循环水工艺在大体积混凝土施工中的应用研究

仲伟华+钟爱成+谢剑学

【摘 要】使用循环水流经混凝土内部，通过热交换后被加温，平衡大体积混凝土内外温度，防止混凝土温差所产生的应力裂缝，确保工程质量。循环水流可采用深基坑降水井中水源，循环水流经混凝土内部完成降温工序后还可抽出作为养护用水，节约了大量的水资源。对超大体积混凝土施工具有很好的推广应用价值。

【关键词】循环水；降温；大体积；混凝土；节约；水资源

1. 概论

混凝土浇筑后，水泥在水化过程中，前1～3天释放出的热量是总热量的一半。大体积混凝土底板施工时，为控制混凝土里表温差，一般是采用表面覆盖的方法来提高混凝土表面温度。当混凝土底板厚度更厚，混凝土强度及入模温度更高，采用表面覆盖的办法提高表面温度有限，里表温差不能控制在设计范围内时，就必须采取其它措施来降低混凝土硬化过程中的内部温度。采用“预埋冷却管”通过水循环冷却，强制降低内部混凝土水化温度的方法目前效果较好。“预埋冷却管”原理是通过高压水泵将温度较低的水注入预埋在混凝土中的冷却水管中，混凝土内部水化热通过钢管热交换导入水中，再通过水的循环使混凝土中心温度降温，从而达到降低混凝土里表温差的目的。

2. 特点

（1）采用冷却循环水温控法降低大体积混凝土温升，经济实用性强、施工操作方便、施工工艺简单、易掌握、生产效率高、安全可靠、施工成本低。可以与钢筋工程同时进行施工，有较强的适用性。

（2）大体积钢筋混凝土结构尺寸较大，为保证混凝土浇筑施工及钢筋位置不产生移位或变形，往往需要增加钢筋马墩或钢筋支撑。合理地分层布置循环水管，可充当钢筋马墩或支撑，节约相当量的钢筋等费用的投入，降低施工成本。

（3）大体积混凝土冷却循环水温控工艺，能够通过测温点内传感器所测混凝土内温度的变化规律，自动调节循环水管水流速度，平衡大体积混凝土内外温度，防止混凝土温差所产生的应力裂缝，确保工程质量。

（4）循环水源可采用深基坑降水井中水源，节约了新水的取用量，大体积混凝土冷却循环水流经混凝土内部通过热交换后被加温，抽出后作为养护用水，提高混凝土表面温度，效果明显，施工成本降低，可节约大量的水资源。

3. 试点工程中循环水工艺的应用

3.1 试点工程概况。

苏州惠润国际大厦项目由地下三层、地上二十七层组成，商业综合体建筑，总建筑面积148500m2。地下室基础底板由主楼筏板（H=2000mm）及裙楼筏板（H=800mm）组成，面积16900m2。裙楼筏板混凝土量为11600m3，主楼筏板基础混凝土量8500m3（其中试点3区4650m3），属大体积混凝土底板。

3.2 采用循环水降温工艺的原因。

（1）环境因素：此次底板浇筑施工正直7～8月夏季高温期（白天平均温度35度以上），地表温度高达近50℃。混凝土浇筑后，由于水泥水化热导致混凝土内部温升较高热量不易散出，加之高温季节温度更是不易降下来。而混凝土面层为了防止水分蒸发过快进行浇水养护，所以相对内部散热较快，形成内外温差。依据《GB 50496-2009 大体积混凝土施工规范》要求，大体积混凝土内外温差不大于25℃，超过这个温度会使混凝土内部产生的压应力，而表面产生的拉应力值增大，而此时混凝土的龄期很短抗拉强度较低。因此，混凝土在内部拌合水的水化和蒸发以及胶质体的胶凝等作用下，促使混凝土硬化时的收缩，在收缩时由于受到基底及结构本身的约束，会产生很大的收缩应力（拉应力），当收缩应力超过当时的混凝土抗拉强度时，就会产生收缩裂缝。本底板通过计算，升温阶段混凝土的内外温差已大于25℃，必须采取防止混凝土裂缝的措施。

（2）本工程2m厚底板一次性浇筑，混凝土施工后采用1层塑料薄膜+1层岩棉+2层麻袋覆盖养护施工方法，混凝土底板中心温度和表层温度之差为42.6℃，大于25℃，不符合大体积混凝土施工规范要求，必须采取措施降低中心温度。

3.3 施工工艺流程及操作要点。

3.3.1 施工工艺流程见图1。

3.3.2 冷却循环水管和测温点设置计算控制。

冷却循环水管规格大小、设置间距和分层系统、测温点布置以及采用水泵大小等的确定，要考虑以下因素：

图1 施工工艺流程

（1）循环水管接触面砼的热阻系、比热、导热系数及其修正值；

（2）砼的体积，砼与循环水接触的表面面积；

（3）所用水泥品质、水泥水化热释放的速度、砼维持到最高温度的延续时间及砼在指定期龄内水泥的水化热取值标准、砼的初凝和终凝的时间；

（4）热交换所需冷却循环水流量和阻抗等。

3.3.3 冷却循环水管和传感器安装控制。

（1）如果冷却循环水管在大体积砼内部充当钢筋网片的支撑系统，必须对所用管的刚度和强度有较高的要求标准，一般情况下，只考虑水的压力、新浇砼的压力及振捣棒对其的震动力。尤其是弯管和焊缝等处，必须严格按照标准进行验收。

（2）管道安装完成后必须进行试压和试运行，以便于及时整改所出现的问题。

（3）所用管道必须是没有经过防腐处理，并且要将铁锈等清除干净，便于与砼粘结。

（4）电阻传感器的安装必须严格按照要求进行，绝缘效果、与钢筋或埋件的间距要控制得当，避免所测定的温度忽大忽小而失真。

（5）传感器预置导线安装完成后，必须进行测试调整。

3.4 施工准备阶段：循环水工艺的关键工序。

图2

3.4.1 针对本工程大体积混凝土的特点编制详细的循环水降温专项方案，并对方案的可操作性进行分析。现场循环冷却水管均分三层布设，其垂直间距500mm。每层管的铺设面积均在70%以上，每层分别设置一个进水口和一个出水口。管径选用DN40的焊接钢管，螺纹连接。根据水管铺设的长度计算出三区的总换热面积为640.8m2 （见图2）。

3.4.2 为随时掌握混凝土内部的温度，对浇筑的混凝土进行了温度监测（测温点剖面图见图3）。

（1）测温点布置：按每隔10m左右布点，布置28个测温点。

（2）测温仪器采用采用电子测温仪。

（3）配备专职测温人员，按三班考虑，对测温人员进行培训及安全交底。测温人员要认真负责，按时按孔测温，不得遗漏或弄虚作假。测温记录要填写清楚、整洁，换班时要进行交接。

（4）测温工作应连续进行，温度上升阶段，每3h测一次，温度下降阶段每6h测一次，7天后6h测一次。同时应测大气温度。

（5）裂缝观察：现场工艺人员定期进行混凝土的裂缝观察，裂缝观察也采用先频后疏的原则，覆盖养护后，每天观察不少于四次，5天后每天观察不少于2次，直至撤除保温层。

（6）测温记录。

第1天～第7天 每3小时测温一次；

第8天～第14天 每6小时侧温一次

3.4.3 严格检查材料、设备准备情况。

对到场材料进行取样送检，设备进行检查。待材料、设备检测合格后方可使用。如DN40的循环水钢管、连接的管件、支撑的钢筋、测温仪、电线等材料设备。

图3 测温点剖面图

（1）由专业水工班组进行加工安装，同时对安装人员做好工艺交底工作。

（2）加强循环冷却水管安装质量控制，对其管口接头部位，支撑进行重点检查。

（3）循环冷却水管安装完后进行0.4MPa的水压试验和通水测试，检查渗漏情况，确保水管的畅通，无泄漏。

（4）为有效的监测循环水温和水流速、流量，分别在冷却管入口处及冷却处安装水温表、流速表进行降温观测。

（5）现场预埋电子测温设备，检查电子测温设备预埋数量和间距。同时，对测温设备统一编号。

（6）应急物资准备，落实应急物料（a、现场单独配备一台15KW发电机组，确保循环水泵正常工作；b、备用水源的准备情况；c、配备增压泵，在水泵压力不足时进行增压，从而保证循环水流速、流量）。

3.5 施工阶段循环水工艺的关键工序。

（1）控制大体积混凝土浇筑方法、浇筑顺序，确保混凝土浇筑质量。

（2）在浇筑完成12小时后立即开启循环水进行冷却降温。

（3）测温工作要连续进行，温度上升阶段，每3小时测一次，温度下降阶段每6小时测一次，7天后6小时测一次。

（4）监测大气温度，入水温度、出水温度、水流量、流速并做好记录，并对记录数据进行比对、分析。若内外温度大于25℃时，应及时报告，以便采取措施。可以在循环水内拌和冰水和混凝土表面加强覆盖，以尽快降低内外温差。

3.6 施工后期的监控。

（1）混凝土浇筑完成后及时在混凝土表面进行覆盖，一层塑料薄膜，一层岩棉、二层麻袋覆盖养护。同时不间断湿水进行养护（用循环水管流出的热水）。

（2）裂缝观察，定期进行混凝土的裂缝观察，裂缝观察也采用先频后疏的原则，覆盖养护后，每天观察不少于四次，五天后每天观察不少于2次，直至撤除保温层，并将观察情况如实记录。

4. 结论与建议

（1）本项目循环水管采用DN40钢管螺纹连接，其循环水源采用深水降水井中水源，节约了新水的用量，水温恒温20度。抽水深水泵型号YQS200，功率4KW，扬程40M，排量20m3/h。 在7～8月份高温季节进行大体积混凝土的浇筑时，采用循环水方式进行降温可以有效控制混凝土内表温差，起到在短时间内迅速降温的效果。辅助计算机测温系统随时监测混凝土内部点处温度变化，循环水降温系统能有效控制混凝土温度变化，混凝土温度变化符合规范要求。5个月的观测纪录反映混凝土基础无温度裂缝产生。

（2）夏季浇筑大体积混凝土施工时易采用预埋冷却管进行循环水降温措施，能在有效的时间里降低混凝土内外温差。既保证质量又能节约时间进行下道工序施工。

（3）从施工角度去控制大体积混凝土裂缝的产生，虽然投入了智能大体积混凝土测温系统及大量的优质钢管（循环冷却系统用），但优质的结构施工避免了因裂缝产生而造成的修补费用，最终取得较好的质量效果和经济效益；

（4）该工艺在超大体积混凝土内部埋设连通比表面积大、热交换效率高的金属薄壁管，通水循环流通，通过调节水流量及流速，控制混凝土内部温升速率，有效地解决超大体积混凝土温度裂缝防治的工艺难题。

（5）该工艺使用循环水流经混凝土内部，通过热交换后被加温，抽出后作为养护用水，节约了大量的水资源。对超大体积混凝土施工具有很好的推广应用价值。

参考文献

[1] 龚晓南，高有潮. 《深基坑工程设计施工手册》.中国建筑出版社，1998.

[2] 绿色施工导则（建质【2007】223号）.

[3] 《建筑施工手册》（第四版 缩印本2008年9月版）.

[文章编号]1619-2737（2014）12-12-927