大体积混凝土施工的温度控制

李琨

0 引言

“恒印智慧城市”项目1#楼及裙房工程是一在施公共建筑，其1#主楼基础筏板最大厚度3m，在大体积混凝土施工过程中，水化热使混凝土内部积蓄热量，且由于截面厚大，内部热量不易散发，很容易造成与外部过大的温度应力破坏混凝土，控制内部温度、使内外部温度不超过规范要求是施工中的控制关键，该工程从混凝土原材料的选择、试配的确定以及入模温度的预控，将前期温度过快的增长风险降低，在施工中采取薄层浇筑的方法，将分层浇筑厚度控制在400mm，使得水化热得到了一定的释放，减少后期的温度过高增长。混凝土成型后，通过保温覆盖养护，保证整体的温度过快流失而造成混凝土本身内外部温差过大。本工程Ⅱ、Ⅲ段中埋置了金属冷却水管，利用冷却水系统对Ⅱ、Ⅲ段大体积混凝土进行内部循环水冷降温，此方法保证了混凝土的质量，与Ⅰ段进行对比，使温度更快地在相对低的温度中趋于平稳。此一系列的温度控制措施，更好地保证了大体积混凝土的质量。

1 工程背景

“恒印智慧城市”项目1#楼（办公）及部分北地块裙房、南地块裙房（商业裙房），位于河北省石家庄市新火车站东广场CBD 区域，在石家庄新火车站东北方向约1km 处。该工程总建筑面积91 644.7m，主楼建筑高度150m，地下4 层、地上33 层。基础埋深-19.87m，1#楼（主楼）基础筏板厚度为3m、2.8m。基础筏板混凝土等级采用C40P10。1#楼基础筏板平面图如图1 所示。

图1 1#楼基础筏板平面图

2 混凝土原材料控制

大体积混凝土，既要符合设计对混凝土自身性能指标的要求，又要尽量减少水化热量、降低混凝土内部最高温度而防止温度裂缝的产生，因此在施工前期，就要与搅拌站密切合作，通过对混凝土原材料的选用、配合比试配的选择，入模温度的要求来加以控制。

2.1 原材料的选用

（1）水泥。水泥选用优质低热普通硅酸盐水泥，根据搅拌站提供，所采用的水泥为金隅鼎鑫生产的P.O 42.5 水泥，3d水化热为236kJ/kg，7d 水化热为277kJ/kg。

（2）掺合料。考虑夏季气温高所产生的胶凝材料水化快的特点，采用掺加一定数量的掺合料减少水泥用量，本工程采取掺加Ⅰ级粉煤灰及S95 级矿渣粉。

（3）粗骨料。粒径5～25mm 碎石，级配连续，含泥量1%。

（4）细骨料。Ⅱ区中砂，细度模数2.5，平均粒径0.4mm，含泥量2%。

（5）拌合水。采用酸碱值为6.5～7.5 的中性自来水。

（6）外加剂。LD-02A 聚羧酸系高性能减水剂。

2.2 混凝土配合比

2.2.1 配合比原则及要求

（1）以60d 强度作为C40 评判标准。

（2）混凝土拌合物坍落度160～180mm。

（3）拌合水用量不大于170kg/m。

（4）粉煤灰掺量不大于胶凝材料用量的50%；矿渣粉掺量不大于胶凝材料用量的40%；粉煤灰与矿渣粉掺量总和不大于胶凝材料用量的50%。

（5）水胶比不大于0.45 。

（6）砂率在38%～45%范围内。

（7）初凝时间10～15h。

（8）混凝土的含碱量不超过3kg/m。

2.2.2 配比确定

根据大体积混凝土的配比原则及原材料的性能，施工单位与搅拌站共同确定了本次施工的混凝土配合比。

2.3 入模温度控制

此大体积混凝土施工正值夏季，因此在常规混凝土搅拌及运输中，采取降温措施，以满足《大体积混凝土施工标准》（GB50496-2018）中对“混凝土的入模温度宜控制在5～30℃”的参考值，尽量将混凝土入模温度控制在30℃以内。在施工中采取如下措施：

（1）拌和混凝土时对水和碎石冷却降温以降低混凝土的拌和温度。

（2）通过混凝土罐车保温用水冲降温和混凝土罐车加冰以降低混凝土运输过程中的升温（加冰考虑在配合比用水量以内）。

（3）做好混凝土运输车调配，不过分囤积运输车数量，避免混凝土在运输车中经过长时间储存而增长水化热量。

3 混凝土内部升温状况预判

在配合比试配确定后，需要计算出混凝土升温的估算判断，一是为进一步计算混凝土应力提供基础依据，二是确定浇筑后混凝土的保温养护及降温的方法。

3.1 混凝土绝热升温

3.1.1 水泥水化热总量

式中：—水泥水化热总量kJ/kg；

—7 天累计水化热277kJ/kg（根据搅拌站提供数据）；

—3 天累计水化热236kJ/kg（根据搅拌站提供数据）。

3.1.2 胶凝材料水化热总量

式中：—胶凝材料水化热总量kJ/kg；

—不同掺量掺合料水化热调整系数。

3.1.3 混凝土的水化绝热温升值

式中：—混凝土的绝热温升（℃）；

—每立方米混凝土中的胶凝材料用量，按450kg/m计算；

—每千克水泥水化热量，293kJ/kg；

—混凝土的比热，取0.94kJ/（kg·K）；

—混凝土密度，根据配合比计算为2400 kg/m；

—常数，=2.718；

—与水泥品种、用量、入模温度等有关单方胶凝材料对应系数，取=0.406；

—混凝土浇筑后至计算时的天数（d）。

经计算得出t 龄期时绝热温升值，如表1 所示。

表1 t 龄期时绝热温升值T（t）

3.2 混凝土内部中心温度估算

式中：—t 龄期混凝土中心计算温度（℃）；

—混凝土浇筑温度（根据当地情况，取34℃）；

—在t 龄期时混凝土的绝热温升（℃）；

—不同浇筑厚度的温降系数，按下表2 取值：

表2 不同浇筑厚度的温降系数

经计算，不同龄期混凝土内部中心温度如下表3 所示：

表3 不同龄期混凝土内部中心温度T（1t）

3.3 混凝土表面温度与温差估算

表面温度计算：

式中：—t 龄期时混凝土表面温度；

T— 龄期t 时，大气平均温度（取34℃）；

—混凝土计算厚度（m）；

—混凝土实际厚度（m）；

′—混凝土虚厚度（m）；

3.4 计算结论

各龄期混凝土内最高温度与表面温差不大于25℃、混凝土表面与外界温差均不大于20℃。因此，采取在混凝土表面铺一层塑料薄膜，塑料薄膜表面再覆盖矿棉被的养护方式，可以满足本工程大体积混凝土的养护要求。但考虑当地气候原因，实际温度有可能大于计算中的取值温度，且估算的混凝土内部最高温度较高，在70℃以上，因此决定在体积相对较大的Ⅱ、Ⅲ段基础筏板中采用布置冷却水管的方法进行内部降温。

4 浇筑方法

大体积混凝土采用“分段分层、薄层浇筑、逐渐倒退”的原则组织浇筑施工。其中的“薄层浇筑”可使单层混凝土水化热量减少，在上一层浇筑前下层水化热在初凝时间内充分散发，是减少混凝土内部热量积蓄的必要方法。

本工程分层厚度按不大于400mm 控制，上层混凝土必须在底层混凝土初凝前浇筑完成。

5 水冷却系统温度控制

根据本工程实际情况，决定采取单循环冷却水系统，对Ⅱ、Ⅲ段筏板混凝土进行冷却水系统降温，其施工流程为：

选择系统所需材料→冷却水管安装→冷却管压力试验→系统其他设备安装→混凝土浇筑（冷却水管满水带压）→冷却系统运行→温度测量。

5.1 冷却水管的布置

冷却管布置在中部温度筋上，呈“U”型往复排布，最外侧冷却管距混凝土边缘2～3m，管与管间距2～3m 之间；每段冷却管总长度在200～300m。冷却水管竖向位置布置在底板中部1.5m 位置，与温度筋及上层钢筋骨架做绑扎固定。

5.2 冷却水温度

冷却水在浇筑完成24h 后启动循环水冷却系统，进水温度35℃。进水温度根据混凝土内部温度随时进行补水调整，水温低于混凝土温度20℃以内。随着混凝土内部温度升高，循环水温度在浇筑完成后第三天升至49℃，此时出水温度达到58℃。

6 保温养护措施

6.1 保温层的厚度计算

根据本工程的实际情况，大体积混凝土的保温材料选用矿棉被，其覆盖厚度通过下列公式获得。

式中：—混凝土表面的保温层厚度（m）；

—混凝土的导热系数［W/（m·k）］；

λ—保温材料的导热系数［W/（m·k）］；

T—混凝土浇筑体表面温度（℃）；

—混凝土达到最高温度时（浇筑后3d～5d）的大气平均温度（℃）；

—混凝土浇筑体内的最高温度（℃）；

—混凝土结构的实际厚度（m）；

T−T—可取15℃～20℃；

−T—可取20℃～25℃；

—传热系数修正值，取2 。

经计算：=0.06（m）

6.2 覆盖保温

（1）本工程覆盖材料为矿棉被，单层矿棉被按30mm 计，覆盖两层可满足保温养护要求。

（2）在混凝土表面上做塑料薄膜覆盖后，再做矿棉保温覆盖，覆盖时对测温点进行位置标识。

7 温度控制效果

通过在混凝土浇筑过程中预埋的测温传感器，我们得到了温度变化的规律，从中选取四个点，将10 天的温度变化做成了折线图。此四个点分别是Ⅰ段中的5、8 号点以及Ⅱ段的3、7 号点。如图2～5 所示。

图2 Ⅰ段5 号点温度折线图

图3 Ⅰ段8 号点温度折线图

图4 Ⅱ段3 号点温度折线图

图5 Ⅱ段7 号点温度折线图

由以上折线图可以看出大体积混凝土温度在浇筑完成后第2～3d 温度达到峰值，之后每天降温1～2℃，保持一定的下降速率。最上层的温度变化受天气与气温的影响较大，浇筑后第2～3d 由于蓄水养护温度下降较快，之后温度趋于平稳。

在施工中，二段采取加冷凝管对混凝土降温，一段未采取降温措施，经对比两段的温度，二段混凝土在第十天混凝土的中部温度为66.1℃、66.2℃，一段为70.8℃、70.9℃，可以看出加入冷凝管后的降温效果良好。

8 结论

大体积混凝土的温度控制需要综合考虑。虽然可以根据前期计算得到升温值，但计算值只是前期的预判值，实际施工中还应考虑各种因素的影响而导致偏离预判值的情况，尤其正值盛夏季节的施工，需要适当增加温度控制措施来保证混凝土温度不超出国家规范要求。通过在该公建工程中的实施可以发现，冷却水管降温是经济、便捷的方法，有利于混凝土内部温度在7 天后更早地趋于平稳，在大体积混凝土夏季施工以及混凝土厚度在2.5m 以上的情况下，应预防性地采用。