1、高温季节箱涵混凝土施工技术在南水北调天津干线中的应用【摘要】高温季节混凝土施工具有质量控制难度大、施工成本高、温度裂缝控制难等特点，本文主要介绍了南水北调天津干线保定市 2 段工程施工中成功实施的三孔箱涵混凝土高温季节施工经验，该工程中通过进行热工计算，配置了具有一定规模的制冷设施，通过综合预冷措施拌制出合格的低温混凝土，对现场原材料的温度进行测量，确保混凝土浇筑温度满足设计要求，保证了混凝土工程质量、工程进度和施工安全，可供类似工程参考借鉴。 【关键词】高温季节施工；温度控制；热工计算；温度测量 Abstract concrete construction in hot season is
2、difficult to control the quality, high construction cost, control of temperature cracks in hard to wait for a characteristic, this paper mainly introduces the South-to-North Water Transfer Project of Baoding section of Tianjin line 2 Construction in the successful implementation of the three box cul
3、vert concrete in hot season construction experience, the project through thermal calculation, equipped with a certain amount of refrigeration facilities, through comprehensive precooling measures mixing of qualified low temperature concrete, on the site of raw material temperature measurement, ensur
4、ing concrete pouring temperature and meet the design requirements, to ensure the quality of concrete engineering, project progress and construction safety, can offer a reference for similar engineering. Key words hot season construction; temperature control; thermal calculation; temperature measurem
5、ent 中图分类号：TQ639.2 文献标识码：A 文章编号：2095-2104（2012） 1 引言 天津干线工程是南水北调中线一期工程的组成部分，担负着向天津市和河北保定及廊坊部分地区供水的任务.根据施工进度计划安排，南水北调天津干线保定市 2 段工程在高温期（2011 年 6 月至 2011 年 9 月）将安排混凝土浇筑施工，月最高浇筑强度为 27812.4m3，每日避开高温时间段（12:0017:00）进行混凝土浇筑；按月最高浇筑强度计算，小时平均浇筑强度约 48.8 m3/h。为确保混凝土浇筑温度满足要求，采取了温度控制措施。本文以工程实例介绍了大型箱涵混凝土高温季节温度控制技术，以
6、供类似工程参考。 2 工程条件 2.1 工程概况 南水北调天津干线保定市 2 段全长 15.085km，采用有压箱涵输水型式。有压箱涵段总长 13.807km，全部采用一联 3 孔 4.4m4.4m 现浇普通钢筋混凝土结构。箱涵顶板厚 0.55m，底板厚 0.65m，边墙宽 0.55m，中墙宽 0.45m，结构混凝土强度等级采用 C30F150W6。该工程段内除箱涵外，共有各类建筑物 26 座，其中河渠交叉建筑物 4 座，公路交叉建筑物 14座，通气孔 7 座，分水口 1 座。本工程段输水规模为：设计流量50m3/s，加大流量 60m3/s；属 I 等工程。主要建筑物级别为 I 级。 2.2
7、气候条件 本工程属于温带大陆性季风气候区。冬季多西北风，气候寒冷干燥，雨雪稀少；春季气温增高，蒸发量大，多风，降雨量少；夏季降雨量增多，气候湿润；秋季天高气爽，降水较少。本工程段多年平均气温12.2，极端最低气温为-28.2，极端最高气温为 41.3。全年气温低于 0的天数为 130 天左右。最大冻土深度 67cm。全年大于 6 级的大风天数为 19.4 天，主要发生在 1 月5 月份。地区多年平均降水量为507.1mm。降水量年内分配不均匀，6 月9 月为汛期，降水量占全年降水量的 80%以上，而汛期降水又多集中在 7 月下旬至 8 月上旬。降水量的年际变化很大。多年平均水面蒸发量为（E60
8、1 型蒸发皿）1000mm1200mm。 3 高温季节混凝土施工温控的综合措施 3.1 温度控制要求 混凝土温度控制严格遵照水工混凝土施工规范 （DL/T5144-2001）的有关规定严格控制混凝土的出机口温度及运输、浇筑过程中的温度回升。混凝土允许浇筑温度应符合设计规定南水北调中线一期工程天津干线保定市 2 段施工技术要求中要求施工过程中应严格控制混凝土在出机口的温度，使得混凝土浇筑温度不大于 26，内外温差不大于 25。 3.2 温控措施选择 根据设计提供的混凝土在各种气温条件下的最大允许温度指标，在允许条件下优先采用费用低、实施简单、进度快、不会出现裂缝的温控措施及浇筑施工布置。 高温季
9、节混凝土的施工过程中，为了降低混凝土的入仓温度，可从混凝土原材料的温度控制和混凝土运输过程温度控制，两个方面来综合控制混凝土温度。据相关资料，当砂、石子、水、水泥每升高 10C 时，会使混凝土温度升高 0.250C、0.340C 、0.310C 、0.080C。石子比热较小，但占的比例较大，水的重量虽只占 6%左右，但比热大，二者都是影响内部温升的主要因素，为此需要对原材料温度实施监控。 3.2.1 原材料 水泥：选用河北鼎新水泥厂生产的普通硅酸盐水泥 P.O42.5，为罐装散水泥；开仓前提前备料，使水泥自然降温。 砂：采用中易水砂料场天然河砂；开仓前需提前备料，使其自然降温。 石：采用河北易
10、县石亢采石场人工骨料；开仓前提前备料，使其自然降温，必要时可采用地下水喷雾降温。 采用彩钢瓦遮阳棚对骨料仓进行全封闭遮阳，避免砂石骨料被太阳直晒，并对砂石骨料喷淋冰水降温，控制砂温度不高于 210C、石子温度不高于 200C。 3.2.2 搅拌车降温 混凝土水平运输搅拌车加设帆布遮阳和防雨篷，车箱两侧及底部改装增设铁皮隔热层，以控制混凝土运输中温度回升。要求在拌和楼下定时用冷水对运输搅拌车罐体进行喷淋，降低罐体温度。 3.2.3 降低拌和水温度 混凝土拌和用水为地下深井水加冰制成的冷水，由于水量较小不能满足混凝土连续浇筑特点，每个拌和系统设置独立的蓄水池以满足混凝土施工需要，抽送到水池的水温约
11、 120C，水池里的水为循环水。高温时向水池内加入块冰，控制水池的水温不高于 60C。高温时还可对水池进行遮阳覆盖，防止水温攀升。 3.2.4 高温时段进行混凝土浇筑 当高温时段进行混凝土浇筑施工时，浇筑仓面用遮阳网布设遮阳篷，以防止太阳直晒仓面，降低仓面环境温度，确保混凝土浇筑环境温度不高于 32。 3.2.5 混凝土浇筑工艺 充分利用高温季节中有利的浇筑时段进行混凝土浇筑，抓住早、晚和夜间温度相对较低的时机，抢阴雨时段，合理组织安排仓位进行混凝土浇筑。 3.3 基本参数 南水北调天津干线保定 2 段工程温控混凝土的配合比表 混凝土标号 水 胶 比 粉煤灰掺量 矿渣掺量（） 砂率 高效减水剂
12、掺量 引气剂掺量 水泥 kg/m3 粉 煤 灰 kg/m3 水 kg/m3 砂 kg/m3 小石 kg/m3 中石 kg/m3 C10 0.6 40 37 0.7 136 91 136 761 518 778 C30W6F150（泵送） 0.43 25 40 0.65 0.002 251 84 144 759 569 569 C30W6F150（常态） 0.44 25 36 0.5 0.006 235 78 138 698 620 620 C30W8F200 0.40 20 30 40 0.55 0.004 181 73 145 725 544 544 3.4 设计浇筑温度控制 为了满足混凝土
13、浇筑温度不大于 26的设计技术要求，在高温施工时段采取制冷措施生产混凝土，以确保混凝土浇筑温度满足设计要求。按施工总体布置，结合当地实际情况，本工程在混凝土生产系统布置制冷系统，以便满足高温季节混凝土施工需要，制冰系统供给生产混凝土用的拌制冷水，骨料采用深井水进行喷淋降温。 箱涵主体结构采用泵送混凝土，泵送混凝土每立方米 C30 混凝土中各种材料用量分别为：水 144kg，水泥 251kg，粉煤灰 84kg，砂 759kg，石子 1138kg。假定 7 月份材料温度为：水 6，水泥 56，砂 20，石子 19，砂含水率 5%，石子含水率 2%，搅拌棚内温度为 30，混凝土拌合物用搅拌车运输，混
14、凝土泵送入仓，倒运共 2 次，运输和成型共历时 1h，当时浇筑环境温度 32。 3.4.1 混凝土拌合物的温度： T0=0.92(Mcc?Tcc+Msa?Tsa+Mg?Tg)+4.2Tw(Mw-Wsa?Msa-Wg?Mg)+ C1 (Wsa?Tsa?Msa+Wg?Tg ?Mg)- C2 (Wsa?Msa+Wg?Mg)/4.2Mw+0.9 (Mcc+Msa+Mg)=0.92(25156+75920+113819)+4.26(144-0.05759-0.021138)+4.2（0.0520759+0.02191138）-0（0.05759+0.021138）/ 4.2144+0.90(251+75
15、9+1138) =（46789.36+2098.908+5004.048）/2538=21.234 其中：T0 混凝土拌和物温度（10T040） Mcc、Msa、Mg、Mw 每方混凝土的水泥、砂、石子、水的重量（kg） Tcc、Tsa、Tg、Tw 水泥、砂、石子、水的温度（） Wsa、Wg 砂、石子的含水率（%） C1 水的比热容（kJ/kg*K） C2 冰的溶解热(kJ/kg) 当骨料温度大于 0时， C1=4.2，C2=0； 当骨料温度小于 0时， C1=2.1，C2=335。 3.4.2 混凝土出机口温度： T1=T0-0.16(T0-Ti)=21.234-0.16（21.234-30）
16、=22.637 其中： T1 混凝土出机口温度（T110） T0 混凝土拌和物温度（） Ti 搅拌棚内温度（） 3.4.3 混凝土运输至成型的温度：T2=T1-（at+0.032n） （T1-Ta）=22.637-（0.251+0.0322）（22.637-32）=25.577 其中： T2 混凝土运输至浇筑时温度（） t 混凝土自运输到浇筑时的时间（h） Ta 运输时的环境气温（） a 温度损失系数，当用搅拌车送料时取 0.25 n 混凝土倒运次数 3.4.4 考虑模板和钢筋的吸热影响，混凝土浇筑成型完成时的温度： T3=(CcMcT2+CfMfTf+CsMsTs)/(CcMc+CfMf+C
17、sMs)=（0.97240025.577+0.9997.632+0.9922.59432）/（0.972400+0.9997.6+0.9922.594）=25.81 其中：T3 考虑钢筋和模板吸热影响，混凝土成型完成时的温度（） Cc 混凝土的比热容（kJ/kg*K） Cf 模板的比热容（kJ/kg*K） Cs 钢筋的比热容（kJ/kg*K） Mc 每立方米混凝土的重量（kg） Mf 每立方米混凝土相接触的模板重量（kg） Ms 每立方米混凝土相接触的钢筋重量（kg） Tf 模板的温度，未预热时可采用当时的环境温度（） Ts 钢筋的温度，未预热时可采用当时的环境温度（） 经计算，高温季节通过采
18、取制冰系统供给生产混凝土用的拌制冷水，并对骨料冷却等措施，可以保证混凝土浇筑温度26，满足水工混凝土施工规范 （DL/T5144-2001） 、 南水北调中线一期工程天津干线保定市 2 段施工技术要求 、招标文件技术要求及水工混凝土施工规范的要求。 4 混凝土用冰量计算 当两个温度不同的物体放在一起时，高温物体将放出热量，温度降低；低温物体将吸收热量，温度升高；最后两物体温度相同，最终达到热平衡。在热传递过程中，若低温物体吸收的热量为 Q 吸，高温物体放出的热量为 Q 放，在没有热量损失情况下，则 Q 吸=Q 放利用这个关系可以求出物质的比热容或物体的质量或物体的温度。 物体由于温度变化所吸收
19、或放出的热量的计算公式为： Q=mct 其中：Q-表示物体吸收或放出的热量； m-表示物体的质量； C-物体比热容； t-表示物体温度升高或降低的度数，即温度的变化量。 可见，物体吸收或放出热的多少由物体质量、物质比热容和物体温度的变化量三个量的乘积决定，跟物体的温度高低无关。 公式 Q= mct 可分解和改写如下： 式中t 升、t 降分别为物体升高、降低的温度度数，t0 表示物体初温，t 表示物体末温。 保定市 2 段工程箱涵混凝土配合比中每 1m3 混凝土需水 144Kg。由热工计算可知，抽送到水池的水温为 12，冰块温度为-20，水的比热容为 4.2，冰的比热容为 2.1，要使混凝土浇筑
20、温度满足设计技术要求，必须保证混凝土拌和水温不大于 6，根据热量公式联立求解得： M 水+M 冰=144 M 水4.2（12-6）=M 冰2.1（6+20） M 水=98.5Kg ； M 冰=45.5Kg 根据以上联立求解得出 1m3 混凝土要满足设计要求的混凝土浇筑温度26，需用 98.5Kg 深井水加 45.5Kg(-20)制成 144Kg 冰水（6） ；按高温季节避开高温时段的混凝土浇筑强度 48.8m3/h 计算，每天需供应冰块约 42.2t。在 2#、4#营区拌和系统各布置一幢 40m2 的储冰室，两个储冰室一次储冰量约为 64t，冰块供应、储存量满足现场生产需要。 5 混凝土测温方案 5.1 保证骨料仓内随时储备一定量的砂和石子，在混凝土开仓前，采用喷淋法对砂和石子遇冷，设专人对原材料进行温度测量，确保混凝土
