CN115142695A - 一种大体积混凝土温度匹配养护方法 - Google Patents

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Abstract

本申请公开了一种大体积混凝土温度匹配养护方法，包括：冷却水循环系统的设计；拌制并浇筑混凝土；每层循环冷却水管被混凝土覆盖并振捣完毕一定时间后，可启动该层冷却水管通水进行冷却水循环；当混凝土浇筑完成后，观测混凝土凝结硬化情况，初凝后立即在混凝土构件顶部覆盖塑料薄膜，并按照混凝土构件顶面的面积S大小，控制冷却水循环系统的储水箱容积V及抽取储水箱的循环水量。本申请通过内部冷却水降温，外部冷却循环水蓄水保温的方式，可有效控制大体积混凝土构件的内外温差和降温速率，内外温差显著低于现有规范和技术的25℃控制要求，降温速率显著低于现有规范和技术的2‑3℃/d控制要求，克服了现有技术大体积混凝土出现裂缝的问题。

Description

一种大体积混凝土温度匹配养护方法
技术领域
本申请属于混凝土施工质量控制技术领域，具体涉及大体积混凝土的温度匹配养护方法。
背景技术
混凝土材料因具有良好的工作性、强度、耐久性等性能而被广泛应用于工程建设中。水泥作为混凝土的关键组成部分，具有水化放热的特点，会导致大体积混凝土产生较大的温升，形成内表温差，从而导致大体积混凝土构件温度应力，产生温度裂缝，对工程结构耐久性产生不利影响。
为了降低大体积混凝土内外温差，目前多采用在混凝土内部布置冷却水管降温的方法。冷却水管降温在一定程度上降低了混凝土的内部温度峰值，但在降温阶段，会引起混凝土降温速率较快，导致混凝土产生温度裂缝；另一方面，采用该方法的冷却循环后的水多直接排放，造成水资源浪费。目前有关国家和行业规范均对大体积混凝土内外温差提出了明确控制要求，要求大体积混凝土内外温差不大于25℃，降温速率为不大于2-3℃/d，但实际工程中采用冷却循环水的大体积混凝土温差常常会超过25℃限值，降温速率也会超过2-3℃/d限值，由此导致大体积混凝土出现温度裂缝，同时受结构约束内应力作用，即使温差控制在25℃内以及降温速率不大于2-3℃/d，也会产生一定的温度应力，导致混凝土开裂。因此，现有的大体积混凝土冷却水管降温技术不能满足温度裂缝控制需求，需探索控制大体积混凝土裂缝的新方法，进一步降低混凝土内外温差和降温速率，降低大体积混凝土温度应力，有效控制混凝土的温度裂缝。
发明内容
针对上述现有技术的缺点或不足，本申请要解决的技术问题是提供一种大体积混凝土温度匹配养护方法，其通过采用冷却循环水作为大体积混凝土表层蓄水养护用水，达到温度匹配养护，保证大体积混凝土内表温度同步，有效控制混凝土内表温差和温度应力，将大体积混凝土差控制在15℃以内，混凝土降温速率控制在1℃/d以内，可有效控制大体积混凝土温度应力，保证大体积混凝土在施工过程中不会产生温度裂缝，保证工程质量。
为解决上述技术问题，本申请通过以下技术方案来实现：
本申请提出了一种大体积混凝土温度匹配养护方法，包括：
冷却水循环系统的设计；
拌制并浇筑混凝土；
每层循环冷却水管被混凝土覆盖并振捣完毕一定时间后，可启动所述冷却水循环系统对该层冷却水管通水，进行冷却水循环；
当混凝土浇筑完成后，观测混凝土构件顶面的混凝土凝结硬化情况，混凝土构件顶部初凝后立即在混凝土构件顶部覆盖塑料薄膜，并按照混凝土构件顶面的面积S大小，控制冷却水循环系统的储水箱容积V以及抽取储水箱的循环水量。
可选地，上述的大体积混凝土温度匹配养护方法，其中，当500m2＜S≤1000m2时，冷却水循环系统的储水箱容积为：17m3＜V≤20m3，从构件顶部混凝土初凝起，每1.5小时采用水泵从冷却循环系统的储水箱中抽取1.5m3冷却循环水，排放于混凝土构件的顶部；
当100m2＜S≤500m2时，冷却水循环系统的储水箱容积为：14m3＜V≤17m3，从构件顶部混凝土初凝起，每1.5小时采用水泵从冷却循环系统的储水箱中抽取1.0m3冷却循环水，排放于混凝土构件的顶部；
当50m2＜S≤100m2时，冷却水循环系统的储水箱容积为：11m3＜V≤14m3，从构件顶部混凝土初凝起，每1.5小时采用水泵从冷却循环系统的储水箱中抽取0.5m3冷却循环水，排放于混凝土构件的顶部；
当25m2＜S≤50m2时，冷却水循环系统的储水箱容积为：8m3＜V≤11m3，从构件顶部混凝土初凝起，每1.5小时采用水泵从冷却循环系统的储水箱中抽取0.25m3冷却循环水，排放于混凝土构件的顶部；
当10m2＜S≤25m2时，冷却水循环系统的储水箱容积为：5m3＜V≤8m3，从构件顶部混凝土初凝起，每1.5小时采用水泵从冷却循环系统的储水箱中抽取0.05m3冷却循环水，排放于混凝土构件的顶部。
可选地，上述的大体积混凝土温度匹配养护方法，其中，抽取冷却循环水结束后，立即向冷却水循环系统的储水箱里补充相应的冷却水，补充的冷却水量与抽取的冷却循环水量相同，补充水的水温与大气温度相同。
可选地，上述的大体积混凝土温度匹配养护方法，其中，冷却水循环系统和抽冷却循环水覆盖混凝土构件顶面的运行持续时间为7-10d，并连续监测混凝土的中心点和表层的温度。
可选地，上述的大体积混凝土温度匹配养护方法，其中，所述冷却水循环系统包括：分水器、储水箱、水泵以及混凝土内埋置的冷却水管等。
可选地，上述的大体积混凝土温度匹配养护方法，其中，所述冷却水管为钢管或采用PPR(pentatricopeptide repeats，无规共聚聚丙烯)、PVC(Polyvinyl chloride，聚氯乙烯)、PB(Polybutene，聚丁烯)、PE-RT(Polyethylene of raised temperature resistancepipe，耐热聚乙烯)、PE(Polyethylene，聚乙烯)或HDPE(High Density Polyethylene，高密度聚乙烯)制成的塑料管，其中，所述钢管的管壁厚度为2-3mm，所述塑料管的壁厚为3-4mm。
可选地，上述的大体积混凝土温度匹配养护方法，其中，冷却水管进水流量为0.8-1.5m3/L，冷却水管直径为30-50mm，冷却水管间距为0.3-1m。
可选地，上述的大体积混凝土温度匹配养护方法，其中，每组冷却水管的循环回路长度不超过200m，相邻两组冷却管之间的水平间距不超过1000mm，竖向间距800～1000mm。
可选地，上述的大体积混凝土温度匹配养护方法，其中，所述冷却水循环系统还包括：温度传感器，分别在所述混凝土构件1/2断面的中心点和距离表层50mm布置所述温度传感器。
可选地，上述的大体积混凝土温度匹配养护方法，其中，制作混凝土模板，采用钢材或木材制作混凝土模板，钢板的厚度为2-3mm，木板的厚度为3-5mm，模板高度应比所述混凝土构件顶面高出1-2m，并对高出模板的接缝进行密封处理。
与现有技术相比，本申请具有如下技术效果：
本申请通过内部冷却水降温，外部冷却循环水蓄水保温的方式，可有效控制大体积混凝土构件的内外温差和降温速率，内外温差显著低于现有规范和技术的25℃控制要求，降温速率显著低于现有规范和技术的2-3℃/d控制要求，克服现有技术大体积混凝土出现裂缝的技术问题。
本申请克服常规的混凝土构件土工布直接覆盖或覆水养护的不足，通过采用经过调控的冷却循环水用于混凝土构件的养护，能够保证混凝土结构表面的温度与内部温度同步增长，保证在整个养护期间混凝土结构表面与内部温度实现同步变化，有效控制大体积混凝土的内表温差和降温速率过快。
由于本申请采用冷却循环水进行养护用水，避免了冷却循环水通常直接排放，实现的水资源的循环重复利用，对环境友好，具有良好经济和社会效益。
附图说明
通过阅读参照以下附图所作的对非限制性实施例所作的详细描述，本申请的其它特征、目的和优点将会变得更明显：
图1：本申请一实施例大体积混凝土温度匹配养护方法的流程图；
图2：本申请一实施例中冷却水循环系统的结构示意图；
图3：本申请一实施例中混凝土构件表面温度与内部温度实现同步变化图；
图4：现有技术中混凝土构件表面温度与内部温度变化图；
图5：本申请一实施例中冷却水平面布置图。
具体实施方式
下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
如图1和图2所示，在本实施例中，一种大体积混凝土温度匹配养护方法，包括：
冷却水循环系统的设计；
拌制并浇筑混凝土；
每层循环冷却水管被混凝土覆盖并振捣完毕1-2h后，可启动所述冷却水循环系统对该层冷却水管通水，进行冷却水循环；
当混凝土浇筑完成后，观测混凝土构件顶面的混凝土凝结硬化情况，混凝土构件顶部初凝后立即在混凝土构件顶部覆盖塑料薄膜，并按照混凝土构件顶面的面积S大小，控制冷却水循环系统的储水箱容积V以及抽取储水箱的循环水量。
如图2所示，在上述的冷却水循环系统设计中，通过冷却水循环系统降低大体积混凝土内部温度，所述冷却水循环系统包括：分水器30、储水箱10、水泵20以及混凝土内埋置的冷却水管，其中，所述水泵20给所述储水箱10的冷却水循环提供动力，所述储水箱10还通过软管40与分水器30连通，其中，该分水器30上还设有转子流量计31和开关32；在所述分水器30的支路上还设有多个进水口和多个出水口，其中所述出水口通过软管40将水再次循环至所述储水箱10。进一步优选地，所述储水箱10的容积为5-20m3。
其中，所述冷却水管为钢管或采用PPR、PVC、PB、PE-RT、PE或HDPE制成的塑料管，其中，所述钢管的管壁厚度为2-3mm，所述塑料管的壁厚为3-4mm。
在其中一实施例中，冷却水管进水流量为0.8-1.5m3/L，冷却水管直径为30-50mm，冷却水管间距为0.3-1m。
可选地，每组冷却水管的循环回路长度不超过200m，相邻两组冷却管之间的水平间距不超过1000mm，竖向间距800～1000mm。
进一步地，在其中一实施例中，所述冷却水循环系统还包括：温度传感器，分别在所述混凝土构件1/2断面的中心点和距离表层50mm布置所述温度传感器。
在进一步涉及的混凝土温度匹配养护控制方法中，具体包括：
步骤一：制作混凝土模板，采用钢材或木材制作混凝土模板，钢板的厚度为2-3mm，木板的厚度为3-5mm，模板高度应比混凝土构件顶面高出1-2m，并对高出模板的接缝进行密封处理，可采用橡胶止水条进行粘贴封闭。
步骤二：布置冷却水管和温度传感器，冷却水管采用螺纹连接，分别在构件1/2断面的中心点和距离表层50mm布置温度传感器。
步骤三：根据构件尺寸大小，选择储水箱容积，储水箱的容积为5-20m3，向冷却水循环系统的储水箱中注水，水温与大气温度相同，启动水泵20进行冷却水循环，进行压水试验，防止管道漏水或阻水。
步骤四：拌制并浇筑混凝土，浇筑混凝土时避免损坏冷却水管和测温传感器。
步骤五：每层循环冷却水管被混凝土覆盖并振捣完毕1-2h后，即可启动冷却水循环系统对该层冷却水管通水，进行冷却水循环。
步骤六：当混凝土浇筑完成后，观测混凝土构件顶面的混凝土凝结硬化情况，混凝土构件顶部初凝后立即在混凝土构件顶部覆盖塑料薄膜，并按照混凝土构件顶面的面积S大小，控制冷却水循环系统的储水箱容积V以及抽取储水箱的循环水量：
其中，当500m2＜S≤1000m2时，冷却水循环系统的储水箱容积为：17m3＜V≤20m3，从构件顶部混凝土初凝起，每1.5小时采用水泵20从冷却循环系统的储水箱中抽取1.5m3冷却循环水，排放于混凝土构件的顶部；
当100m2＜S≤500m2时，冷却水循环系统的储水箱容积为：14m3＜V≤17m3，从构件顶部混凝土初凝起，每1.5小时采用水泵20从冷却循环系统的储水箱中抽取1.0m3冷却循环水，排放于混凝土构件的顶部；
当50m2＜S≤100m2时，冷却水循环系统的储水箱容积为：11m3＜V≤14m3，从构件顶部混凝土初凝起，每1.5小时采用水泵20从冷却循环系统的储水箱中抽取0.5m3冷却循环水，排放于混凝土构件的顶部；
当25m2＜S≤50m2时，冷却水循环系统的储水箱容积为：8m3＜V≤11m3，从构件顶部混凝土初凝起，每1.5小时采用水泵20从冷却循环系统的储水箱中抽取0.25m3冷却循环水，排放于混凝土构件的顶部；
当10m2＜S≤25m2时，冷却水循环系统的储水箱容积为：5m3＜V≤8m3，从构件顶部混凝土初凝起，每1.5小时采用水泵20从冷却循环系统的储水箱中抽取0.05m3冷却循环水，排放于混凝土构件的顶部。
其中，抽取冷却循环水结束后，立即向冷却水循环系统的储水箱里补充相应的冷却水，补充的冷却水量与抽取的冷却循环水量相同，补充水的水温与大气温度相同。
还需需要说明地是，冷却水循环系统和抽冷却循环水覆盖混凝土构件顶面的运行持续时间为7-10d，并连续监测混凝土的中心点和表层的温度。
以下将通过具体实施例对具体实现方式进行详细说明。
1、本实施例的材料与器具
(1)混凝土构件尺寸：长为10m，宽为8m，高度为2m。
(2)冷却水循环系统：制作冷却水管系统，储水箱的容积为12m3，在混凝土竖向中部布置二层冷却水管，竖向间距为0.8m，冷却水管直径为40mm，冷却水管间距为0.8m，冷却水管进水流量为1.0m3/L。冷却水平面布置如图5所示。
(3)混凝土配合比：采用C45混凝土，混凝土配合比如表1所示。采用强度等级为42.5普通硅酸盐水泥；5-31.5mm连续级配碎石；细度模数2.4的中砂；Ⅱ级粉煤灰；S95矿渣粉；减水率25％的高性能减水剂。
表1混凝土配合比(kg/m3)
水泥 粗骨料 细骨料 粉煤灰 矿渣粉 减水剂 水
290 1102 675 113 50 4.51 162
(4)混凝土搅拌机：2m3混凝土搅拌机。
(5)混凝土振捣设备：ZN50型混凝土振动棒。
(6)温度检测设备：采用无线传输混凝土温度监测设备。
(7)土工布：厚度为15mm。
2、实施例步骤
(1)模板制作
采用厚度为3mm的钢板制作模板，模板比构件顶面高出1.0mm，并采用止水胶带将模板的接缝粘贴密封，防止水渗漏。
(2)温度传感器布置
在构件1/2横断面，分别在构件中心位置和表层以内50mm位置布置温度传感器测点。
(3)混凝土浇筑
采用水泥等原材料，按照表1的配合比拌制混凝土，浇筑长为10m，宽为8m，高度为2m的大体积混凝土。
(4)冷却水管系统
布置冷却水管系统，冷却水管采用螺纹连接，每层循环冷却水管被混凝土覆盖并振捣完毕1-2h后，即可对该层冷却水管通水，进行冷却水循环，实施例1、实施例2、实施例3和实施例4的通水时间分别为2h、1.6h、1.3h和1h。
(5)混凝土养护
混凝土养护分为常规养护和温度匹配养护两种方式。常规养护为混凝土构件顶部混凝土初凝后采用双层土工布覆盖洒水养护。温度匹配养护为持续将冷却水循环水覆盖于混凝土顶部，构件顶面混凝土初凝后，每1.5小时采用水泵20抽取冷却循环系统的储水箱中0.5m3的水，排放到混凝土构件的顶面，持续时间为7d。
(6)混凝土温度检测结果
在气温为10℃、15℃、25℃和30℃情况下，分别测试常规养护和温度匹配养护两种工况条件下的混凝土的最大内表温差和降温速率，测试结果如表2、表3、图3以及图4所示。
表2混凝土最大内表温差测试结果(℃)
Figure BDA0003790647140000091
表3混凝土降温速率测试结果(℃/d)
实施例 气温(℃) 降温后第1天 降温后第2天 降温后第3天 降温后第4天
对比例1 10 3.5 3.8 3.9 4.5
实施例1 10 0.3 0.3 0.3 0.3
对比例2 15 3.8 4.0 4.2 4.6
实施例2 15 0.4 0.4 0.4 0.4
对比例3 25 4.1 4.5 4.7 5.1
实施例3 25 0.6 0.6 0.6 0.6
对比例4 30 4.5 4.8 5.2 5.5
实施例4 30 0.7 0.7 0.7 0.7
通过上述表2对比分析可知，本实施例采用冷却循环水作为大体积混凝土表层蓄水养护用水，达到温度匹配养护，保证大体积混凝土内表温度同步，有效控制混凝土内表温差和温度应力，将大体积混凝土内表温差控制在15℃以内，降温速率控制在1℃/d以内，可有效控制大体积混凝土温度应力，保证大体积混凝土在施工过程中不会产生温度裂缝，保证工程质量。因此，本申请具有广阔的市场应用前景。
以上实施例仅用以说明本申请的技术方案而非限定，参照较佳实施例对本申请进行了详细说明。本领域的普通技术人员应当理解，可以对本申请的技术方案进行修改或等同替换，而不脱离本申请技术方案的精神和范围，均应涵盖在本申请的权利要求范围内。

Claims (10)

1.一种大体积混凝土温度匹配养护方法，其特征在于，包括：
冷却水循环系统的设计；
拌制并浇筑混凝土；
每层循环冷却水管被混凝土覆盖并振捣完毕一定时间后，可启动所述冷却水循环系统对该层冷却水管通水，进行冷却水循环；
当混凝土浇筑完成后，观测混凝土构件顶面的混凝土凝结硬化情况，混凝土构件顶部初凝后立即在混凝土构件顶部覆盖塑料薄膜，并按照混凝土构件顶面的面积S大小，控制冷却水循环系统的储水箱容积V以及抽取储水箱的循环水量。
2.根据权利要求1所述的大体积混凝土温度匹配养护方法，其特征在于，当500m2＜S≤1000m2时，冷却水循环系统的储水箱容积为：17m3＜V≤20m3，从构件顶部混凝土初凝起，每1.5小时采用水泵从冷却循环系统的储水箱中抽取1.5m3冷却循环水，排放于混凝土构件的顶部；
当100m2＜S≤500m2时，冷却水循环系统的储水箱容积为：14m3＜V≤17m3，从构件顶部混凝土初凝起，每1.5小时采用水泵从冷却循环系统的储水箱中抽取1.0m3冷却循环水，排放于混凝土构件的顶部；
当50m2＜S≤100m2时，冷却水循环系统的储水箱容积为：11m3＜V≤14m3，从构件顶部混凝土初凝起，每1.5小时采用水泵从冷却循环系统的储水箱中抽取0.5m3冷却循环水，排放于混凝土构件的顶部；
当25m2＜S≤50m2时，冷却水循环系统的储水箱容积为：8m3＜V≤11m3，从构件顶部混凝土初凝起，每1.5小时采用水泵从冷却循环系统的储水箱中抽取0.25m3冷却循环水，排放于混凝土构件的顶部；
当10m2＜S≤25m2时，冷却水循环系统的储水箱容积为：5m3＜V≤8m3，从构件顶部混凝土初凝起，每1.5小时采用水泵从冷却循环系统的储水箱中抽取0.05m3冷却循环水，排放于混凝土构件的顶部。
3.根据权利要求1所述的大体积混凝土温度匹配养护方法，其特征在于，
抽取冷却循环水结束后，立即向冷却水循环系统的储水箱里补充相应的冷却水，补充的冷却水量与抽取的冷却循环水量相同，补充水的水温与大气温度相同。
4.根据权利要求1所述的大体积混凝土温度匹配养护方法，其特征在于，冷却水循环系统和抽冷却循环水覆盖混凝土构件顶面的运行持续时间为7-10d，并连续监测混凝土的中心点和表层的温度。
5.根据权利要求1至4任一项所述的大体积混凝土温度匹配养护方法，其特征在于，所述冷却水循环系统包括：分水器、储水箱、水泵以及混凝土内埋置的冷却水管等。
6.根据权利要求5所述的大体积混凝土温度匹配养护方法，其特征在于，所述冷却水管为钢管或采用PPR、PVC、PB、PE-RT、PE或HDPE制成的塑料管，其中，所述钢管的管壁厚度为2-3mm，所述塑料管的壁厚为3-4mm。
7.根据权利要求5所述的大体积混凝土温度匹配养护方法，其特征在于，冷却水管进水流量为0.8-1.5m3/L，冷却水管直径为30-50mm，冷却水管间距为0.3-1m。
8.根据权利要求5所述的大体积混凝土温度匹配养护方法，其特征在于，每组冷却水管的循环回路长度不超过200m，相邻两组冷却管之间的水平间距不超过1000mm，竖向间距800～1000mm。
9.根据权利要求5所述的大体积混凝土温度匹配养护方法，其特征在于，所述冷却水循环系统还包括：温度传感器，分别在所述混凝土构件1/2断面的中心点和距离表层50mm布置所述温度传感器。
10.根据权利要求1至4任一项所述的大体积混凝土温度匹配养护方法，其特征在于，制作混凝土模板，采用钢材或木材制作混凝土模板，钢板的厚度为2-3mm，木板的厚度为3-5mm，模板高度应比所述混凝土构件顶面高出1-2m，并对高出模板的接缝进行密封处理。
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