大体积砼配合比优化与控温工法.docx
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大体积砼配合比优化与控温工法
中建八局优秀工法奖资料
（大体积砼配合比优化与控温工法）
中建八局第二建设有限公司
二OO七年二月
目录
1前言1
2工法特点1
3适用范围2
4工艺原理2
4.1配合比优化2
4.2施工控温2
5工艺流程及操作要点2
5.1工艺流程2
5.2操作要点3
5.2.1配合比优化4
5.2.2施工温控6
6材料与设备9
7安全措施10
7.1人员安全教育10
7.2线路安全10
8质量控制10
8.1输入数据准确10
8.2正确分析11
8.3确保测温线路工作正常11
8.4严格执行控温措施11
9环保措施11
10效益分析11
10.1节省材料11
10.2降低风险11
11应用实例11
11.1山东广电工程11
11.2南宁国际会展中心11
11.3郑州国际会展中心12
12附件12
12.1附件1：
工程应用证明12
12.2附件2：
测温装置专利证书12
12.3附件3：
获奖证书12
大体积砼配合比优化与控温工法
中建八局第二建设有限公司韦永斌
1前言
随着高层建筑及大型工程的发展，大体积砼施工越来越多。
大体积砼水化热释放时间长，如果施工期间控温措施不当会引起砼内部温差过大，产生内部差异应变。
由于砼的内外约束，产生内应力，当内拉应力大于砼的相应位置的抗拉强度时，砼会被拉裂，产生温度裂缝。
为了保证大体积砼的质量，依托计算机物理仿真、监控技术进行大体积砼配合比优化与施工温控，将是解决大体积砼温度裂缝的有效方法。
它是一个涉及到化学、热学、计算机科学、电子及计算数学的综合课题。
大体积砼配合比优化，涉及到了工程研究领域先进的方法，建立大体积砼的数学物理模型，通过解一定边界条件的偏微方程，获得大体积砼温场，根据温差控制原则，砼配合比经过多次调整，使施工中大体积砼温度可以高效控制。
大体积砼温控，涉及到专用电路模块及计算机软件等专业技术，把相关技术整合在一起，形成实时、稳定、准确、可靠的计算机测试系统。
通过温度场数据反馈，指导冷却系统参数调整，实现大体积砼温度控制。
该工法中的《大体积温控仿真软件开发》曾获中建八局科学技术二等奖；《计算机测温装置》获国家专利，专利号：
ZL200320121142.0。
该工法已通过郑州送变电综合楼、南宁会展、郑州会展、山东广电综合楼、济南嘉恒商务广场、济宁污水处理厂等工程成功应用，证明了本工法对大体积砼施工有一定的指导作用。
2工法特点
2.1本工法采用计算机仿真技术，预测大体积砼的温度场，通过对温场分析，进行对砼配合比的参数调整，最终实现对大体积砼配合比的优化；
2.2本工法采用在大体积砼中埋置温度传感器，并与计算机数据采集装置连接，实现计算机实时温度监控，实时了解大体积砼中的温度场。
根据温场中的最大温差，对降温系统、保温措施进行调整，把大体积砼中的温度控制在合理的范围内；
2.3本工法始终应用计算机技术，实现过程自动化、定量化。
3适用范围
本工法适用于大体积砼底板、大体积砼承台、大体积砼梁、大体积砼墙等，同时对大坝砼的施工有一定的指导意义。
4工艺原理
4.1配合比优化
根据结构的几何尺寸建立大体积砼及相关构造的几何模型，为大体积砼几何模型赋予相应的物理参数，如：
砼的配合比、水泥28d水化热、组成砼的相关材料的密度、比热、导热系数、初始温度等；输入大体积砼周边环境的热学参数，如：
密度、含水率、导热系数、比热、蒸发量等；输入气象预测参数如：
大气温度、风力、湿度值。
根据以上几何、物理热学模型，运用热学中微分方程预测未来某时刻砼模型内的温度分布场。
根据预测的大体积砼温度场，进行热场分析，得到相应的砼中温差。
如果温差大于规范要求的上限（如：
25℃）,可调整水泥品种及水泥用量等，直至使预测的温差小于规范要求。
4.2施工控温
大体积砼施工过程中，在砼内部埋置一定数量的温度传感器，温度传感器与数据采集计算机相连，通过相应的软件，获得大体积砼的温度。
根据不同部位的温度值，得到大体积砼中温度差。
根据温度差的大小、分布情况，调整大体积砼的降温系统、保温系统的参数，实现大体积砼中的温度合理控制。
5工艺流程及操作要点
5.1工艺流程
工艺流程分两大步骤：
对大体积砼配合比优化→大体积砼温控
具体流程如图5－1：
配合比优化开始
砼及周边结构几何模型建立
砼及周边结构物理参数输入
冷却系统的参数调整
水泥品种及用量调整
热物理方程推演
砼中的温度场
温差超限
温差超限
配合比优化结束
施工控温开始
大体积砼测温系统安装
大体积砼浇筑
测量最大温差
增加保温层厚度、加强冷却
最大温差大于２０℃
减小保温层厚度
最大温差小于１５℃
最高温度与大气温平均值小于20℃
控温结束
图5－1 大体积砼配合比优化与控温流程
5.2操作要点
5.2.1配合比优化
1）收集大体砼施工的有关数据
需要收集的数据包括：
大体砼的几何数据－长度、宽度、厚度
水泥－28d水化热、密度、热容、导热率、温度
砂石－密度、热容、导热率、含水率、温度
水－密度、热容、导热率、温度
外加剂－密度、热容、导热率、温度
大气温度－未来控温期的温度变化趋势
模板－、密度、热容、导热率
岩土－含水率、密度、导热率、热容、平均温度
保温材料－材质、密度、热容、导热率
2）选择合适的仿真软件
选择的软件要具备以下要求：
①软件几何建模能力满足大体积砼的为1至3维几何建模要求；
②软件的热工计算支持各种边界条件的设置；
③软件砼单元的体发热功率可以编程控制；
软件支持冷却单元的设置；
软件的后期处理满足剖面云图、单元历史温度曲线输出功能等。
3）大体积砼几何建模、物理参数输入
按软件的操作要求输入几何模型（如图5－2）。
大体积砼底板仿真要考虑2～5倍底板厚度的地下土层的热传导影响，周边要考虑模板的热传导及与空气的接触界面，砼的顶面要考虑保温层及空气的界面，砼中要考虑冷却系统的设置；其他结构要考虑相应的边界条件。
正确输入各单元的物理参数。
要输入的参数由5.2.1条款已列出。
图5－2 大体积砼温控仿真软件建模界面
4）软件计算分析
几何模型建完后，为所有结构输入物理参数，检查无误，即可制定分析参数。
分析参数一般包括输出状态的总时长、时间间隔，输出状态的位置，输出结果的形式等。
计算分析要通过网格的划分优化、计算等过程，即可得到计算结果（如图5－3、图5－4）。
图5－3 大体积砼温控仿真软温场输出模界面
图5-4 某工程混凝土浇筑完45d的温度场云图
5）参数调整
对温度场的温差进行分析，确定是否需要对材料品种进行调整。
如果需调整，调整后再进行仿真计算分析，直至调整达到经济控温要求；如果材料品种调整达不到控温要求，就对保温材料品种、厚度进行调整；如果施工工期等因素有限制或要求，可以考虑冷却水管强制冷却；通过分析软件计算冷却系统的各种参数。
5.2.2施工温控
１）测温系统安装
测温设备使用前进行校正检查，以确保仪器的准确性，确保仪器的测温精度达到正负1摄氏度。
测温系统如图5－5，图5－6。
图5-5 测温系统示意图
图5-6 测温软件结构图
图5-7 测温传感器
图5-8 测温数据采集器
图5-9 测温软件截屏
测温布布置：
测温点平面、立面布置（图5－10、图5－11），选择有代表性的位置设置测温点，在时间、空间分布及结构类型均要考虑到。
平面对称位置只布一边，厚度相同的位置可以不重复布置；立面上中下温度全面要反映出来，一般采用上中下来布置测温传感器，传感器距离砼界面5cm。
每个测温点布置上、中、下3个传感器（传感器如图5－7），对于超厚砼如果传感器间距大于2米则中间要加密布置，确保单点传感器上下间距不大于2米。
图5-10 某底板测温平面布置图
图5-11 某底板测温立面布置图
线路防护：
为了防止信号线被破坏，可以使用φ20PVC穿线管。
采集盒要安装在防水仪器盒内，并处理好防水。
信号线接头：
信号线避免接头，如果无法避免，采用焊接确保良好连接，并用防水胶密封接头。
计算机使用：
计算机应放在无风雨的室内或专用防风雨仪器箱，为了确保计算机正常运行，要配稳压、不间断电源。
软件功能要求：
测温软件（如图5－9）有实时记录功能、实时处理能力，可以随时产生各个测点的温度曲线，得到该点的温差及温差趋势预测数据。
2）温控调整
施工人员根据测温点的温度、温差发展趋势，对大体积砼的保温养护措施进行实时调整。
3）控温结束
当砼中的最高温度与大气温差小于规范规定的最大温差时，可以停止测温与控温工作。
6材料与设备
材料与设备清单 表6
序号
名称
规格
单位
数量
备注
1
数据采集电路
套
1
2
温度传感器
－20℃～100℃
套
若干
3
数据传输线
箱
若干
耐温、防水要求
4
电工工具
套
1
5
绝缘密封材料
套
1
耐温、防水要求
6
大体积砼仿真软件
可选MIDAS、ANSYS、
自主开发的软件等
套
1
7
计算机
P42G512M
台
1
8
大体积砼测温软件
套
1
自主开发
7安全措施
7.1人员安全教育
测温系统安装人员进入施工场地前对施工人员集中进行安全教育、技术交底各一次。
施工人员进入现场必须穿戴好个人防护用品，各工种严格按照安全操作规程作业，严禁违章作业，对患有不适于高空作业疾病的人员不得从事高空作业。
各工作人员分工明确、严守岗位，听从指挥，不得擅自离岗、串岗，严禁酒后作业。
7.2线路安全
信号线架设要远离高压线及动力电缆，防止弱电信号受到电磁干扰互串；信号线架空和埋地要符合规范规定；线路安装过程中不得用有毒的绝缘胶，施工时做好个人防护；非专业人员不要随意改动设备的电路板及信号线路。
8质量控制
8.1输入数据准确
软件操作仔细认真，确保输入的数据、参数准确无误。
8.2正确分析
数据及分析过程要认真，不得出错。
8.3确保测温线路工作正常
测温系统操作认真不得接错线、不得使用不合格的材料、不得损坏信号线路及测温设备。
8.4严格执行控温措施
控温过程要严格执行控温的措施，不得违章操作、敷衍了事。
9环保措施
不得随意丢弃剩余的线缆、绝缘胶等；采用符合节能标准的电子器材；提高能重复利用的器材比例，器件材料无毒、无害。
10效益分析
10.1节省材料
采用本工法，可以使大体积砼的配合比更加经济合理，降低保温材料及养护费用；
10.2降低风险
采用本工法，可以把大体砼的质量风险降到最低，防止砼裂缝带来的巨大损失。
11应用实例
11.1山东广电工程
山东省广播电视综合业务楼及附属用房工程（第一标段），该工程地理位置优越，南面是绿树如荫、开阔宜人的植物园，向东南可远眺风景优美的千佛山。
该工程2005年施工，底板厚度2.5米。
通过配合比优化与温控，砼中心最高温度80.8度，表面温度最高62度，板底温度最高62度。
大体积砼施工过程温控仿真、温度控制十分成功。
11.2南宁国际会展中心
南宁国际会议展览中心位于南宁市民族大道东段，琅东开发区，占地面积850亩,总建筑面积11.21万M2,建筑总高度51米，总投资6.5亿元，工程依山傍势而建，造型新颖，气势宏伟。
该工程2002年施工，底板厚度为3m。
通过配合比优化与温控，砼中心最高温度80度，表面温度最高65度，板底温度最高60度。
大体积砼施工过程温控仿真、温度控制十分成功。
11.3郑州国际会展中心
郑州国际会展中心位于郑州市郑东新区中央商区（CBD）中心，与107国道和京珠高速公路相邻，距郑州新郑国际机场26公里。
该工程2003年施工，底板厚2m。
通过配合比优化与温控，砼中心最高温度76度，表面温度最高60度，板底温度最高55度。
大体积砼施工过程温控仿真、温度控制十分成功。
本工法自2001年8月份推广以来，先后被多个重要工程成功使用，解决了大体积砼施工，确保了施工质量。
12附件
12.1附件1：
工程应用证明
12.2附件2：
测温装置专利证书
12.3附件3：
成果获奖证书
附件1:
工程应用证明
我单位技术质量部的《大体积砼温控工法》，自2001年8月份推广以来，先后被多个重要工程成功使用，解决了大体积砼施工，确保了大体积砼施工质量，降低了施工风险，赢得了业主、监理的好评。
以下为工程应用清单：
序号
工程名称
使用部位
砼厚度
应用时间
１
河南送变电
底板
2.8m
2001.09
2
南宁国际会展
底板
3.5m
2002.06
3
郑州国际会展
底板、承台
1.5m～3.5m
2003.11
4
济宁污水处理厂
承台
3.5m
2001.12
5
山东广电
底板
1.5m～3.5m
2004.09
6
济南嘉恒广场
底板
2m
2003.08
此证明
中建八局第二建设有限公司
2007年2月5日
附件2:
专利证书
附件3:
获奖证书
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