循環(huán)水工藝在大體積混凝土施工中的應(yīng)用研究

仲偉華+鐘愛成+謝劍學(xué)

【摘 要】使用循環(huán)水流經(jīng)混凝土內(nèi)部，通過熱交換后被加溫，平衡大體積混凝土內(nèi)外溫度，防止混凝土溫差所產(chǎn)生的應(yīng)力裂縫，確保工程質(zhì)量。循環(huán)水流可采用深基坑降水井中水源，循環(huán)水流經(jīng)混凝土內(nèi)部完成降溫工序后還可抽出作為養(yǎng)護用水，節(jié)約了大量的水資源。對超大體積混凝土施工具有很好的推廣應(yīng)用價值。

【關(guān)鍵詞】循環(huán)水；降溫；大體積；混凝土；節(jié)約；水資源

1. 概論

混凝土澆筑后，水泥在水化過程中，前1～3天釋放出的熱量是總熱量的一半。大體積混凝土底板施工時，為控制混凝土里表溫差，一般是采用表面覆蓋的方法來提高混凝土表面溫度。當(dāng)混凝土底板厚度更厚，混凝土強度及入模溫度更高，采用表面覆蓋的辦法提高表面溫度有限，里表溫差不能控制在設(shè)計范圍內(nèi)時，就必須采取其它措施來降低混凝土硬化過程中的內(nèi)部溫度。采用“預(yù)埋冷卻管”通過水循環(huán)冷卻，強制降低內(nèi)部混凝土水化溫度的方法目前效果較好?！邦A(yù)埋冷卻管”原理是通過高壓水泵將溫度較低的水注入預(yù)埋在混凝土中的冷卻水管中，混凝土內(nèi)部水化熱通過鋼管熱交換導(dǎo)入水中，再通過水的循環(huán)使混凝土中心溫度降溫，從而達(dá)到降低混凝土里表溫差的目的。

2. 特點

（1）采用冷卻循環(huán)水溫控法降低大體積混凝土溫升，經(jīng)濟實用性強、施工操作方便、施工工藝簡單、易掌握、生產(chǎn)效率高、安全可靠、施工成本低?？梢耘c鋼筋工程同時進行施工，有較強的適用性。

（2）大體積鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)尺寸較大，為保證混凝土澆筑施工及鋼筋位置不產(chǎn)生移位或變形，往往需要增加鋼筋馬墩或鋼筋支撐。合理地分層布置循環(huán)水管，可充當(dāng)鋼筋馬墩或支撐，節(jié)約相當(dāng)量的鋼筋等費用的投入，降低施工成本。

（3）大體積混凝土冷卻循環(huán)水溫控工藝，能夠通過測溫點內(nèi)傳感器所測混凝土內(nèi)溫度的變化規(guī)律，自動調(diào)節(jié)循環(huán)水管水流速度，平衡大體積混凝土內(nèi)外溫度，防止混凝土溫差所產(chǎn)生的應(yīng)力裂縫，確保工程質(zhì)量。

（4）循環(huán)水源可采用深基坑降水井中水源，節(jié)約了新水的取用量，大體積混凝土冷卻循環(huán)水流經(jīng)混凝土內(nèi)部通過熱交換后被加溫，抽出后作為養(yǎng)護用水，提高混凝土表面溫度，效果明顯，施工成本降低，可節(jié)約大量的水資源。

3. 試點工程中循環(huán)水工藝的應(yīng)用

3.1 試點工程概況。

蘇州惠潤國際大廈項目由地下三層、地上二十七層組成，商業(yè)綜合體建筑，總建筑面積148500m2。地下室基礎(chǔ)底板由主樓筏板（H=2000mm）及裙樓筏板（H=800mm）組成，面積16900m2。裙樓筏板混凝土量為11600m3，主樓筏板基礎(chǔ)混凝土量8500m3（其中試點3區(qū)4650m3），屬大體積混凝土底板。

3.2 采用循環(huán)水降溫工藝的原因。

（1）環(huán)境因素：此次底板澆筑施工正直7～8月夏季高溫期（白天平均溫度35度以上），地表溫度高達(dá)近50℃。混凝土澆筑后，由于水泥水化熱導(dǎo)致混凝土內(nèi)部溫升較高熱量不易散出，加之高溫季節(jié)溫度更是不易降下來。而混凝土面層為了防止水分蒸發(fā)過快進行澆水養(yǎng)護，所以相對內(nèi)部散熱較快，形成內(nèi)外溫差。依據(jù)《GB 50496-2009 大體積混凝土施工規(guī)范》要求，大體積混凝土內(nèi)外溫差不大于25℃，超過這個溫度會使混凝土內(nèi)部產(chǎn)生的壓應(yīng)力，而表面產(chǎn)生的拉應(yīng)力值增大，而此時混凝土的齡期很短抗拉強度較低。因此，混凝土在內(nèi)部拌合水的水化和蒸發(fā)以及膠質(zhì)體的膠凝等作用下，促使混凝土硬化時的收縮，在收縮時由于受到基底及結(jié)構(gòu)本身的約束，會產(chǎn)生很大的收縮應(yīng)力（拉應(yīng)力），當(dāng)收縮應(yīng)力超過當(dāng)時的混凝土抗拉強度時，就會產(chǎn)生收縮裂縫。本底板通過計算，升溫階段混凝土的內(nèi)外溫差已大于25℃，必須采取防止混凝土裂縫的措施。

（2）本工程2m厚底板一次性澆筑，混凝土施工后采用1層塑料薄膜+1層巖棉+2層麻袋覆蓋養(yǎng)護施工方法，混凝土底板中心溫度和表層溫度之差為42.6℃，大于25℃，不符合大體積混凝土施工規(guī)范要求，必須采取措施降低中心溫度。

3.3 施工工藝流程及操作要點。

3.3.1 施工工藝流程見圖1。

3.3.2 冷卻循環(huán)水管和測溫點設(shè)置計算控制。

冷卻循環(huán)水管規(guī)格大小、設(shè)置間距和分層系統(tǒng)、測溫點布置以及采用水泵大小等的確定，要考慮以下因素：

圖1 施工工藝流程

（1）循環(huán)水管接觸面砼的熱阻系、比熱、導(dǎo)熱系數(shù)及其修正值；

（2）砼的體積，砼與循環(huán)水接觸的表面面積；

（3）所用水泥品質(zhì)、水泥水化熱釋放的速度、砼維持到最高溫度的延續(xù)時間及砼在指定期齡內(nèi)水泥的水化熱取值標(biāo)準(zhǔn)、砼的初凝和終凝的時間；

（4）熱交換所需冷卻循環(huán)水流量和阻抗等。

3.3.3 冷卻循環(huán)水管和傳感器安裝控制。

（1）如果冷卻循環(huán)水管在大體積砼內(nèi)部充當(dāng)鋼筋網(wǎng)片的支撐系統(tǒng)，必須對所用管的剛度和強度有較高的要求標(biāo)準(zhǔn)，一般情況下，只考慮水的壓力、新澆砼的壓力及振搗棒對其的震動力。尤其是彎管和焊縫等處，必須嚴(yán)格按照標(biāo)準(zhǔn)進行驗收。

（2）管道安裝完成后必須進行試壓和試運行，以便于及時整改所出現(xiàn)的問題。

（3）所用管道必須是沒有經(jīng)過防腐處理，并且要將鐵銹等清除干凈，便于與砼粘結(jié)。

（4）電阻傳感器的安裝必須嚴(yán)格按照要求進行，絕緣效果、與鋼筋或埋件的間距要控制得當(dāng)，避免所測定的溫度忽大忽小而失真。

（5）傳感器預(yù)置導(dǎo)線安裝完成后，必須進行測試調(diào)整。

3.4 施工準(zhǔn)備階段：循環(huán)水工藝的關(guān)鍵工序。

圖2

3.4.1 針對本工程大體積混凝土的特點編制詳細(xì)的循環(huán)水降溫專項方案，并對方案的可操作性進行分析?，F(xiàn)場循環(huán)冷卻水管均分三層布設(shè)，其垂直間距500mm。每層管的鋪設(shè)面積均在70%以上，每層分別設(shè)置一個進水口和一個出水口。管徑選用DN40的焊接鋼管，螺紋連接。根據(jù)水管鋪設(shè)的長度計算出三區(qū)的總換熱面積為640.8m2 （見圖2）。

3.4.2 為隨時掌握混凝土內(nèi)部的溫度，對澆筑的混凝土進行了溫度監(jiān)測（測溫點剖面圖見圖3）。

（1）測溫點布置：按每隔10m左右布點，布置28個測溫點。

（2）測溫儀器采用采用電子測溫儀。

（3）配備專職測溫人員，按三班考慮，對測溫人員進行培訓(xùn)及安全交底。測溫人員要認(rèn)真負(fù)責(zé)，按時按孔測溫，不得遺漏或弄虛作假。測溫記錄要填寫清楚、整潔，換班時要進行交接。

（4）測溫工作應(yīng)連續(xù)進行，溫度上升階段，每3h測一次，溫度下降階段每6h測一次，7天后6h測一次。同時應(yīng)測大氣溫度。

（5）裂縫觀察：現(xiàn)場工藝人員定期進行混凝土的裂縫觀察，裂縫觀察也采用先頻后疏的原則，覆蓋養(yǎng)護后，每天觀察不少于四次，5天后每天觀察不少于2次，直至撤除保溫層。

（6）測溫記錄。

第1天～第7天 每3小時測溫一次；

第8天～第14天 每6小時側(cè)溫一次

3.4.3 嚴(yán)格檢查材料、設(shè)備準(zhǔn)備情況。

對到場材料進行取樣送檢，設(shè)備進行檢查。待材料、設(shè)備檢測合格后方可使用。如DN40的循環(huán)水鋼管、連接的管件、支撐的鋼筋、測溫儀、電線等材料設(shè)備。

圖3 測溫點剖面圖

（1）由專業(yè)水工班組進行加工安裝，同時對安裝人員做好工藝交底工作。

（2）加強循環(huán)冷卻水管安裝質(zhì)量控制，對其管口接頭部位，支撐進行重點檢查。

（3）循環(huán)冷卻水管安裝完后進行0.4MPa的水壓試驗和通水測試，檢查滲漏情況，確保水管的暢通，無泄漏。

（4）為有效的監(jiān)測循環(huán)水溫和水流速、流量，分別在冷卻管入口處及冷卻處安裝水溫表、流速表進行降溫觀測。

（5）現(xiàn)場預(yù)埋電子測溫設(shè)備，檢查電子測溫設(shè)備預(yù)埋數(shù)量和間距。同時，對測溫設(shè)備統(tǒng)一編號。

（6）應(yīng)急物資準(zhǔn)備，落實應(yīng)急物料（a、現(xiàn)場單獨配備一臺15KW發(fā)電機組，確保循環(huán)水泵正常工作；b、備用水源的準(zhǔn)備情況；c、配備增壓泵，在水泵壓力不足時進行增壓，從而保證循環(huán)水流速、流量）。

3.5 施工階段循環(huán)水工藝的關(guān)鍵工序。

（1）控制大體積混凝土澆筑方法、澆筑順序，確保混凝土澆筑質(zhì)量。

（2）在澆筑完成12小時后立即開啟循環(huán)水進行冷卻降溫。

（3）測溫工作要連續(xù)進行，溫度上升階段，每3小時測一次，溫度下降階段每6小時測一次，7天后6小時測一次。

（4）監(jiān)測大氣溫度，入水溫度、出水溫度、水流量、流速并做好記錄，并對記錄數(shù)據(jù)進行比對、分析。若內(nèi)外溫度大于25℃時，應(yīng)及時報告，以便采取措施?？梢栽谘h(huán)水內(nèi)拌和冰水和混凝土表面加強覆蓋，以盡快降低內(nèi)外溫差。

3.6 施工后期的監(jiān)控。

（1）混凝土澆筑完成后及時在混凝土表面進行覆蓋，一層塑料薄膜，一層巖棉、二層麻袋覆蓋養(yǎng)護。同時不間斷濕水進行養(yǎng)護（用循環(huán)水管流出的熱水）。

（2）裂縫觀察，定期進行混凝土的裂縫觀察，裂縫觀察也采用先頻后疏的原則，覆蓋養(yǎng)護后，每天觀察不少于四次，五天后每天觀察不少于2次，直至撤除保溫層，并將觀察情況如實記錄。

4. 結(jié)論與建議

（1）本項目循環(huán)水管采用DN40鋼管螺紋連接，其循環(huán)水源采用深水降水井中水源，節(jié)約了新水的用量，水溫恒溫20度。抽水深水泵型號YQS200，功率4KW，揚程40M，排量20m3/h。 在7～8月份高溫季節(jié)進行大體積混凝土的澆筑時，采用循環(huán)水方式進行降溫可以有效控制混凝土內(nèi)表溫差，起到在短時間內(nèi)迅速降溫的效果。輔助計算機測溫系統(tǒng)隨時監(jiān)測混凝土內(nèi)部點處溫度變化，循環(huán)水降溫系統(tǒng)能有效控制混凝土溫度變化，混凝土溫度變化符合規(guī)范要求。5個月的觀測紀(jì)錄反映混凝土基礎(chǔ)無溫度裂縫產(chǎn)生。

（2）夏季澆筑大體積混凝土施工時易采用預(yù)埋冷卻管進行循環(huán)水降溫措施，能在有效的時間里降低混凝土內(nèi)外溫差。既保證質(zhì)量又能節(jié)約時間進行下道工序施工。

（3）從施工角度去控制大體積混凝土裂縫的產(chǎn)生，雖然投入了智能大體積混凝土測溫系統(tǒng)及大量的優(yōu)質(zhì)鋼管（循環(huán)冷卻系統(tǒng)用），但優(yōu)質(zhì)的結(jié)構(gòu)施工避免了因裂縫產(chǎn)生而造成的修補費用，最終取得較好的質(zhì)量效果和經(jīng)濟效益；

（4）該工藝在超大體積混凝土內(nèi)部埋設(shè)連通比表面積大、熱交換效率高的金屬薄壁管，通水循環(huán)流通，通過調(diào)節(jié)水流量及流速，控制混凝土內(nèi)部溫升速率，有效地解決超大體積混凝土溫度裂縫防治的工藝難題。

（5）該工藝使用循環(huán)水流經(jīng)混凝土內(nèi)部，通過熱交換后被加溫，抽出后作為養(yǎng)護用水，節(jié)約了大量的水資源。對超大體積混凝土施工具有很好的推廣應(yīng)用價值。

參考文獻

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[2] 綠色施工導(dǎo)則（建質(zhì)【2007】223號）.

[3] 《建筑施工手冊》（第四版 縮印本2008年9月版）.

[文章編號]1619-2737（2014）12-12-927