CN202119771U - 大体积混凝土实体模拟试验装置 - Google Patents

Abstract

一种大体积混凝土实体模拟试验装置，包括钢筋混凝土材质的试验块体和测量试验块体用的测温传感器、测温线、测温仪，所述试验块体的高与拟浇筑的大体积混凝土结构的高度相同，试验块体的长和宽均不小于4m，制作试验块体所采用的原材料和混凝土配合比与拟浇筑的大体积混凝土结构所采用的原材料和混凝土配合比相同；试验块体中预埋有钢筋支架，该钢筋支架包括六根竖向固定钢筋和连接在竖向固定钢筋之间的水平固定钢筋，每根竖向固定钢筋上均设有至少三个测温点。所述的试验装置简单可靠，可提前取得各种施工数据，发现方案中存在的问题和不足，以便优化方案，为正式施工取得宝贵经验，使大体积混凝土的质量风险降到最低。

Description

大体积混凝土实体模拟试验装置

技术领域

本实用新型涉及混凝土检测领域，特别是一种应用在大体积混凝土施工中的实体试验装置。

背景技术

传统的大体积混凝土施工，首先是根据设计和规范要求编制施工方案，施工方案经相关部门和人员批准后即可用于工程实践中（即传统的施工方法通常在方案制定后就直接用于正式施工）；但施工方案中制定的各种技术措施能否在施工中切实有效地发挥作用，能否在实际施工中能取得良好的效果，是否存在不足和隐患，以及混凝土浇筑工艺、温度控制、混凝土工作性能等各项技术指标能否满足施工和质量要求，都无法提前得到验证，所以往往会因为事先对方案中某个细节考虑不周而造成施工质量缺陷，比如经常由于水泥水化热引起混凝土内部温度急剧升高，混凝土内外温差引起温度-收缩应力的变化，导致混凝土构筑物出现裂缝，影响结构的使用和耐久性。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种大体积混凝土实体模拟试验装置，要解决传统大体积混凝土施工中的混凝土的各项技术指标无法提前验证的技术问题。

为实现上述目的，本实用新型采用如下技术方案：一种大体积混凝土实体模拟试验装置，包括钢筋混凝土材质的试验块体和测量试验块体用的测温传感器、测温线、测温仪，所述测温传感器预埋在试验块体内的测温点中并且测温传感器通过测温线与位于试验块体外的测温仪连接，其特征在于：试验块体为方块形状，试验块体的高与拟浇筑的大体积混凝土结构的高度相同，试验块体的长和宽均不小于4m，制作试验块体所采用的原材料和混凝土配合比与拟浇筑的大体积混凝土结构所采用的原材料和混凝土配合比相同。

试验块体中预埋有钢筋支架，该钢筋支架包括六根竖向固定钢筋和连接在竖向固定钢筋之间的水平固定钢筋，所述六根竖向固定钢筋成直角三角形布置，其中三根为直角三角形的三个角，另外三根中的两根分别位于直角三角形的两个直角边的中间位置、第三根位于直角三角形的斜边的中间位置，直角三角形的直角位于试验块体的其中一侧侧面的中心线位置，直角三角形的其中一个斜角位于试验块体的中心位置，直角三角形的另一个斜角位于试验块体的竖向棱边位置。

每根竖向固定钢筋上均设有至少三个测温点，其中第一个测温点位于试验块体的底部，第二个测温点位于试验块体的中间位置，第三个测温点位于试验块体的上部，每个测温点中均设有两个测温传感器，其中一个测温传感器绑在竖向固定钢筋上并且该测温传感器的外侧套有保护罩，另一个测温传感器也绑在竖向固定钢筋上并且该测温传感器与竖向固定钢筋之间垫有混凝土垫块。

所述试验块体的底部的测温点与试验块体的底面相距40mm～60mm，试验块体的上部的测温点与试验块体的上表面相距40mm～60mm。

所述试验块体的底部与试验块体的中间位置之间还设有测温点。

所述试验块体的中间位置与试验块体的上部之间还设有测温点。

所述竖向固定钢筋的上端伸出至试验块体的上表面上。

与现有技术相比本实用新型具有以下特点和有益效果：本实用新型正是针对传统大体积混凝土施工存在的缺陷，在正式施工前利用实体模拟试验采集混凝土的各种施工数据，提前掌握施工方案在实际应用中的效果。在大体积混凝土施工过程中，通过本实用新型模拟试验并总结经验，可以使施工方案的有效性提前得到验证，确保了大体积混凝土施工中的温度控制、混凝土工作性能等技术指标在可控范围内，并最终保证了大体积混凝土工程的施工质量。如果通过本实用新型发现了问题，则可以对施工方案有针对性地进行优化，由此防止混凝土有害裂缝的产生，保证施工质量。

本实用新型的优点就在于弥补了传统大体积混凝土施工方法中方案制定与正式施工之间缺乏有效的验证这一环节，所述的试验装置和试验施工方法简单可靠，可提前取得各种施工数据，发现方案中存在的问题和不足，以便优化方案，为正式施工取得宝贵经验，使大体积混凝土的质量风险降到最低。

本实用新型的原理就是在与正式施工时同样的环境和方法的条件下，用与大体积混凝土结构完全相同的混凝土配合比浇筑一个大体积混凝土实体模拟试验装置，可适用于各种高层楼房基础、大型冶金设备基础、大型电力（包括核电）设备基础、大型文化体育馆、航站楼等大体积混凝土工程的施工。

附图说明

下面结合附图对本实用新型做进一步详细的说明。

图1是大体积混凝土实体模拟试验装置的俯视示意图。

图2是图1中A-A剖面的示意图。

图3是图2中Ⅰ处的放大示意图。

图4是大体积混凝土实体模拟试验装置的立体示意图。

图5是支模并浇筑试验块体的示意图。

图6是搭设养护棚养护试验块体的示意图。

图7是应用大体积混凝土实体模拟试验装置的试验施工流程框图。

附图标记：1－试验块体、2－竖向固定钢筋、3－水平固定钢筋、4－测温传感器、5－测温线、6－测温仪、7－保护罩、8－混凝土垫块、9－测温点、10－模板、11－支撑系统、12－脚手架、13－养护棚。

具体实施方式

实施例参见图1-4所示，这种大体积混凝土实体模拟试验装置，包括钢筋混凝土材质的试验块体1和测量试验块体1用的测温传感器4、测温线5、测温仪6，所述测温传感器4预埋在试验块体1内的测温点9中并且测温传感器4通过测温线5与位于试验块体1外的测温仪6连接，试验块体1为方块形状，试验块体1的高与拟浇筑的大体积混凝土结构的高度相同，试验块体1的长和宽均不小于4m，制作试验块体1所采用的原材料和混凝土配合比与拟浇筑的大体积混凝土结构所采用的原材料和混凝土配合比相同。

试验块体1中预埋有钢筋支架，该钢筋支架包括六根竖向固定钢筋2和连接在竖向固定钢筋之间的水平固定钢筋3，所述六根竖向固定钢筋2成直角三角形布置，其中三根为直角三角形的三个角，另外三根中的两根分别位于直角三角形的两个直角边的中间位置、第三根位于直角三角形的斜边的中间位置，直角三角形的直角位于试验块体1的其中一侧侧面的中心线位置，直角三角形的其中一个斜角位于试验块体1的中心位置，直角三角形的另一个斜角位于试验块体1的竖向棱边位置。所述竖向固定钢筋2的上端伸出至试验块体1的上表面上。

每根竖向固定钢筋2上均设有至少三个测温点9，其中第一个测温点位于试验块体1的底部，第二个测温点位于试验块体1的中间位置，第三个测温点位于试验块体1的上部，每个测温点中均设有两个测温传感器4，其中一个测温传感器绑在竖向固定钢筋2上并且该测温传感器的外侧套有保护罩7，另一个测温传感器也绑在竖向固定钢筋2上并且该测温传感器与竖向固定钢筋2之间垫有混凝土垫块8。所述试验块体1的底部的测温点9与试验块体1的底面相距40mm～60mm，试验块体1的上部的测温点9与试验块体1的上表面相距40mm～60mm。本实施例中，试验块体1的底部与试验块体1的中间位置之间、试验块体1的中间位置与试验块体1的上部之间均还设有测温点，所以一共有五层测温点。

此外，在其它实施例中，针对不同的大体积混凝土结构，试验块体1也可以是直径不小于4m的圆柱体形状。

这种应用上述大体积混凝土实体模拟试验装置的试验施工方法，其步骤如下：步骤一、根据设计和规范的要求，编制大体积混凝土结构的施工方案。

步骤二、在与正式施工时同样的环境和施工方法的条件下（即制作并使用大体积混凝土实体模拟试验装置时的气候环境应与进行大体积混凝土结构实体浇筑时的气候环境相同或接近），制作一个大体积混凝土实体模拟试验装置，使该大体积混凝土实体模拟试验装置中的试验块体1的中心近似于绝热，并且在整个制作过程中，测量混凝土原材料温度、砂石含水率、大气温度、混凝土出机温度、入泵温度、入模温度、出机坍落度、现场坍落度、混凝土工作性能时间、平均振捣时间、二次振捣时间、表面泌水情况、第一次压面时间、二次压面时间、养护棚内温度、混凝土环境温度（即养护棚与混凝土表面之间的温度）、混凝土内部最高温度、混凝土表面最高温度、混凝土内部与表面温差和混凝土表面与环境温差。所述混凝土内部最高温度、混凝土表面最高温度由测温传感器4、测温线5和测温仪6测得的，混凝土内部与表面温差是由混凝土内部最高温度减去混凝土表面最高温度算出来的，混凝土表面与环境温差是由混凝土表面最高温度减去大气温度算出来的，所述其它的均数据均是由常规方法测量出来的。

步骤三、整理步骤二中采集到的各项具体数据并检查试验块体1，当试验块体1没有出现问题并且各项具体数据满足规范要求时，直接进行下一步骤，当试验块体1的混凝土内部温度≥75℃时，采用降低入模温度和/或优化配合比的方法优化施工方案，当混凝土内部与表面、表面与环境温差超过规范要求时，采用增加保温层厚度和/或加强温水养护的方法优化施工方案，当混凝土坍落度损失过大时，采用根据砂石含水率调整施工配合比、对砂石等原材料进行检查和/或优化配合比的方法优化施工方案，当混凝土表面泌水严重时，采用根据砂石含水率调整施工配合比、对砂石等原材料进行检查和/或优化配合比的方法优化施工方案，当混凝土泵送不畅，容易堵管时，采用根据砂石含水率调整施工配合比、对砂石等原材料进行检查和/或优化配合比的方法优化施工方案，当混凝土表面裂缝时，采用降低入模温度、根据砂石含水率调整施工配合比、增加保温层厚度、加强温水养护、延长养护拆模时间、对砂石等原材料进行检查和/或优化配合比的方法优化施工方案。

步骤四、当试验块体1没有出现问题并且各项具体数据满足规范要求时，采用步骤一中所述的施工方案进行大体积混凝土结构施工，当试验块体1出现步骤三中所述的问题时，采用步骤三中对应优化过的施工方案进行大体积混凝土结构施工。

在进行步骤二时，试验块体1采用的所有原材料和配合比均需与大体积混凝土结构采用的所有原材料和配合比相同。试验块体1的高与拟浇筑的大体积混凝土结构相同，试验块体1的长宽尺寸（或直径）不小于4m，这样可以使试验块体1的混凝土中心近似于绝热。制作大体积混凝土实体模拟试验装置时所采取的混凝土搅拌方法、运输方法、运输时间、泵管长度、浇筑方法、养护方法、测温方法等一切技术措施均需与浇筑大体积混凝土结构时相同。

参见图7，以某工程为例，说明步骤二中制作并使用大体积混凝土实体模拟试验装置进行大体积混凝土模拟试验的具体实施方式，该工程的大体积混凝土基础长70.11m，宽21.70m，高4.5m，混凝土总量约6000m3。混凝土强度等级为欧标C40/50混凝土。

a、定位放线。大体积混凝土实体模拟试验装置的底部应有100mm的混凝土垫层，根据试验模块设计尺寸放出定位线和测温点定位线。

b、安装测温点9。测温点的布置，应真实地反映出混凝土浇筑体内最高温升，里表温差、降温速率及环境温度，测温探头的布置范围应以所选混凝土浇筑体平面图对称轴线的半条轴线为测试区，在测试区内测温点按平面分层布置；沿混凝土浇筑体厚度方向，必须布置外面、底面和中间温度测点。本实施例从混凝土底面往上50mm处到混凝土上表面往下50mm、每隔1125mm安装一层测温点，一共设置5层共30个测温点，每个测温点均安装两个测温传感器4，在施工过程中，一个测温传感器损坏了，还有一个备份可以使用（另一个还可以测温时相互对照使用）。测温传感器4使用前，必须对每个测温点进行测温试验，误差应在0.3℃以内，所有的测温传感器4均用胶带固定在预埋的钢筋支架上，并用混凝土垫块8或保护罩7保护（本实施例中的保护罩7是PVC管），避免混凝土振捣损害测温传感器4。在测温线5伸出试验块体1的一端做好标号，以备混凝土养护测温时数据的收集和记录。

c、参见图5，安装模板10、支撑系统11和脚手架12。具体的说，就是按照定位放线的平面尺寸安装模板与支撑系统，模板的材料与支撑系统与正式工程保持一致，四周的模板均需高出混凝土面100mm左右，并做好混凝土面的标高标记，并在此标高处开设50mm×50mm的排水孔，用于混凝土的泌水处理。模板下口提前用砂浆封堵，模板拼缝处用双面胶条粘贴，防止漏浆。

d、混凝土搅拌。混凝土搅拌时原材料的温度，搅拌机械、搅拌时间必须与实体施工时基本一致，其中水泥温度不应大于50℃，加冷水或冰的数量需根据混凝土原材料的温度和配合比进行计算。此时要采集的数据有砂、石、水泥、水、外加剂等原材料的温度，以及砂石含水率、大气温度、出机温度、出机坍落度等数据。

e、混凝土运输。本工程中混凝土运输采用混凝土运输罐车，运至浇筑地点后由地泵输送至模板内，由于浇筑时气温较高，为保证混凝土在运输过程中不因外界温度影响而导致温度较大的升高，我们在混凝土运输车罐体外包裹保温棉，混凝土泵管外用PVC管和保温棉包冰块降温，以验证方案的实际效果。应注意混凝土运输工具、运输时间、布料设备都要与方案设计及正式浇筑混凝土一致。此时要采集的数据有运输时间、现场混凝土坍落度、混凝土入泵温度等数据。

f、混凝土浇筑。为充分模拟实际浇筑情况，模拟试验混凝土浇筑时应按方案的分层厚度，实际浇筑时上下二层混凝土的间隔时间，同样的振捣方法，自由下落高度等。特别要注意模拟试验混凝土的分层厚度和上下二层混凝土的间隔时间，由于模拟试验混凝土量较少，工人在操作时可能会一次浇筑厚度过大或上下二层混凝土间隔时间过短，这都与结构实际施工时不符，导致混凝土内部温度升高过快，不能达到模拟实际情况的效果。此时要采集的数据有混凝土入模温度，平均振捣时间，浇筑开始和完成时间等。

g、二次振捣。根据大体积混凝土施工规范等，混凝土浇筑之后宜采用二次振捣，在一层混凝土浇筑完1～2h之后初凝之前进行二次振捣，二次振捣时振捣棒应伸入下层混凝土50mm。值班人员应对混凝土的二次振捣的间隔时间和振捣时间做好记录。此时要采集的数据有二次振捣时间。

h、泌水处理。如出现泌水现象，要及时处理，可采取在四周侧模上部开设排水孔，使浮在表面的多余的水泥浆从排水孔中自然排出，在下料时一侧的混凝土略高于另一侧的混凝土，使混凝土自然形成集水坑，然后用人工或小型水泵将泌水排除等措施。此时，混凝土表面泌水情况要记录采集。

i、混凝土压面。在混凝土初凝之前用木抹子在混凝土上表面进行第一次抹压。二次压面时间一般以手指能按动混凝土表面，但感觉有塑性时开始压为准，并随时观察混凝土表面情况，发现明显裂缝，要及时进行再次压面。此时要采集的数据有混凝土混凝土第一次压面时间和二次压面时间等。

j、混凝土工作性能时间的测定。混凝土工作性能时间的测定方法为：在试验地点旁支设一个尺寸为1m×1m×1m的立方体试模，先浇筑高度0.5m～0.8m的混凝土，在浇筑完1小时后每间隔20分钟用振捣棒振捣一次，振捣时快插慢拔，观察振捣棒拔出后混凝土的复原情况，若不能复原，说明混凝土已不具备工作性能，同时做好时间记录。混凝土可工作性能时间与混凝土初凝时间有一定的区别，因为现场测定混凝土初凝时间往往有一定的困难或不准确，采取以上方法测定在一定环境温度下混凝土可工作性能时间对现场操作有非常重要的指导意义。采集混凝土工作性能时间可用于指导大体积混凝土浇筑时，上层混凝土履盖下层混凝土的最长间隔时间，避免出现因混凝土超过可工作性能时间，振捣棒插入下层混凝土时振捣孔不能复原，给混凝土质量带来隐患。

k、参见图6，混凝土养护与测温。采用搭设养护棚13的方式，即混凝土终凝后立即覆盖保温材料养护，先铺设一至二层保温材料，并保持保温材料湿润。根据测温数据，当混凝土升至最高温度后，趋于降温时，再增加覆盖层数。侧面带模养护，混凝土终凝并达到一定强度后拆除模板周围斜撑,在模板外包裹保温材料，起到保温的作用。养护时间不少于14天，如现场因工期或其他原因侧模要提前拆除，在拆除侧模后立即做好保温覆盖。测温应在混凝土抹面完成后立即开始，混凝土浇筑后1～3d测温间隔时间为2h，4～7天为4h，其后为8h,当内部温度高于60℃时，间隔时间为1h，直到温度不再升高时采用原测温频率。保温层履盖层数应根据实际测温数据作相应的调整，确保混凝土内部与混凝土表面温差控制在25℃以内，混凝土表面与环境温差在20℃以内，混凝土的降温速率不宜大于2℃/d。随时进行温度观测，注意混凝土内外温差，当混凝土内部温度与表面温度温差大于23℃或混凝土表面与环境温差大于18℃时应该增加覆盖物层数加强养护，内部与表面温差小于18℃或混凝土表面温度与环境温度温差小于13℃时可减少覆盖物。要注意混凝土养护方法和测温频率都要方案和实际施工时相同。此时要采集的数据有混凝土中心最高温度，混凝土内外温差，环境温度，温差与保温材料覆盖层数的关系等数据。

l、数据整理。模拟试验的目的是为正式工程大体积混凝土的施工提供施工经验和相关数据，所以对模拟试验过程中所采集的数据进行整理也是模拟试验一项重要的工作。在试验过程中对每一个数据要采集必须定人定岗，专人负责，及时将各种数据进行填写；混凝土温度记录不仅要认真记录，还要形成温度曲线，以便直观地检查控制。

经数据整理，使用大体积混凝土实体模拟试验装置进行大体积混凝土模拟试验时，大气平均气温为26℃，混凝土平均出机温度18℃～19℃，混凝土平均入泵温度22℃～23℃，经泵管输送后的平均入模温度为21℃～22℃，达到了最开始方案制定的入模温度≤23℃要求。此外，混凝土内部最高温度70.8℃（设计要求为≤75℃），混凝土中心与表面最大温差23℃，混凝土表面与环境最大温差17℃，均满足设计和规范要求；汽机基座基础经实际浇筑完成后，所有数据均与模拟试验基本相符。养护完成拆模后观察，表面基本无裂缝，完全达到预期控制的质量目标。

Claims (5)

1.一种大体积混凝土实体模拟试验装置，包括钢筋混凝土材质的试验块体（1）和测量试验块体（1）用的测温传感器（4）、测温线（5）、测温仪（6），所述测温传感器（4）预埋在试验块体（1）内的测温点（9）中并且测温传感器（4）通过测温线（5）与位于试验块体（1）外的测温仪（6）连接，其特征在于：试验块体（1）为方块形状，试验块体（1）的高与拟浇筑的大体积混凝土结构的高度相同，试验块体（1）的长和宽均不小于4m，制作试验块体（1）所采用的原材料和混凝土配合比与拟浇筑的大体积混凝土结构所采用的原材料和混凝土配合比相同；

试验块体（1）中预埋有钢筋支架，该钢筋支架包括六根竖向固定钢筋（2）和连接在竖向固定钢筋之间的水平固定钢筋（3），所述六根竖向固定钢筋（2）成直角三角形布置，其中三根为直角三角形的三个角，另外三根中的两根分别位于直角三角形的两个直角边的中间位置、第三根位于直角三角形的斜边的中间位置，直角三角形的直角位于试验块体（1）的其中一侧侧面的中心线位置，直角三角形的其中一个斜角位于试验块体（1）的中心位置，直角三角形的另一个斜角位于试验块体（1）的竖向棱边位置；

每根竖向固定钢筋（2）上均设有至少三个测温点（9），其中第一个测温点位于试验块体（1）的底部，第二个测温点位于试验块体（1）的中间位置，第三个测温点位于试验块体（1）的上部，每个测温点中均设有两个测温传感器（4），其中一个测温传感器绑在竖向固定钢筋（2）上并且该测温传感器的外侧套有保护罩（7），另一个测温传感器也绑在竖向固定钢筋（2）上并且该测温传感器与竖向固定钢筋（2）之间垫有混凝土垫块（8）。

2.根据权利要求1所述的大体积混凝土实体模拟试验装置，其特征在于：所述试验块体（1）的底部的测温点（9）与试验块体（1）的底面相距40mm～60mm，试验块体（1）的上部的测温点（9）与试验块体（1）的上表面相距40mm～60mm。

3.根据权利要求1所述的大体积混凝土实体模拟试验装置，其特征在于：所述试验块体（1）的底部与试验块体（1）的中间位置之间还设有测温点。

4.根据权利要求1所述的大体积混凝土实体模拟试验装置，其特征在于：所述试验块体（1）的中间位置与试验块体（1）的上部之间还设有测温点。

5.根据权利要求1所述的大体积混凝土实体模拟试验装置，其特征在于：所述竖向固定钢筋（2）的上端伸出至试验块体（1）的上表面上。

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