大体积承台冬季施工保温措施

哈尔滨松花江大桥大体积承台冬季施工保温措施

龙 敏

哈尔滨松花江大桥主墩承台设计尺寸为54.5315.035.0m属大体积混凝土，根据工期安排。主塔承台必须在2001年必须完工，保证下一年度主塔的顺利施工。完成桩基施工检测及基坑开挖的实际施工进度，承台施工于10下旬开始。根据哈尔滨当地气象资料统计，11月份的平均气温为-6.2℃，《公路桥涵施工技术规范》规定：根据当地多年的气温资料，室外日平均气温连续5天稳定低于5℃时，砼的施工即为冬季施工。因此承台的施工应采用切实可行的施工技术措施。 一、施工方法：

大体积混凝土施工的难度在于控制混凝土内外温差，避免由于内外温差过大而产生裂缝，影响混凝土的质量。减小内外温度差可采用低水化热的混凝土配合比和用冷却循环水降低混凝土的内部温度。考虑到承台施工时外部温度极低，必须同时进行外部保温才能有效地减小混凝土的内外温差。

冬季施工混凝土施工保温的方法有，暖棚法、蓄热法，蒸汽加热法等，考虑到主墩承台体积大和当地气温条件情况，单独采用一种方法，很难满足施工的需要，决定采用暖棚法、蓄热法、蒸汽加热综合的施工方案。 二、保温措施

1、为保证砼的浇筑温度，搅拌站、砂石料场、承台基坑处均搭设保温大棚。

2、搅拌站用水采用蒸汽加热，承台大棚采用暖器排管加热，砂石料加热采用底部通蒸汽进行加热。

3、砼运输采用泵送的方式，输送泵管采用防寒毡包裹保温。 三、施工时温度的控制要求

1、为降低砼内部的水化热，混凝土出仓的温度控制在8℃~10℃，入模的温度控制在5℃左右。

2、暖棚内平均温度保持在15℃左右，最低时不得低于5℃。

3、控制混凝土拌合材料的温度，以满足混凝土拌合物搅拌合成后所需要的温度。水泥和骨料温度控制在2℃~5℃,并由砼的出仓温度最终调节，严格控制水温，并保证热水的供应。 四、冬季施工保暖热工计算 1、基本耗热量

Q1=F（ta-tb）/(δ/λ+1/αs) Q1：单位时间内耗热（W/m）

δ；保温材料的厚度（m）,取δ=0.01m

λ；热传导系数(W/m2℃), λ=0.041(W/m2℃)

αs；放热系数(W/m22℃)

αs=1.163*（10+ ）=1.163*（10+ ）=26.93（W/m22℃） F：放热表面积（m2） ta；棚内温度（℃） tb；棚内温度（℃）

1/(δ/λ+1/αs)=3.56(W/m2℃) (1)砼拌合去需要的热量 ta=10℃ tb=-20℃ F =5405 m2

2

Q1：=577.3千卡/小时 （2）承台处需要热量 ta=25℃ tb=-20℃ F =3912.2 m2

Q1：=626.7千卡/小时

Q1：= Q砼+ Q承台=1204千卡/小时 2、附加耗热量计算

（1）风影响的附加耗热量取Q1*5%； （2）高度影响的附加耗热量Q1*2%； （3） 因门窗开启而增加耗热量取Q1*10% （4）冷材料及人的进入增加耗热量取Q1*10% （5）管道输送热损失增加耗热量取Q1*10% （6）不可预见耗热量损失取Q1*3%

附加耗热量Q2等于以上各项之和 Q2=531.8千卡/小时； 3、输热管道热量损失计算

q=ΠD2Q

Q=（ta-tb）/（D2/2λ1ln(D1/D0)+D2/2λ2ln(D1/D0)+1/αs） D0：输热管道外径，D0=0.026m

D1 、D2：两层保温外径，采用双层防寒毡保暖， D1=0.026m，D2=0.026m 其余符号同前 ta=15℃ tb=-20℃

λ1=λ2=0.041 W/m2℃ Q：=216.3卡/m2

q=ΠD2Q=0.045千卡/m

输热管道总长安300m考虑，则Q3=13.4千卡/小时 3、蒸气量的计算

加热水需要热量按每小时砼生产量50 m3考虑，每小时用水量为0.15*50=7.5t，原水温按0℃考虑，则将水用蒸汽加热到28.6℃需要的蒸汽用量为 W1=7.5/（150-28.6）=0.062t/h 4、材料保暖及砼养生需要的蒸汽量 Q=Q1+Q2+Q3=1874.6

需用蒸汽用量W2=Q/640=2.96t/h 加热水需要热量W1为：W1=0.062t/h 需用总蒸汽量W为：W=W1+W2=3.02t/h

5、混凝土拌合物的温度计算

砼出料温度按照10℃考虑，运输至承台处砼温度为5℃，由于砂石料水泥可人为的控制，因此砼温度用水温调节，使其温度满足设计要求T0=[0.9(WC*TC+WS*TS+WG*TG)+4.2TW(WG-PSWS-PGWG)+C1(PS*WS*TS+PG*WG*TG)-C2(PS*WS+PG*WG)]/[4.2WW+0.9（WC+WS+WG）] T0:混凝土拌合物的温度（℃）

WW、WC 、WS WG：水、水泥、砂、石用量（kg）

TW 、TC 、TS 、TG：水、水泥、砂、石的温度（℃）

PS、PG:砂、石的含水率（%）

C1、C2：水的比热（kj/kg2k）及水的溶解热（kj/kg） C1=4.2、C2=0

根据混凝土的配合比

WC =400kg；WS=684kg； WG =11169kg；WW=150kg TC =TS =TG=5℃；PS=PG=1% 带入公式得到TW=28.6 ℃ 即水需要加热到28.6℃ 五、暖棚的设置

为保证暖棚的保暖作用，首先在地面砌筑2m高的砖墙，然后沿砖墙内用钢管拼装成脚手架，形成框架结构，棚顶用钢管弯制成弓形，用角钢加成三角形支撑，暖棚四周用棉毡布进行围挡，由于暖棚的严密程度对保温的影响很大，所以必须得保证暖棚围挡严密。此外由于保温大棚的体积和面积较大，为防止倾覆，大棚的四周均需加设坚固的风缆。 六、在施工中应注意的几个问题

1、冬季施工关键是做好各项保温措施和控制好混凝土的水化热，所以开工前要对保暖大棚的搭设、输送管道的铺设和保温作认真检查，减少热量的散失，保证大棚内的温度。 2、要注意控制各种混凝土原材料的温度，骨料在浇筑前10天进行保温预热，满足浇筑时骨料中不带有冰雪和冻结团块，温度达到2℃~5℃左右，温度不宜太高。施工中应注意每小时测定一次各种材料的温度，随时进行温度控制，保证混凝土的入模温度。

3、冬季施工拌合砼时，搅拌时间必须比常温时延长50%的时间。严格控制投料的顺序：骨料-水-搅拌-水泥-搅拌，由于采用热水进行拌合，所以严禁先投入水泥，防止水泥出现假凝现象，影响混凝土强度。

4、砼运输采用泵送进行，输送泵管道用特殊加工的管道包裹，在每次输送泵作业前半小时，通热水进行管道预热并放出冷却积水。

5、由于暖棚内热源多，采用棉毡布进行覆盖，所以必须加强防火，备足消防器材，棚内严禁吸烟及明火作业，电焊前要采取安全措施。

经实际施工检验，冬季施工的保温措施满足了施工要求，保暖大棚的温度能稳定地保持在20℃以上，为主塔大体积承台的顺利施工创造了良好的条件。

大体积混凝土最小化温差控制技术

2006-06-10 17:36:05 (已经被浏览1974次)

高强混凝土基础表面复盖保温毯，可大幅降低表层混凝土冷却速度

工程师在重荷载结构设计中，常采用高强混凝土。由于，这种混凝土的强度比较高，因此，与采用传统混凝土的相比，其构件的尺寸就较小。大体积混凝土的水化热（无论是否采用高强混凝土）及其产生的温升，都会导致热膨胀和收缩问题。如不对其进行监测，混凝土中的温差膨胀，会使其内部的拉应力超过其抗拉强度，导致混凝土开裂。本文介绍了一种由某工程承包商采用的,对大体积高强混凝土基础,进行温差监控的方法。 大体积混凝土基础

美国田纳西流域管理局，正在对其管辖区内的烧煤发电厂，安装优先催化还原设备，其中有一个结构装置首位于阿拉巴马州东北部。新设备要求大体积混凝土基础承受其巨大的重力和瞬间荷载。基础由四个巨大的承台和相连的地梁组成。承台面积2.7m2，厚2.4m，地梁宽1.2m，深1.2m，基础混凝土的28天强度为C40（40MPa）。标准的能满足项目设计规范的拌合物是：石灰石骨料，350kg符合ASTM C150规范 的波特兰Ⅱ型水泥，以及47kg（符合ASTM C618规范）的F级粉煤灰。

ACI 207. 1R对大体积混凝土的定义是：“任何体积的混凝土，其三维尺寸大到足以需考虑测定其水泥水化产生的热量，及其伴随的体积变化会导致最细微的开裂。”ACI207 接着指出，巨大的拉应力和应变，可能会随着大体积混凝土中，温度升降引起的体积变化，而进一步发展。

本项目的基础，钢筋密布，四周均设约束钢筋。但是，这些钢筋不能保证混凝土不开裂，更不能防止混凝土产生热量。这些采用高强混凝土的基础，如果暴露在寒冷气候中进行养护，必然会由于基础中央和外露表面之间的巨大温差，而问题多多。但是，如果混凝土的最大温差得以控制，大体积混凝土基础的散热均匀，避免出现基础中的温差，这些问题都是可以避免的。被选择用于本项目的方法，就是尽量减少温差和降低混凝土最高升温，从而防止混凝土的开裂及其潜在的内部损伤。 测量设备及监测方法

当混凝土的外表面温度持续下降时（由于散热），会随着大体积混凝土内部持续升温（由于水化），使温度裂缝的可能性增加。此外，由于拌合物的配合比设计，水泥用量以及浇筑规模的大小，都会使混凝土内部的温度，轻易地超过最高安全极限温度70℃。该极限温度的设定，正是来自当前混凝土行业施工实践所关注的，与延迟钙矾石反应有关的，混凝土长期耐久性问题。外界（周围气温）温度与混凝土内部温度有巨大的差异（这种状况在实际施工中相当严重），如果外界温度进一步降低，外侧的混凝土就会阻止不断升温的内部混凝土的热膨胀，其结果就会导致混凝土毁损。

本项目的基础是在11月份浇筑的，当时的室外平均温度在4-10℃之间。特别是两个位于北面的承台，有三面外露在空气环境中，并在浇筑时，会遭受寒流。而两个位于南面的承台及地梁，由于局部埋在土中与地平面相平，且只有朝北一面外露，因此，遭受极端温差的可能性较小。

最初，避免温差膨胀和收缩问题的计划是：采用现有标准规定的保温毯给混凝土保温，尽量减少温差。把基础混凝土水化过程中产生的热散去，预计需14天。由于钢结构吊装进度很紧，因此，承包商很重视对基础进行14天保温养护。他们决定在混凝土内放置热电偶，用来确定何时混凝土内部温度，已下降到足以掀去保温毯。这是一种简单的监测温度的方案，可提供混凝土中最高的内部温度数据资料。

把热电偶放置在东北和西南方向上的承台内部（以代表混凝土的中心温度），也把热电偶放置在同样的承台外表面中央，（以代表混凝土的表面温度），深度离模板表面50mm。对西南方向上的承台进行温度测量，用以判断土地对混凝土温度变化和冷却的影响程度。

若出现特殊降温不切实际的场合，以及出现必须使用高强拌合物的场合，为了控制开裂，波特兰水泥

协会的“混凝土拌合物的设计和控制”规范认为的良好技术是：1）连续一次性浇筑全部分项混凝土工程，2）避免来自邻近混凝土构件的外部约束，3）通过防止混凝土内部和外层过高的温差，控制内部温度变化。本项目的基础，就采用连续一次性浇筑。并且不受到邻近混凝土构件的约束。 具体措施的落实

内部的水化热会引起升温，为了预测基础内部的峰值升温，我们采用了两种原始文件资料作为参考依据，即波特兰水泥协会文件和ACI207.2R规范。引起峰值升温的因素包括：混凝土的初始温度，周围环境温度，拌和物的配合比（胶凝材料总量），混凝土构件的尺寸，及其用钢量。

在炎热气候条件下，最常用的是：采用冷却水，或采用部分取代用水量的冰块，对混凝土进行降温。其他还有采用水喷淋骨料，或把液态氮注入新拌混凝土等降温方法。

基础混凝土的初始温度估计在16℃左右，其依据是：搅拌站测得的骨料和其他材料的温度。混凝土生产商表示，用特殊的方法把混凝土冷却到16℃以下，会增加生产成本。该混凝土初始温度，加上预计的混凝土升温，然后，对混凝土是否会超过极限温度70℃进行预测。

ACI207.1R第5.3节可用来近似算出，无冷却损失的混凝土最高升温。对于该工程项目采用的强度为40MPa的混凝土，根据ACI207.2R的方程式，预估的混凝土绝热升温为60℃（即无任何散热损失）。 根据《混凝土拌和物的设计和控制》的公式，可对采用350kg水泥，47kg粉煤灰，相当于23.5kg水泥进行计算（一般都以1/2粉煤灰的重量，当作产生水化热的水泥重量），预估出混凝土的最高升温约59℃（无冷却措施）。

把较高的峰值温度60℃，加上混凝土浇筑时的初始温度16℃，近似得出混凝土的最高温度77℃（无任何冷却损失）。预计混凝土通过正常外露，或在大气中的冷却，其内部的最高温度在68-70℃之间。因此，不必加冰块降低混凝土的初始温度。

为了控制表面裂缝，PCA文件建议，内外温差一般不要超过20℃。文件还指出，采用石灰石骨料的混凝土，其最大温差应限制在31℃。用于本工程项目的混凝土，其温差可能会超过这极限温度，因此，应采用隔热保温毯来降低温差，直至通过散热，使其内部温度与周围环境温度相同为止。本项目选择的混凝土内外极限温差是28℃。

本项目选择采用双层保温毯，其总热传导约4H2.h.f/Btu（0.70M2.K/W），可防止混凝土表面快速冷却。混凝土是在2002/11/22浇筑的，然后，就立刻将保温毯覆盖在所有外露的混凝土表面和木模板表面。采用热电偶测出混凝土内部和外表面的温差。估计需14天，才能使混凝土基础的内部温度降至周围环境温度（28℃）。定期对热电偶进行监测，以便确认何时可把复盖的保温毯掀掉。

在严寒气候条件下，基础周围地下的土壤，是降低散热的良好保温材料。但是，外露的混凝土，必须采用保温毯进行保温。 环境温度在28℃内

承包商采用热电偶，定期监测混凝土的温度，并且在混凝土的内部温度达到周围环境温度28℃时，把保温毯掀掉。我们有趣地观察到，当基础被局部埋在土层下时，诸如位于西南方向上的基础，与东北方向上的承台相比，混凝土的内部和外表温度都下降得较快。其原因就在于：土壤是良好的保温材料。地梁的温差不明显，其原因是：梁宽仅1.2m，而承台宽2.7m。12月3日（浇筑后第10天）东北方向承台的混凝土内部温度为27℃，基本与期望的平均环境温度28℃持平，这时，保温毯就掀掉了。在基础模板拆除后，外露的基础混凝土表面，没看到任何裂缝。几周后，仍无任何表面裂缝。 极限温差

表面裂缝，不但会影响到混凝土结构的美观，而且还会使其寿命受损。虽然，表面裂缝很小，但是，还是会令工程师、承包商和业主担心不已。内部裂缝和太高的混凝土温度，同样会产生问题，并更为令人担心。因为，如果会产生延迟性钙矾石反应，会对混凝土的整体性，带来许多不可预见的影响。在混凝土结构设计中，由于，高强度混凝土的使用日益普遍，因此，设计人员必须了解，并采用PCA和ACI的推

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