某取水泵站筒体底板温控方案.docx
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某取水泵站筒体底板温控方案
****取水泵站工程筒体底板
大体积砼温控方案
*****技有限公司
2008年10月
1.工程概况
*************************
筒体底板为大体积混凝土结构。
由于水泥水化过程中产生的水化热，使浇筑后初期混凝土内部温度急剧上升，引起混凝土膨胀变形，而此时混凝土的弹性模量很小，因此，升温引起受基础约束的膨胀变形产生的压应力很小。
随着温度逐渐降低混凝土产生收缩变形，但此时混凝土弹性模量较大，降温引起的变形受基础约束会产生相当大的拉应力，当拉应力超过混凝土的抗拉强度时，就会产生温度裂缝，对混凝土结构产生不同程度的危害。
此外，在混凝土内部温度较高时，外部环境温度较低或气温骤降期间，内表温差过大在混凝土表面也会产生较大的拉应力而出现表面裂缝。
为保证混凝土施工质量，避免产生温度裂缝，确保筒体底板的使用寿命和安全。
武汉兰青建筑科技有限公司针对底板大体积混凝土进行了温度场仿真计算。
根据计算结果制定了底板温控方案，供施工单位作为施工组织设计的依据。
2．基本计算资料
2.1气象资料
泵站区域内没有气象站，临近有长寿气象站，其气象特征值如下：
气象站有关气象特征值表表1
序号
项目
单位
数值
1
年平均气温
（℃）
18.4
2
极端最高气温
（℃）
41.3
3
极端最低气温
（℃）
-2.3
4
年均绝对湿度
Pa
/
5
年均相对湿度
%
/
6
年均风速
m/s
1.1
7
最大风速
m/s
28.4
8
盛行风向
ESE.SE
9
年均日照
h
1533
10
年均无霜期
d
247
2.2施工资料
根据以下施工资料进行温度应力计算：
底板混凝土设计强度等级为C25，底板于2008年10月下旬施工。
施工时底板一次性浇筑。
底板混凝土冷却水管均采用φ48mm的薄壁钢管，冷却水为长江水。
3、混凝土原材料及配合比
3.1底板混凝土原材料
①水泥：
采用长寿润江水泥厂生产的矿渣硅酸盐42.5R水泥;_
②粉煤灰：
采用川维厂生产的Ⅱ级粉煤灰；
③细集料：
采用长江砂（机制砂60%+特细砂40%），机制砂细度模数3.7，特细砂细度模数0.8；
④粗集料：
采用长寿晏家5-25mm连续级配碎石；
⑥外加剂：
长寿川维厂生产ZY2复合型膨胀剂；
⑦水:
长江水。
3.3底板施工配合比
底板混凝土标号为C25，其配合比见表2。
底板混凝土配合比表2
序
号
砼设计
标号
水灰比
每立方米各材料用量（kg）
坍落度
（mm）
抗压强度
（MPa）
水
水泥+粉煤粉
砂
碎石
膨胀剂
7天
28天
1
C25
0.62
236
381.3
592
1178
24.8
190
20.2
32.8
4、温度应力计算
4.1材料及热特性值
底板混凝土标号为C25，材料热特性值见表3。
材料热特性值表3
部位
物理特性
底板混凝土
最终弹性模量（MPa）
3.5×104
弹性模量变化系数
0.5、0.78
线膨胀系数（×10－6／℃）
7.16
泊松比
0.167
比重（×103kg/m3）
2.4
导热系数（kJ/m.d.℃）
240
比热（kJ/kg.℃）
1.0
绝热温升（℃）
35.0
绝热温升参数
0.9、0.6
4.2计算使用公式
4.2.1绝热温升
绝热温升数值模型取双曲线函数：
（3-1）
式中：
－最终绝热温升，
，
为绝热温升变化系数。
混凝土的
和
，
值分别为35和0.9、0.6。
4.2.2弹性模量
弹性模量随时间的增长曲线采用四参数双指数形式，即
（3-2）
式中：
为初始弹模，
为最终弹模与初始弹模之差，
为与弹模增长速率有关的两个参数。
其值分别取0.5和0.78。
4.2.3徐变度
根据工程经验，取混凝土徐变度如下（单位：
10-6／MPa）：
（3-3）
式中：
C1＝0.23／E2，C2＝0.52／E2，E2为最终弹模。
4.2.4放热系数
混凝土表面通过保温层向周围介质放热的等效放热系数可由下式计算：
（3-4）
式中：
为等效放热系数，
为放热系数，
为保温层厚度，
为保温材料导热系数。
4.3计算模型及假定
底板截面尺寸为φ28.0m，浇筑高度为6.0m，取1/4进行网格剖分计算，计算模型网格剖分图见图1。
图1底板网格剖分图（取1／4）
（1）底板混凝土10月下旬开始浇筑，底板一次浇筑，浇筑厚度6.0m。
（2）计算时考虑冷却水管降温效果。
底板共布设4层冷却水管，冷却水管采用φ48mm的薄壁钢管，冷却水管水平间距为0.9m。
（3）计算时考虑徐变对混凝土应力的影响，平均风速按6m/s考虑。
（4）温度及应力计算从2008年10月下旬开始，模拟其后历时6个月的发展。
4.4温控计算结果
（1）温度场特征
底板混凝土内部最高温度计算结果表4
工程部位
砼标号
最高温度
（℃）
最高温度出现时间（天）
浇筑时间
浇筑温度（℃）
底板第一层
C25
61.8
3-4
10月下旬
26.0
图2底板混凝土最高温度特征图（单位：
℃）
根据表3和图2～图3可以看出，由于底板边缘降温较快，中部散热慢，所以边缘温度较低，中心温度最高。
混凝土在浇筑后3～4天出现温峰，底板混凝土的等级为C25，混凝土的最高温度为61.8℃。
（2）仿真应力场特征
底板混凝土各龄期的最大温度主拉应力（MPa）表5
t（d）
3
7
14
28
60
бmax
0.47
0.57
0.66
1.04
1.90
混凝土劈裂抗拉强度试验表（MPa）表6
龄期（d）
7
14
28
60
C25
0.76
1.50
2.25
2.48
由表5-表8可以看出，底板混凝土底部处于基础约束区，拉应力最大，且拉应力随龄期增长而增大，约60天左右达到最大值1.9MPa。
底板混凝土内部主拉应力均小于同强度等级混凝土劈裂抗拉强度，混凝土抗裂安全系数K≥1.3，在采取有效的温控措施，严格控制施工质量后，可以防止底板混凝土有害温度裂缝的产生。
图3混凝土7天应力包络图（单位：
×10-2MPa）
图4混凝土14天应力包络图（单位：
×10-2MPa）
图5混凝土28天应力包络图（单位：
×10-2MPa）
图6混凝土最大应力包络图（单位：
×10-2MPa）
5．温控标准
根据温控计算成果及规范要求，提出不出现有害温度裂缝的温控标准如下：
（1）内表温差控制在30℃。
（2）最高温度控制在62℃。
（3）混凝土降温速率不超过1.5℃/d。
6.温控措施
6.1混凝土原材料选择及质量控制
合理选择混凝土原材料，选择级配良好的砂、石料、外加剂，以降低水泥用量，控制砼水化热温升，是大体积混凝土温控的重要环节。
6.2优化混凝土配合比，降低水化热温升
配合比设计应在规范允许范围内尽量掺加粉煤灰等矿物掺合料，以减少水泥用量，降低混凝土的水化热温升。
底板混凝土绝热温升控制在35℃以内。
混凝土应具有良好的粘聚性，不离析、不泌水，初始坍落度应控制在19-20cm，初凝时间应大于20h。
6.3对混凝土施工的一般要求
为确保大体积混凝土施工质量，提高混凝土的均匀性和抗裂能力，必须加强对混凝土每一环节的施工控制，现场人员从混凝土的拌合、运输、浇筑、振捣到养护保温整个过程实行有效监控。
混凝土施工严格按照《水工混凝土施工技术规范》进行，并特别注意以下方面：
（1）混凝土拌制配料前，各种衡器应请计量部门进行计量标定，称量误差应符合规范要求。
应严格控制新拌混凝土质量，使其和易性满足要求。
坍落度检验应在出机口进行，每班2~3次，拒绝使用坍落度过大或过小的混凝土料。
应及时监测粗、细骨料的含水率，遇阴雨天气应增加监测频率，随时调整用水量。
（2）浇筑前应对模板、钢筋、预埋件、监控元件及线路等进行检查，同时检查仓面内冲毛情况，及是否有碎渣异物等，检验合格后才能开盘。
（3）自高处向模板内倾卸混凝土时，为防止混凝土离析，应符合下列规定：
①当直接从高处卸料时，高度不应超过2m；②当高度超过2m时，应通过串筒、溜管等措施；③在串筒出料口下面，混凝土堆积高度不应超过1m，及时摊平，分层振捣。
（4）混凝土应按规定厚度、顺序和方向分层浇筑，必须在下层混凝土初凝前浇筑完毕上层混凝土。
如因故停歇，时间超过混凝土初凝时间时，仓面混凝土按工作缝处理。
混凝土分层浇筑厚度不宜超过0.2米，并保持从仓面一侧向另一侧浇筑的顺序和方向。
（5）浇筑混凝土时，应采用振动器振实：
①使用插入式振动器时，移动间距不应超过振动器作用半径的1.5倍，与侧模应保持5—10cm距离，应避开预埋件或监控元件10—15cm，应插入下层混凝土5—10cm；②对每一部位混凝土必须振动到密实为止，密实的标志是：
混凝土停止下沉，不再冒气泡，表面呈平坦、泛浆。
（6）在浇筑混凝土过程中，必须及时清除仓面积水。
（7）严格按《水工混凝土施工技术规范》要求进行层间水平施工缝处理。
（8）二次振捣可以有效减少混凝土因沉陷收缩产生的早期裂缝，因此混凝土浇筑完毕后，在混凝土初凝以前应进行二次振捣。
6.4埋设冷却水管及其要求
6.4.1水管布置
根据混凝土内部温度分布特征，底板埋设4层冷却水管。
冷却水管采用φ48mm的薄壁钢管，其水平间距为0.9m，冷却水管距混凝土表面应大于0.9m，每根冷却水管长度不宜超过200m，冷却水管进出水口应集中布置，以利于统一管理。
冷却水管布置见附图。
6.4.2冷却水管使用及其控制
1）冷却水管使用前应进行压水试验，防止管道漏水、阻水；
2）混凝土浇筑到各层冷却水管标高后即开始通水，各层混凝土峰值过后即停止通水，通水流量应达到30L/min，通水时间根据测温结果确定；
3）待主通水冷却全部结束后，应采用同标号水泥浆或砂浆封堵冷却水管。
为保证冷却水的初期降温效果,项目部应提前成立专门班子,专人负责,优化冷却水管的管路布置,合理选择水泵,并配备检修人员,准备1~2台备用水泵,若管路出现故障应及时排除,保证冷却系统正常工作。
施工时,操作人员应听从指挥,及时开启和关闭阀门。
6.5养护
养护对混凝土强度正常增长及减少收缩裂缝具有重要意义，因此施工中必须重视混凝土的养护工作。
底板表面应做到保温保湿，底板砼终凝后用中膜覆盖底板顶面，然后用土工布或麻袋覆盖底板顶面，与此同时还应采取洒水养护，防止混凝土出现裂缝。
也可在底板浇筑完后在底板顶面回填砂土，以减小混凝土内表温差。
7.混凝土温控施工现场监测
7.1温度测试内容
根据温度计算成果，为做到信息化施工，真实反映各层混凝土的温控效果，以便出现异常情况及时采取有效措施，在底板混凝土中布设温度测点。
测点布置图见附图。
在检测混凝土温度变化的同时，还应监测气温、冷却水管进出口水温、混凝土浇筑温度等。
7.2现场测试要求
各项测试项目宜在混凝土浇筑后立即进行，连续不断。
混凝土的温度测试，峰值以前每2h监测一次，峰值出现后每4h监测一次，持续5天，然后转入每天测2次，直到温度变化基本稳定。
7.3监测所用仪器
温度传感器为PN结温度传感器，温度检测仪采用LD218型多路数据巡记录控制仪，温度传感器的主要技术性能：
测温范围：
-50℃～150℃；
工作误差：
±0.5℃;
分辨率：
0.1℃;
平均灵敏度：
-2.1mv/℃
附1：
混凝土的出机温度和浇筑温度
1．混凝土的出机温度T0
T0＝（0.2＋QS）WSTS＋（0.2+Qg）WgTg+0.2WcTc+（Ww-QsWs-QgWg）Tw
0.2（Ws+Wg+Wc）+Ww
式中：
Qs、Qg ―― 分别为砂．石的含水量，以％计；
Ws、Wg、Wc、Ww －－ 分别为每方砼中砂、石、水泥和水的重量（粉煤灰计入水泥中）；
Ts、Tg、Tc、Tw ―― 分别分砂、石、水泥和水的温度。
2．混凝土的浇筑温度Tp
Tp＝To+（Ta-To）（θ１＋θ２＋θ３＋…＋θn）
式中：
Ta――混凝土运输和浇筑时的气温；
θ１、θ２、θ３、θn――系数，其数值如下：
1）混凝土装、卸和转运，每次θ＝0.032；
2）混凝土运输时θ＝Aτ,τ为运输时间以分钟计，A参照下表；
3）浇筑过程中θ＝0.003τ,τ为浇捣时间以分钟计。
混凝土运输时冷量（或热量）损失计算参数A值表
运输工具
混凝土容积（m3）
A
自卸汽车
1.0
0.0040
自卸汽车
1.4
0.0037
自卸汽车
2.0
0.0030
长方形吊斗
0.3
0.0022
长方形吊斗
1.6
0.0013
园柱形
1.6
0.0009
附表2：
混凝土温度记录表
工程部位：
筒体底板 层号：
开盘时间：
收盘时间：
日期
时间
测 点 温 度（℃）
断面平均温度（℃）
内表温差（℃）
备
注
1
2
3
4
5
6
7
8
观测者：
记录者：
计算：
校核：
附表3：
混凝土出机温度，入仓温度记录表
工程部位：
筒体底板 开盘时间：
收盘时间：
日期
时间
砼 温 度（℃）
备注
出机温度
出机温度
入仓温度
入仓温度
观测者：
记录者：
附表4：
冷却水管进水温度，出水温度，环境气温记录表
工程部位：
筒体底板 开盘时间：
收盘时间：
日期
时间
温 度（℃）
环境气温
进水温度
出水温度1
出水温度2
出水温度3
观测者：
记录者：
升级会员 