外接水注入預(yù)埋冷卻水管的方式來協(xié)助降低混凝土內(nèi)部溫度，并設(shè)計相配套的溫度監(jiān)測方案。

依據(jù)大體積混凝土中的水泥用量、粉煤灰用量、膨脹劑用量、活性摻合料用量、所使用水泥標(biāo)號的水化熱數(shù)值、施工期大氣平均氣溫、混凝土厚度等數(shù)據(jù)，計算出混凝土最大絕熱溫升值、中心計算溫度、表層溫度、內(nèi)部平均溫度。結(jié)合本項目有2m 厚和2.4m 厚兩種規(guī)格的大體積混凝土筏板基礎(chǔ)、基礎(chǔ)埋深大（最低處底標(biāo)高為-10m）、計劃施工時間為夏季高溫期間等情況，設(shè)計在基礎(chǔ)1/2 厚度處沿建筑物長軸方向設(shè)置一層水平冷卻水管，冷卻水管水平間距為1000mm，距結(jié)構(gòu)邊緣500mm，進(jìn)水口和出水口露出澆搗完成面300 mm高，出水口連接至現(xiàn)場散熱池，進(jìn)水口處設(shè)置增壓泵，根據(jù)溫度監(jiān)控數(shù)據(jù)調(diào)整冷卻水量以達(dá)到對大體積混凝土溫度控制的效果。

冷卻管的規(guī)格型號應(yīng)根據(jù)混凝土最大絕熱溫升值、中心計算溫度、表層溫度、環(huán)境溫度、水的導(dǎo)熱系數(shù)等參數(shù)計算出最小管徑。還應(yīng)考慮冷卻管的壁厚夠承受混凝土澆筑沖擊力、埋置混凝土深度產(chǎn)生的壓力、冷卻管內(nèi)可能出現(xiàn)的最大水壓力。為了縮短施工工期及保證施工質(zhì)量，考慮到絲扣接頭連接施工工藝耗時短，有利于優(yōu)化施工進(jìn)度，同時絲扣連接可以有效的防止?jié)仓艑宇^的破壞，避免冷卻水管堵塞，確認(rèn)冷卻水管采用DN32 的焊接鋼管，壁厚為2.0mm，配合相適應(yīng)的絲扣接頭。

《大體積混凝土專項施工方案》中也包含了溫度監(jiān)測點的布置情況：測點的間距、測點在混凝土中的位置、監(jiān)測頻率、溫度指標(biāo)等。根據(jù)項目建設(shè)平面形狀分布情況進(jìn)行分析，合理設(shè)定不同的溫度監(jiān)測點，依照板厚設(shè)定不同點位，再對測溫點深度值進(jìn)行控制，以測量砼芯部及表面的溫度變化，將獲取溫度監(jiān)測數(shù)據(jù)作為預(yù)埋冷卻水管降溫措施的調(diào)控依據(jù)。

4.2 過程控制

施工時，應(yīng)嚴(yán)格按照《大體積混凝土專項施工方案》的要求制作散熱池、冷卻水泵送加壓系統(tǒng)以及對冷卻水管下料、加工。冷卻水管的安裝高度應(yīng)精準(zhǔn)的設(shè)置在筏板結(jié)構(gòu)厚度1/2 處，保證溫控效果。因混凝土澆筑時的沖擊力和澆筑振搗作業(yè)對冷卻水管的振動力較大，必須采用將冷卻水管與筏板結(jié)構(gòu)中間層鋼筋及馬凳鋼筋焊接牢固，以確保管身、接頭位置不發(fā)生偏位和破壞。冷卻管安裝完畢并固定牢靠后，應(yīng)對管網(wǎng)進(jìn)行通水試驗，確保冷卻管網(wǎng)系統(tǒng)能夠正常運(yùn)行且管網(wǎng)承受足夠的水壓力以及接口處無漏水。為保證能準(zhǔn)確收集到混凝土溫度變化的數(shù)據(jù)，還應(yīng)確保溫度監(jiān)測設(shè)施的安裝質(zhì)量不受混凝土施工影響：每個測溫位置均有上中下測溫導(dǎo)線，測溫導(dǎo)線應(yīng)可靠的固定在指定的位置，測溫元件端頭用膠帶綁扎，防止在砼澆筑過程中污染測溫元件端頭。

開始澆筑筏板結(jié)構(gòu)混凝土的同時開啟溫度監(jiān)測系統(tǒng)和冷卻水管降溫系統(tǒng)，根據(jù)收集的混凝土澆筑體溫測值、出水口水溫、散熱池水溫、大氣溫度、入水口水溫等數(shù)據(jù)實時調(diào)整冷卻水進(jìn)水口處的增壓泵，利用增減流水量來協(xié)助調(diào)整大體積混凝土的溫度，以符合相關(guān)規(guī)定及方案的要求。

本工程砼采用全面、分層連續(xù)澆筑的方式。分三層進(jìn)行，每層澆筑厚度為筏板厚度的1/3。既減少冷卻管在混凝土澆筑時受到的施工沖擊力，也可以加快同熱量的散發(fā)并使砼溫度分布較均勻。上一層的砼應(yīng)在下層砼初凝前進(jìn)行澆筑，并對每層的砼采用二次振搗法進(jìn)行二次振搗，以排除砼的水分，減少孔隙，提高砼與鋼筋的握裹力，防止砼因沉落而出現(xiàn)裂縫[3]。

4.3 事后工作

大體積混凝土澆筑完成后，隨著齡期的增加，結(jié)構(gòu)混凝土抵抗溫度應(yīng)力的能力也隨之提升。大體積混凝土的養(yǎng)護(hù)期不小于14天，冷卻水管協(xié)助控溫的期限參照養(yǎng)護(hù)時間。待混凝土強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計要求后，切除外露的水管，用比原結(jié)構(gòu)等級高一級的水泥砂漿（摻微膨脹劑）注入冷卻水管網(wǎng)內(nèi)，并將水管和混凝土截面處做密封處理，防止水管生銹影響混凝土結(jié)構(gòu)質(zhì)量。

5 結(jié)語

常規(guī)的混凝土降溫、保溫、養(yǎng)護(hù)措施是不可缺少的，但卻無法完全適合大體積混凝土結(jié)構(gòu)。本文以“福州啟迪科技城”項目為例，在大體積混凝土施工中，即采用了常規(guī)混凝土的降溫、保溫、養(yǎng)護(hù)措施，還采用預(yù)埋冷卻管措施協(xié)助解決大體積混凝土結(jié)構(gòu)施工中存在的質(zhì)量隱患，為大體積混凝土結(jié)構(gòu)施工提供了更加良好的質(zhì)量保障，保證工程質(zhì)量。