大体积混凝土循环水降温施工工法.doc

工法名称：大体积混凝土冷却循环水 温控施工工法完成单位名称：河南省第五建筑安装工程有限公司主要完成人：张福云 刘振东 李焕玉 李全忠完成时间：二零零七年八月十二日目 录1 前言22 特点23 适用范围24 工艺原理35 施工工艺流程及操作要点35.1施工工艺流程35.2主要施工操作要点35.2.1砼温升和冷却循环水管、测温点埋设计算45.2.2温控过程控制55.2.3配合比及材料控制65.2.4大体积混凝土生产控制75.2.5砼浇筑控制75.2.6大体积砼其它温控措施86 材料与设备86.1材料86.2机具设备97 质量要求控制97.1砼温差计算控制97.2冷却循环水管和测温点设置计算控制97.3冷却循环水管和传感器安装控制107.4砼施工控制107.4.1配合比质量控制107.4.2砼计量质量控制107.4.3砼拌制质量控制107.4.4混凝土运输质量控制107.4.5混凝土浇筑质量控制117.4.6混凝土养护控制118 安全措施129 环保措施129.1噪音排放129.2现场无扬尘129.3光污染129.4杜绝施工现场火灾129.5合理处理固体废弃物139.6生产及生活废水排放139.7不使用含有有害物质的建筑材料139.8最大限度地节能降耗139.9环境保护1310 效益分析1310.1社会效益:1310.2经济效益:1311 应用实例1311.1平顶山市广电中心工程1311.2义煤集团5000t/d水泥生产线工程14大体积混凝土冷却水循环温控施工工法1 前言由于大体积混凝土具有结构厚、体形大、施工技术要求高等特点，其施工除了应满足设计强度要求外,如何控制施工过程中的温度应力，防止有害裂缝产生、展开，是施工中的关键问题。在大体积混凝土施工过程中，因水泥水化热作用产生很大的热量，混凝土表面热量散失较快，内部热量不易散发，从而内部与表面产生较大的温差。当温差超过一定临界值时，致使混凝土产生温度应力裂缝，从而影响工程的耐久性。我公司在河南省义煤集团5000t/d熟料新型干法水泥生产线烧成系统工程的2个设备基础和平顶山广电中心工程筏板基础的大体积混凝土施工中,采用“大体积混凝土冷却循环水温控施工工法”，防止了大体积混凝土产生温度应力裂缝的质量通病。该技术经过河南省建设厅、河南省建筑业协会专家委员会的审定，被评定为2007年度河南省“省级工法”。2007年6月份该工程被评审为河南省“新技术应用示范工程”，该工法为13项新技术应用成果之一。2 特点1.1采用冷却循环水温控法降低大体积混凝土温升，经济实用性强、施工操作方便、施工工艺简单、易掌握、生产效率高、安全可靠、施工成本低。可以与钢筋工程同时进行施工，有较强的适用性。1.2大体积钢筋混凝土结构尺寸较大，为保证混凝土浇筑施工及钢筋位置不产生移位或变形，往往需要增加钢筋马墩或钢筋支撑。合理地分层布置循环水管，可充当钢筋马墩或支撑，节约相当量的钢筋等费用的投入，降低施工成本。1.3大体积混凝土冷却循环水温控工法，能够通过测温点内热偶传感器所测混凝土内温度的变化规律，自动调节循环水管水流速度，平衡大体积混凝土内外温度，防止混凝土温差所产生的应力裂缝，确保工程质量。1.4大体积混凝土冷却循环水为循环使用，与砼常规养护方法相结合，可节约大量的水资源，提高砼的耐久性。3 适用范围凡结构厚度在1.8m以上高层建筑施工手册同济大学出版社定义，具有结构厚、体形大的钢筋砼建筑结构等工程，尤其是应用于高层建筑的筏板基础、箱形基础、工业构筑物的大中型设备基础，有着不可多得的推广应用优势。4 工艺原理根据我们对大体积钢筋混凝土的现场实测升温、降温记录数据资料得出：大体积混凝土在理论计算和实施温控过程中，只考虑单位水泥用量及混凝土配合比、砼浇筑温度、浇筑工艺几项主要因素，以简便的经验公式进行计算，用以指导施工中大体积混凝土中心、中层和外层之间单位体积砼的温升值，并按照热量传导原理，通过在混凝土内部设置热偶传感器测温点、埋设循环水管，在混凝土外部设置循环水池、水泵、智能温度控制仪等相关设施，自动调控循环水管的水流速度，降低砼内部水化热，平衡砼内外温度，防止大体积混凝土内外产生温差应力裂缝，保证大体积混凝土的施工质量达到设计和规范要求的质量标准。5 施工工艺流程及操作要点5.1施工工艺流程 施工工艺流程见下图5.1-1定位放线砼温升和循环水设施计算及砼浇筑工艺选择循环水管、测温设施、钢筋、模板等安装水管、钢筋等加工智能温度检测仪、水泵等设施安装冷却循环水系统试运行及钢筋等预检隐验及配合比优化温控过程控制砼浇筑、循环水启动砼浇完温控和养护砼检测验收图5.11 工艺流程图5.2主要施工操作要点以河南省义煤集团5000t/d新型干法熟料水泥生产线工程生料粉磨立磨设备基础大体积混凝土为例。该设备基础为20.212.0m，基础底标高为-5.50m，C30砼一次浇筑量为1360m。整个基础均配置双向14200钢筋、呈笼状形式，并在标高-3.5m处设置一道水平钢筋网片。 如图5.21所示。5.2.1砼温升和冷却循环水管、测温点埋设计算(1)砼温升计算 根据经验公式Tmax= To +Q/10 (5.2.11)式中 Tmax-为砼内部的最高升温值; To-为砼浇筑温度。按夏天15天平均气温取30； Q-为C30每立方米砼中PO42.5矿渣水泥用量取368/m，则施工中砼中心最高温升值为：Tmax=30+368/10=66.8（2）冷却循环水管埋设计算图5.2.11立磨基础循环水管道立面示意图1）根据高层建筑施工手册（同济大学版）及热交换原理，每一立方砼在规定时间内，内部中心温度降低到表面温度时放出的热量，等于砼在硬化期间散失到大气中的热量。 2）依据该基础设计尺寸、配筋、埋件、留洞、夏天昼夜气温变化及砼温升梯度等情况，以48冷却循环水管所承担的砼理论降温体积为基准，通过精确计算（计算过程略）确定，冷却循环水管道按照左、中、右三个循环系统进行安装。冷却循环水管安装上下中心距为660mm，左右中心距为1710mm（如图5.2.12所示），三个系统循环水管呈之字形布置。图5.2.12冷却循环水管道安装节点详图（3）温控点布置及安装： 1） 经过计算，对于该基础工程的不同深度的三个冷却循环水系统，设置28处测温点（布置如图5.2.1-3所示）。2）采用WZG-010电阻温度传感器（上海产）作为最基本测温单位，在混凝土上、中、下部位进行埋设，上下传感器中心距混凝土上表和下底300mm，离循环水管大于300mm,安装时传感器与钢筋接触处需用绝缘材料隔离如图5.2.1-4所示，以便准确地监测混凝土的内部温度变化。5.2.2温控过程控制（1）为了准确控制大体积混凝土温差，掌握不同深度处温度变化以及施工阶段早、中期温差的发展规律，在基础一侧设置一台XQC300自动控制仪(上海产)，用以测定铜热电阻温度传感器的电阻变化，并与50型多级水泵的自动电子磁力信号控制系统连接成三个控制回路如图5.2.2-1所示。（2）该智能信号控制系统以基础混凝土内、中、外层温度与混凝土表面温度的温差变化作为控制点。按照现行施工规范要求，大体积混凝土梯度温差不宜大于25；超过252时，智能系统自动启动多级水泵加档增加水流量，以便及时地采取有效而相应措施，控制混凝土梯度温差不超过规范规定的标准：1)控制系统必须使设定温度的分辨率0.1、温度误差率5。2)如果冷却循环水池中水的温度比大体积混凝土中心温度所低值10时，通过补水管道进行水池水温调节，直至到达冷却循环水能够有效地降低混凝土温度为止。冷却循环水池中需设置溢流管或预置小型潜水泵及时排出高温水。3)温控和测温记录必须保证连续进行，将XQC300自动控制仪的自动记录按照下述规定进行人工监控：前七天按照每间隔2小时记录一次；七天后根据砼实际温度差值相应减少测温记录次数，每4小时记录1次；连续进行测温记录时间不少于14天，测温记录有关人负责，发现局部或整体温度升高，及时进行人工调整循环水流速或调整基础面的养护材料，使砼基础中心温度与外界温度的差值不大于。4)大体积混凝土温控和养护时间：按照砼监测温度的差值进行确定，基础表面的养护采用麻袋、草袋、塑料布等材料覆盖。一般情况下砼浇筑从覆盖完第一道循环水管8小时后（即砼开始温升时）开始启动相对应的循环水系统，砼浇筑完成后，当混凝土内外温差连续3天低于规范标准值25时，可停止循环水降温，正常情况下一般为10d左右。冷却循环水停止后，用大体积混凝土同配合比的水泥砂浆将循环水管灌实。义马水泥厂立磨大体积砼214d实测温度变化值如图5.2.22所示。5.2.3配合比及材料控制 （1）水泥的选择：选择质量稳定，含碱量低，强度富余系数大，强度等级为32.5的矿渣水泥比采用硅酸盐水泥所产生的水化热相应来说要低。 （2）粗细骨料的控制：1)粗集料：选用530自然连续级配的不含或少含针片状的碎石,含泥量小于1；2)细集料：细集料的级配也应象粗集料一样，通过实验调整后达到最佳状态。以采用中、粗砂为宜，含泥量小于2。 （3）外加剂选择：外加剂选择必须与水泥有良好的适应性，应根据实验室的要求正确地选择外加剂及其掺量。 （4）超细活性掺合料普通混凝土超细活性料掺合料的选择，按照国家标准采用性能指标等于或好于级的粉煤灰，其掺量一般按照25%控制。 （5）配合比的优化1)砂率的确定：施工当中，按照密实度和流动性两个方面，从中优选出一个最佳值。选用石英含量高、颗粒形状浑圆、洁净、级配良好、细度模数在2.63.2之间的中粗砂,从而保证混凝土工作性能的最优和强度最高。2)胶凝材料用量的确定：外掺剂和粉煤灰的用量，由试验确定。3)施工现场通过上述对原配合比进行调整，得到混凝土的初步施工配合比。按照初步配合比的要求试配混凝土，检验混凝土拌和物的各种性能是否满足要求，如不满足，以调整到满足为止，从中得出施工配合比，从而满足大体积混凝土低水化热、易泵送等工艺要求特点。5.2.4大体积混凝土生产控制（1）计量和搅拌：砼搅拌站按照正式配合比进行搅拌，必须保证精确计量砼原材料,并在生产过程中能对原材料品质均匀性、配合比参数的变化等及时进行控制。在运输到现场时如发现其坍落度不足时，可向混凝土拌合物中加入少量高效减水剂保坍剂或同标号的水泥浆，切忌加水。（2）施工配合比控制：砼强度试块数量应按1d、7d、28d制作同条件和标养试块，以便对外加剂掺量与用水量进行严格要求控制。5.2.5砼浇筑控制（1）采用“一个坡度，薄层浇筑，循序推进，一次到顶的浇筑方法”，尽量缩小砼的暴露面，加大砼的浇筑强度以缩短浇筑时间。（2）浇筑和振捣控制：针对施工条件及现场环境的限制，在施工时严格过程控制，特别注意工序的衔接、振捣方法和浇筑过程中的遮阳措施。为保证新浇筑在底层砼初凝前覆盖，每层浇厚挖制在0.4m之间。大体积砼浇筑斜面分层如图5.2.51所示。 （3）砼泵送时自然形成一个坡度，在浇筑面的上、中、下布置3道振捣棒，确保新老砼结合密实。随着砼浇筑向前推进，振捣棒也相应跟上，保证整个砼浇筑层的质量。如图5.2.52所示。5.2.6大体积砼其它温控措施图5.2.61 工程遮阳篷示例 大体积混凝土在整个施工过程中，重点是从减少砼温升着手，除有效地冷却循环水降温外,必要的常规措施必不可少。如夏季施工在整个砼输送管道上覆盖草袋、在整个基础施工区搭设遮阳棚（如图5.2.61示例照片）等措施，并经常喷洒冷水降低砼输送管的温度，辅助效果也很好。同时还应注重以下几个方面：（1）控制砼的出机温度和浇筑温度：1)砼的原材料温度控制：砼原材料中石子的比热较小，但它在每立方砼中所占的重量较大，砂次之，水泥的温度影响很小，水的比热最大，但它的重量在每立方砼中只占一小部分，因此，对砼出机温度影响最大的是石子及水的温度，所以，最有效的办法是降低石子及水的温度。在气温较高时，为防止太阳的直接照射，对砂、石料场搭设简易遮阳装置，必要时向骨料喷射或使用冷水冲洗骨料；使用井水进行混凝土的拌制也能够降低混凝土的出机温度，这就需依据现场的施工条件而灵活掌握和控制。2)砼出机温度控制：砼从搅拌机出料后，经泵送、浇筑、振捣等工序后的砼温度为浇筑温度，常温情况下，最高入模温度应控制在25，使混凝土凝固时其内部在较低的温度起升点升温。6 材料与设备6.1材料本工法采用的混凝土材料与通常使用的普通混凝土材料一样，施工中除了按照规范要求的材料标准进行控制外，应重点控制可能引起大体积混凝土温升的材料因素见表6.1-1。表6.1-1 大体积砼材料技术标准材料品种或最佳粒径主要成份掺 量水泥矿渣水泥：PO32.5含C3A及碱量低、无氯盐依据试验配合比优化后确定粗集料碎石：530mm连续级配针片状15%、含泥量1%依据试验配合比优化后确定细集料中粗砂：细度模数为2.63.2石英含量高，含泥量2%依据试验配合比优化后确定外加剂高效减水剂减水率25%，无氯化物依据试验配合比优化后确定掺合料级粉煤灰符合国家标准依据试验配合比优化后确定水饮用水依据试验配合比优化后确定6.2机具设备主要机具设备见表6.21所示。表6.2-1 主要机具设备表序号名称型号规格规格数量备 注1振捣器（插入式）ZX-506套混凝土振捣2振动器（平板式）-1台混凝土振捣3砼输送泵HBT60C1台混凝土输送4循环水管普通碳钢管48、80计算确定冷却循环水输送系统5智能PRC温度控制仪XTRM-42X-15/G系列3套温度变化监测6自动电子磁力信号控制系统计算确定3套信号自控系统7变频电机及多级水泵-3台循环水变级供水8热偶传感器JDC-284根混凝土温度监测7 质量要求控制本工程质量控制应达到设计要求，符合现行国家施工验收规范外，还须采取下列相关措施：7.1砼温差计算控制 7.1.1大体积砼温差值必须根据工程特点、人材机和环境条件等因素来计算确定。通常情况下，可根据已施工的大体积砼的现场实测升温、降温数据资料修正后得出。7.1.2在计算最高温升值时，以单位水泥用量及砼浇筑温度为主要因素，精确进行计算来确认，同时要考虑施工期间环境气候对其的影响。7.2冷却循环水管和测温点设置计算控制 7.2.1冷却循环水管规格大小、设置间距和分层系统、测温点布置以及采用水泵大小等的确定，要考虑以下因素： (1）循环水管接触面砼的热阻系、比热、导热系数及其修正值； (2）砼的体积，砼与循环水接触的表面面积； (3）所用水泥品质、水泥水化热释放的速度、砼维持到最高温度的延续时间及砼在指定期龄内水泥的水化热取值标准、砼的初凝和终凝的时间；(4）热交换所需冷却循环水流量和阻抗等。7.3冷却循环水管和传感器安装控制7.3.1如果冷却循环水管在大体积砼内部充当钢筋网片的支撑系统，必须对所用管的刚度和强度有较高的要求标准，一般情况下，只考虑水的压力、新浇砼的压力及振捣棒对其的震动力。尤其是弯管和焊缝等处，必须严格按照标准进行验收。7.3.2管道安装完成后必须进行试压和试运行，以便于及时整改所出现的问题。7.3.3所用管道必须是没有经过防腐处理，并且要将铁锈等清除干净，便于与砼粘结。7.3.4电阻传感器的安装必须严格按照要求进行，绝缘效果、与钢筋或埋件的间距要控制得当，避免所测定的温度忽大忽小而失真。7.3.5传感器预置导线安装完成后，必须进行测试调整。 7.4砼施工控制 7.4.1配合比质量控制 (1)采用低水化热的矿渣水泥，标号不低于PO32.5级。 （2）最大水泥用量550/m。 （3）外加剂不含氯离子，且达到和超过砼浇筑工艺所要求的初凝时间参数。 （4）砼坍落度测定每工作班不少于二次。 （5）砼配合比同时符合泵送工艺的相关规定。7.4.2砼计量质量控制 混凝土拌制应根据配合比，对水泥、砂、石、水、外加剂严格计量，检查内容为： (1)拌制混凝土时，必须进行开盘鉴定，确定电子自动控料系统的精确度，并定期校核其准确性。 (2)水泥、水、外掺混合料、外加剂重量允许偏差2，粗细骨料允许偏差3。 (3)根据气候干湿的变化和气温高低的变化，应适时测定砂、石的含水率和调整配合比。7.4.3砼拌制质量控制 (1)拌制程序：拌料程序：砂水泥石子外加剂水。 (2)混凝土搅拌的最短时间：混凝土搅拌时间过短，不能获得高质量的拌和物，为此必须控制搅拌时间，搅拌最短时间不能少于90S。7.4.4混凝土运输质量控制运送混凝土宜采用搅拌运输车，容器应严密，内壁平整光洁，粘附的残渣应经常清理。 (1)延续时间:混凝土从搅拌机中卸出到浇筑完毕的延续时间不得超过下表规定。因为运输时间长，浇筑后很快凝结，使连续浇筑接茬质量不能保证。混凝土运至浇筑地点，应符合原规定的坍落度，如有离析现象，必须进行第二次搅拌，才能浇筑，一般普通混凝土延续时间按照表7.4.4-1控制。表7.4.4-1 混凝土延续时间（）混凝土强度等级延 续 时 间气温低于25气温高于25C30及C30以下12090C30以上9060 注：大体积砼的浇筑为避免产生施工冷缝,初凝时间需相应延长,一般在3h左右，这就需根据工程特点、现场条件、砼所掺外加剂性能通过试验配比确定。(2)泵送混凝土的供应必须保证混凝土泵能连续工作，混凝土泵受料斗内应充满混凝土，以防止吸入空气形成阻塞，混凝土泵允许中断时间一般不得超过45min。7.4.5混凝土浇筑质量控制（1）浇筑前的准备1)对模板、支架、循环水温控系统、钢筋、预埋螺栓、预埋铁件的质量、数量、位置逐一检查，并作好相关验收记录。 2）与混凝土直接接触的模板、垫层，应清除淤泥和杂物，用水湿润，基础基底应有排水措施，模板中的缝隙和孔洞应堵严。 3）混凝土自由倾落高度不应超过2m。 4）根据工程需要和气候特点，应准备好抽水设备、防雨、防暑、防寒等物品。 （2）浇筑过程中质量要点1）混凝土浇筑应连续进行，应根据工程结构特点、配筋情况、振捣方法而定，不得超过振捣器的有效作用半径。2)施工缝设置和继续浇筑：大体积混凝土除了设计有要求外，一般不允许留设施工缝，如出现施工缝，应清除掉混凝土表面水泥薄膜和松动石子或软弱混凝土层，并加以湿润和冲洗干净，不得积水，施工缝处宜先铺水泥浆或与混凝土成份相同的水泥砂浆，方可继续浇筑混凝土。3)砼浇筑过程中要注意保护冷却循环水管道、热传感器及其导线等设施，振捣棒不要直接碰砸或撬震这些设施。7.4.6混凝土养护控制 为使混凝土达到设计强度要求和防止产生裂缝，除对浇筑好的混凝土进行内部循环水温控降温外,表面要进行常规养护,养护时间不少于14d。8 安全措施 在施工过程中,要严格按照安全生产法、建筑安全检查标准（JGJ59-99）等有关安全规程和规定执行，并采取如下措施：8.1建立健全安全保证体系，建立以项目经理为首的安全责任制，并设置专职安全员。8.2施工前，对施工人员进行安全技术交底，使所有人员熟悉所施工项目的安全情况。8.3严格执行安全操作规程，正确配置和使用安全防护用品，使检查制度化，做到不违章作业和不违章指挥。8.4根据施工组织设计或专项施工方案制定不同施工阶段的安全防护方案,采取有效的安全防护措施,报有关部门批准后认真实施，加强操作人员的安全教育，并作好以防意外的安全应急预案。8.5作好施工现场的围护和安全警示，禁止非工作人员进入施工区域。8.6服从统一调度,听从统一指挥。8.7做到工完料净场地清，搞好现场文明施工。9 环保措施9.1噪音排放合理安排、控制作业时间。对搅拌站进行封闭，把机器运转噪声降至最低限度。混凝土振动器选择低噪音振动棒。对钢筋的加工棚进行封闭，噪音大的钢筋作业尽量安排在白天。木工电锯、砂轮切割机等噪音较大的小型设备在搭建临时房内作业。模板的搬运、码放要轻拿轻放，拆除时，禁止将大面积模板直接撬除，要逐块进行，禁止将模板撬掉直接坠落在楼面上，应人工递到至楼面。9.2现场无扬尘场区硬化道路安排专人每天进行清扫、洒水，经常保持湿润状态，防止尘土荡漾。水泥设封闭式水泥库，并当天使用当天清扫。建筑垃圾清运时，要先洒水，后清扫，垃圾集中成堆后，装袋后方可运输。混凝土搅拌机后台上料时，砂、石、水泥倾倒要缓慢进行，尽量减少粉尘外扬。9.3光污染夜间控制作业时间，焊接作业尽量安排在白天进行。如果必须在室外进行夜间焊接，在焊接地点要加设挡板遮挡强光。9.4杜绝施工现场火灾气焊、气割作业及电弧焊切割钢筋时，操作者应携带一桶消防用水，放置在操作地点。木工房每次下班将锯末刨花清理干净。9.5合理处理固体废弃物建筑垃圾和生活垃圾分类入池。木工作业废料、金属废弃物，包装材料及时收集，能二次利用的进行再利用，不能二次使用能出售的废料进行分类入池存放，分别处理。9.6生产及生活废水排放控制混凝土搅拌机冲水施工废水的流向，使其流入沉淀池存放，分别处理。9.7不使用含有有害物质的建筑材料设备保养，维修产生的废机油合理存放。9.8最大限度地节能降耗施工生产用水，现场生活用水做到最大限度的节约。室外施工照明，作业结束或天亮后及时关闭照明灯。室外照明灯具做到人走灯灭。9.9环境保护对所有作业人员进行环境保护方面的知识教育，保护好周边环境，做到文明施工，确保施工安全。10 效益分