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混凝土温度控制措施探讨

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摘要:由于施工成本的限制或拌合机械的故障,部分工程在生产混凝土时无法进行混凝土骨料预冷或预冷效果不佳。此时,较高的入仓温度会对混凝土的温度生长产生较大影响。通过无线测温系统实时在线监测某泵站工程混凝土的温度发展,发现高温入仓极大地加速了混凝土浇筑早期的温升速率,使温度急剧上升,弱化了温控措施的效果,导致混凝土实际达到的最高温度及达到最高温度的时间相较于预期偏高偏早。同时,在混凝土温降阶段的温度降幅也较预期偏大,不利于混凝土的温度控制。因此,当提高混凝土的入仓温度无法避免时,需相应调整混凝土温控措施,更换导热系数更小的保温材料。

关键词:入仓温度;最高温度;温升速率;温降速率;温控措施

在国内诸如溪洛渡、白鹤滩等大型水利枢纽工程施工过程中,为了控制混凝土浇筑仓的最高温度,均选择使用全年预冷的混凝土骨料,入仓温度控制在12℃。而对于部分中小工程来说,由于施工成本的限制或者施工机械的故障,混凝土往往以一个较高的温度入仓。那么混凝土高温入仓又会对其温度发展以及相应的温控措施带来怎样的影响。王甲春等[1-3]从混凝土的绝热温升试验入手,进行了不同入模温度条件下的混凝土室内绝热温升试验,通过对比发现了高温入模会极大地促进水泥水化热反应速率,使得水泥水化完全的时间大大提前。同时,高温入模对低强度混凝土的绝热温升值影响不大,但可以降低高强度混凝土的绝热温升值。凌道盛等[4-7]则运用多种三维有限元分析软件对不同入仓温度下混凝土的温度发展进行了仿真计算和分析,发现高温入仓之后,混凝土中心处的最高温度升高,温升速率加大,混凝土达到最高温度的时间大大提前。同时,温度峰值过后的温降速率也增大,温度下降更快,不利于混凝土的温度控制。然而,实际施工过程中混凝土的温度受多种因素的影响,与实验室中以及计算机仿真中的混凝土温度存在一定差异。而以上研究缺乏实际工程案例的数据支撑,因此本文将结合某泵站工程混凝土的浇筑,采用实时在线监测混凝土温度的方法来反映高温入仓对混凝土温度发展以及温控措施的影响。

1工程概况

某泵站工程位于长江中游干流北岸,是该流域分蓄洪区的重要组成部分,也是长江中下游整体防洪的重要组成部分。该工程设计排水流量为90m3/s,总装机容量3×2800kW。该枢纽工程属Ⅱ等工程,由主泵房、副厂房、安装间、出口防洪闸、两岸连接建筑物、站前拦污栅桥、进出口翼墙、进出口引水渠道、出水渠交通桥等建筑物组成。其主泵房水泵层结构包括进口闸墩、进口流道以及主泵房空箱3部分。现从底板高程开始分3层一次性浇筑到1795m的进口流道和主泵房空箱段高程,混凝土标号为C25,混凝土方量约2000m3。由于在施工过程中混凝土拌合机械出现故障,再加上环境温度较高,温度回升加剧,最终的混凝土入仓温度为30℃。为了解混凝土浇筑后的温度变化,同时分析高温入仓对混凝土温度的影响,本工程采用JDC-Ⅰ型大体积混凝土无线测温系统来监测混凝土温度生长情况。

2JDC-Ⅰ型大体积混凝土无线测温系统

a)无线测温系统简介。无线测温系统由用户计算机、计算机端监测软件、无线数传(电源系统、数据接收)、接收天线、现场数据采集器、发射天线、传感器组成。系统测量范围:-20℃~120℃,测温精度:±1℃,数据采集器到传感器长度:0~60m,测温点数:64个。b)无线测温系统的优势。①采用无线控制,大大减少了现场布线的繁琐性;②传感器的一致性好、精度高、可靠性好,多个传感器可用一台仪表来读取温度,成本较低;③能对多个测点进行监测和控制,具有温差报警功能;④发射器抗干扰性好,传输距离远;⑤接收点与测量点无直接联系,不受环境的影响;⑥在线测量、实时监测、定时测温,免除设备维护的程序;⑦能自动记录和保存各测点的温度数据和曲线记录,并提供历时曲线查询,方便于数据的处理和分析。c)传感器埋设方案。水泵层混凝土分3层连续浇筑,为保证测温的稳定性以及尽量减少外界因素的影响,将测温传感器埋设在第二层混凝土浇筑层中。又由于在3个进水流道下游有连续分布的空腔结构,易受气温影响而产生温度裂缝,故将6个传感器对称埋设在3个流道靠下游部。d)现场埋设。在混凝土开始浇筑前一天将6个传感器按图1所示预埋在指定位置。为防止传感器在混凝土浇筑过程中出现位置偏离,同时防止在混凝土振捣过程中电线被振捣棒打断,故将传感器绑扎在钢筋上。同时,在传感器前端预留一部分长度,使传感器与钢筋分离,避免对测温造成影响。

3数据处理与分析

3.1数据处理

根据混凝土温度生长的特性,为较为准确地记录混凝土的关键温度数据,本次监测在取值时间上采取“由密到疏”的方法,即温升阶段和早期温降阶段05h采集1次;温度降幅较为稳定时1h采集一次;混凝土温度趋近于稳定时2h采集一次,即提取6个传感器处混凝土开始浇筑到温度趋于稳定时的温度数据。由于施工过程中工人操作的不当,20、2、4、14号4个传感器逐次被打断。

3.2数据分析

3.21最高温度分析

考虑温度对水泥水化反应的影响,朱伯芳院士提出了“全量型表达式”[8]。

3.22温升速率分析

经验表明,式(1)右边取一项即可较好满足精度要求。18号点达到最高温度的时间早于12号点和14号点(18号点更靠近边墙,更容易受到气温的影响),说明当环境温度较高时,可以进一步提高混凝土中水泥的水化反应速率。A、B两点的最大时温升速率和最大12、14号和18号3点的最大时温升速率和最大日温升幅度均发生在浇筑完成后的第1天,并且12、18号点均在浇筑完成后第2天达到最高温度,14号点在浇筑完成后51h达到最高温度。剔除环境温度和浇筑顺序的影响后,说明高温入仓时,混凝土的早期温升速率将大幅提升。当计划入仓温度为25℃时,混凝土中心计算达到最高温度的时间在浇筑完第5d左右;而实际入仓温度在30℃时,混凝土中心实测达到最高温度的时间为浇筑完第2天,水泥水化反应完成时间提前了60%。

3.23内外温差分析

在监测过程中,混凝土最大内外温差发生在8月3日17:00时。当时,12、14、18号3处的监测温度分别为675、655、674℃。而经过人工测量,此时的混凝土表面温度为429℃,最大内外温差为246℃,虽不超过25℃[9],但也非常接近。这是因为高温入仓极大地加快了混凝土的温升速率,弱化了通水冷却的效果,使得混凝土内部很快达到了最高温度。而此时混凝土表面处在流水养护和仓面喷雾养护的状态下,温度得到了很好的控制。故最大温差发生在混凝土内部温度达到最高温度时段附近。

3.24温降速率分析

根据实测数据,12号点的最大日温降速率为29℃/d,18号点的最大日温降速率为32℃/d,14号点虽未统计完全,但日温降速率也有28℃/d,均超出20℃/d的要求范围[9]。最终经过统计,12号点日降温速率超过20℃/d的天数有8d,而18号点日降温速率超过20℃/d的天数为11d。由此可见本工程的温降速率偏大,容易因为过大的温度差而产生温度裂缝。虽然经事后检验混凝土并未出现裂缝,但仍应引起重视。

3.25温控措施分析

本工程选用通水冷却加流水养护的冷却方案和覆盖保温棉毡的温控措施。冷却水管布置一层,采用断面615mm2的DN30钢管,影响半径750mm,布管约250m。采用循环通水的方式来防止进出水口温差过大,同时进水口水温保持在20℃~30℃之间。混凝土浇筑完成时即开始通水冷却,同时仓面开始喷雾降温,待仓面混凝土初凝后即开始仓面流水养护[10—11]。用3mm厚的保温棉毡覆盖混凝土浇注块体的边墙,减少混凝土边墙的散热,防止降温过快产生裂缝。在监测过程中发现温降幅度偏大后,在8月7日及时调整温控措施,提高通水温度和减小通水流量。但由于混凝土温度与环境温度相差较大,向环境散热成为主要的降温原因,所以降低温降幅度的效果不太明显,之后的日降温幅度仍超过20℃。因此,如果要严格控制日降温幅度不超过20℃,必须更改保温方案,将保温毯更换为保温效果更好的保温材料,覆盖在混凝土边墙上,减少混凝土浇注块每天向周围环境散发的热量,延长散热过程。

4结语

混凝土高温入仓之后,其达到最高温度的时间大幅提前,在不调整通水条件的情况下,通水冷却的削峰效果减弱,混凝土的最高温度也相应增加。在温降阶段,混凝土早期的温降速率也大幅提高,在相当长的时间内超过了规范的建议值。因此,实际工程中应尽量避免混凝土高温入仓,尽可能选择在夜间进行浇筑或采取措施降低拌合料的温度。当高温入仓无法避免时,为了保证不会出现温差过大而导致裂缝的情况,应当更改温控方案,在适当提高通水温度并加大通水流量的基础上,替换导热系数更小、保温效果更好的保温材料,减少单位时间内高温的混凝土浇注块体与环境的热交换,延长混凝土浇注块体的散热过程。

参考文献:

[1]王甲春,阎培渝混凝土绝热温升的影响因素[J]混凝土与水泥制品,2005(3)

[2]沈凡,吕寅,赵明宇,等入模温度对大体积混凝土胶凝材料体系水化放热特性的影响研究[J]混凝土,2014(9)

[3]刘方琼,杜应吉,赵永兴多因素影响下混凝土绝热温升计算模型研究[J]人民长江,2016,47(7)

[4]凌道盛,许德胜,沈益源混凝土中水泥水化反应放热模型及其应用[J]浙江大学学报(工学版),2005,39(11)

[5]王军玺,王晖大体积混凝土温度场有限元分析[J]人民黄河,2010,32(5)

[6]李潘武,曾宪哲,李博渊,等浇筑温度对大体积混凝土温度应力的影响[J]长安大学学报(自然科学版),2011,31(5)

[7]谌超,刘松,邓华伟,等大体积混凝土温度及温度应力影响因素研究[J]材料导报,2015(S2)

[8]朱伯芳考虑温度影响的混凝土绝热温升表达式[J]水力发电学报,2003(2)

[9]大体积混凝土工程施工规范:GB50496—2012[S]

[10]朱伯芳小温差早冷却缓慢冷却是混凝土坝水管冷却的新方向[J]水利水电技术,2009(1):44-50

[11]张国新,刘毅,李松辉,等"九三一"温度控制模式的研究与实践[J]水力发电,2014,33(2)

作者:杨靖;何伟 单位:三峡大学水利与环境学院

混凝土温度控制措施探讨责任编辑:张雨    阅读:人次