專利名稱：大體積混凝土的快速澆筑及溫控方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種大體積混凝土的快速澆筑及溫控方法，屬于混凝土澆筑及溫控方 法的技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
目前大體積混凝土施工后常常出現(xiàn)裂縫，如大壩、錨碇、橋墩等，溫度荷載是導(dǎo)致 大體積混凝土開裂的重要原因，因此在此類工程中混凝土的施工期溫度控制是設(shè)計(jì)和施工 的一項(xiàng)非常重要的內(nèi)容。目前常用的溫控手段有可概括為四個(gè)方面控制澆筑溫度、水管冷 卻、倉面散熱和表面保溫。這幾個(gè)方面的措施綜合使用對(duì)防止裂縫出現(xiàn)有明顯的作用，但大 體積混凝土的裂縫仍經(jīng)常出現(xiàn)，影響工程的正常施工進(jìn)度和安全運(yùn)行。主要的原因存在于 這些措施的組合不夠合理，比如水管布置太希疏、冷卻水溫偏高，表面保溫材料的厚度和保 溫時(shí)間不合理，過于依賴倉面散熱等等。為了保證大體積混凝土的施工質(zhì)量，并加快澆筑進(jìn) 度，可以從施工期的溫控手段方面進(jìn)行一些改進(jìn)。在大體積混凝土澆筑塊厚度的理論研究方面，國內(nèi)朱伯芳對(duì)澆筑層厚度曾經(jīng)做過 專門的探討，提出一些簡單易用公式，計(jì)算了澆筑層厚與澆筑塊溫度之間的一些關(guān)系，并提 出澆筑層的臨界上升速度概念，為工程技術(shù)人員提供了簡明方便的參考。長江水利委員會(huì) 設(shè)計(jì)院為確保2003年三峽大壩第一批機(jī)組發(fā)電目標(biāo)，曾從混凝土溫控角度對(duì)蝸殼二期混 凝土澆筑層厚進(jìn)行研究，提出合理的溫控措施，在滿足施工質(zhì)量要求的前提下，適當(dāng)加大了 澆筑層厚。三峽工程的科技工作者還對(duì)大壩非約束區(qū)采用3. Om澆筑層厚進(jìn)行了計(jì)算研究。 二灘拱壩工程的研究者在計(jì)算了溫度應(yīng)力的基礎(chǔ)上也提出澆筑層厚度由1. 5m改為3. Om的 方案，實(shí)踐證明方案是成功的。中國水利水電第四工程局有限公司完成的“混凝土澆筑中溫 控防裂的施工方法”申請(qǐng)了國家發(fā)明專利該項(xiàng)技術(shù)研究建立和完善了大體積混凝土溫度 控制和施工層間歇期預(yù)警預(yù)控系統(tǒng)，將施工中各環(huán)節(jié)的大體積混凝土溫度控制在預(yù)警預(yù)控 底線之內(nèi)；采用高效緩凝減水劑、優(yōu)化大體積混凝土配合比等來控制大體積混凝土內(nèi)部早 期溫度；對(duì)大壩大體積混凝土永久外露面采用后貼保溫材料等綜合技術(shù)，從根本上確保了 壩體永久面、長間歇面的保溫、保濕效果。該專利實(shí)現(xiàn)了高溫條件下，大體積混凝土 3. Om澆 筑層厚且溫控防裂效果良好?，F(xiàn)在對(duì)大壩非約束區(qū)混凝土，3. Om的澆筑層厚已經(jīng)是一項(xiàng)常 規(guī)的措施。但這一層厚與國外水平相比仍存在很大差距，有進(jìn)一步改進(jìn)的空間。根據(jù)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)和計(jì)算分析，在國內(nèi)外最近幾十年的混凝土大壩施工中，混凝土澆 筑層厚和間歇期是限制施工速度的兩個(gè)瓶頸。目前常用的混凝土壩澆筑層厚度在強(qiáng)約束區(qū) 一般是1. 5m 2. Om,在弱約束區(qū)和非約束區(qū)一般是2. Om 3. Om,超過3. Om的澆筑層厚國 內(nèi)很少見。目前常用的澆筑層間歇期是7d左右，一般在5d 10d，也有少部分澆筑層的間 歇期在20d 30d。采用3m以下的澆筑層厚和5d以上的間歇期的一個(gè)重要目的是為了讓 混凝土在間歇期內(nèi)散發(fā)一部分熱量，從而達(dá)到降低內(nèi)部溫度的效果。一般而言，一個(gè)IOOm 高的混凝土壩，基礎(chǔ)約束區(qū)至少要分為10個(gè)澆筑層，基礎(chǔ)非約束區(qū)的混凝土至少要分為27 個(gè)澆筑層，共計(jì)至少37個(gè)澆筑層，每個(gè)澆筑層澆筑時(shí)間約ld，間歇期按平均數(shù)計(jì)算約7d。如果不計(jì)其它因素的影響，一個(gè)河床壩段的混凝土澆筑到壩頂至少需要10個(gè)月。在目前的實(shí) 際工程當(dāng)中，各個(gè)壩段是交替上升的，同時(shí)考慮到混凝土的生產(chǎn)能力和運(yùn)輸能力，以及其它 工序的影響，比如灌漿、導(dǎo)流等，一個(gè)IOOm高的混凝土壩主體工程一般需要20個(gè)月 40個(gè) 月，如果壩段較多，則需要的時(shí)間更長。而目前規(guī)劃和設(shè)計(jì)中的一些混凝土壩達(dá)到200m 300m級(jí)高度，對(duì)于這類高壩，澆筑層更多，需要協(xié)調(diào)的工序和因素也更多，因此澆筑層厚和 間歇期長度對(duì)整個(gè)施工進(jìn)度的影響更加顯著。而且根據(jù)實(shí)際情況來看，采用較小的澆筑層 厚和較長的間歇期進(jìn)行散熱，混凝土壩仍有很多裂縫出現(xiàn)?？梢?，目前的溫控方法有值得進(jìn) 一步改進(jìn)之處。實(shí)際上，超過3m的厚澆筑層，比如6m、9m，甚至十幾米，在我國大躍進(jìn)的歷史階段 在個(gè)別混凝土壩施工中曾經(jīng)實(shí)施過，但是當(dāng)時(shí)的溫控防裂計(jì)算水平和實(shí)施手段無法滿足工 程實(shí)際的要求，因此當(dāng)時(shí)的快速澆筑方法實(shí)施后混凝土出現(xiàn)較多的裂縫，無法達(dá)到質(zhì)量控 制要求。此后，國內(nèi)始終將3m的澆筑層厚和7d左右的間歇期作為常用的澆筑方式。國際 上采用厚澆筑層較多的國家主要是加拿大，該國的史迪華特維利重力壩，高65m，采用通倉 厚層澆筑，每次澆筑層厚為12 15m ；拉葉重力壩，高72m，通倉厚層澆筑，每次澆筑層厚為 19. 5m。可見國外在混凝土壩的快速施工方面已經(jīng)領(lǐng)先于我國。限于以往水管冷卻算法的精度，前人的研究成果、專利對(duì)水管冷卻的效果認(rèn)識(shí)還 不夠深入，實(shí)際工程中常用的最大澆筑層厚是3. 0m，混凝土澆筑塊中的水管布置往往間距 較大，一般是2. 5m 3. Om,除了間距以外，對(duì)影響冷卻效果的其它因素也沒有充分優(yōu)化。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明目的是針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷提供一種大體積混凝土的快速澆筑及溫 控方法。本發(fā)明為實(shí)現(xiàn)上述目的，采用如下技術(shù)方案
本發(fā)明大體積混凝土的快速澆筑及溫控方法包括如下步驟
(1)水管冷卻澆筑過程中，鋪設(shè)HDPE管或金屬水管，所述管內(nèi)徑25mm 45mm，所述管 布置型式采用豎直距離和水平距離在1 . O m 1 . 5 m ；壩體層內(nèi)按照左右岸方向進(jìn)行布 置；冷卻水溫使用8. 0°C 20. O0C，冷卻水的流量為0. 5 m3/h 6. 0m3/h ；開始通水時(shí)間是 若混凝土澆筑溫度高于管中的水溫，則澆混凝土的同時(shí)就開始通水；若混凝土澆筑溫度低 于管中的冷卻水溫，則混凝土澆筑后等到混凝土澆筑溫度的溫升達(dá)到管中的水溫時(shí)才開始 通水；通水開始后，每隔0. 5d 2. 0d換一次通水方向，其中d表示天，下同；
(2)表面保溫混凝土澆筑完5d 3 0 d后拆模，壩體模板外貼1 5cm厚的泡沫塑 料板進(jìn)行保溫，同時(shí)澆筑倉面采用一層大壩保溫被進(jìn)行保溫。優(yōu)選地，所述管布置型式采用豎直距離和水平距離在1 . 0 m 1 . 5 m。優(yōu)選地，冷卻水的流量為0. 5 m3/h 6. 0m3/h。本發(fā)明利用厚層筑層和水管散熱的方式，主要通過加強(qiáng)和優(yōu)化水管冷卻的作用， 將混凝土內(nèi)的熱量及時(shí)導(dǎo)出，從而達(dá)到更好的溫控效果，同時(shí)也可以實(shí)現(xiàn)厚澆筑層和短間 歇期的快速澆筑方法。改變了以往薄層長間歇澆筑所帶來的混凝土內(nèi)部和間歇面拉應(yīng)力 大，施工耗時(shí)長的缺點(diǎn)。本發(fā)明上述這些水管冷卻因素的合理組合下，再輔以相應(yīng)的表面保溫措施，可以實(shí)現(xiàn)任意的混凝土澆筑層厚和澆筑間歇期的組合，比如目前的澆筑方式可以擴(kuò)展為6m厚 的澆筑層以及5d的澆筑間歇期，甚至更大的澆筑層厚以及更小的間歇期，從而加快施工速 度，并實(shí)現(xiàn)混凝土防裂要求。采用合理的水管冷卻和表面保溫措施，還可以放寬澆筑溫度的 要求。在達(dá)到相同溫控目標(biāo)的要求下，降低澆筑溫度比加強(qiáng)水管冷卻的耗費(fèi)大很多，因此， 本發(fā)明中提出的方法還可以明顯節(jié)約施工成本。
具體實(shí)施例方式本發(fā)明通過合理的水管布置對(duì)各種大體積混凝土實(shí)現(xiàn)快速澆筑，并實(shí)現(xiàn)防裂目 標(biāo)。根據(jù)不同的混凝土發(fā)熱速度和發(fā)熱量，冷卻水管可以選擇采用塑料管或鐵管。根據(jù)冷 卻水流量要求，水管內(nèi)徑可以選擇在25mm 45mm范圍內(nèi)。根據(jù)管壁能承受的水壓和所產(chǎn) 生的冷卻效果，管壁厚度可以選擇在1. 5mm 5. Omm之間。根據(jù)不同的澆筑層厚和混凝土 熱學(xué)性質(zhì)，水管在豎直方向和水平方向的布置間距應(yīng)處于1. Om 1. 5m之間。根據(jù)不同區(qū) 域混凝土的拉應(yīng)力大小，布置水管的具體位置。根據(jù)水管沿程水溫的變化幅度，水管的長度 一般取IOOm 300m。根據(jù)冷卻所應(yīng)達(dá)到的混凝土溫度峰值要求以及峰值后溫度下降速度 的要求，冷卻水的進(jìn)口水溫一般可以取8. 0°C 20. 0°C，同時(shí)，冷卻水的進(jìn)口溫度與不同的 水管材料以及水管布置密度也是相關(guān)的。為了便于冷卻過程的優(yōu)化控制，冷卻水的流量應(yīng) 在不同的冷卻階段進(jìn)行調(diào)整，一般在0. 5m3/h 6. 0m3/h，這個(gè)因素也是與進(jìn)口水溫密切相 關(guān)的。根據(jù)混凝土的發(fā)熱延續(xù)時(shí)間，通水冷卻的時(shí)間長度一般在7.0d 28d范圍內(nèi)。根據(jù) 混凝土不同階段的冷卻均勻性要求，水流方向的變化一般控制在0. 5d 2. Od范圍內(nèi)。本發(fā)明具體是通過改變水管冷卻措施中的水管材質(zhì)、水管直徑、管壁厚度、水管的 間距、水管的位置、水管長度、進(jìn)口水溫、冷卻水流量、通水時(shí)間、水流方向的方法，并輔以相 應(yīng)的表面保溫方法，可使?jié)仓雍裢黄?米，澆筑間歇期短于5天，從而實(shí)現(xiàn)大體積混凝土 的快速澆筑，同時(shí)有效防止裂縫的出現(xiàn)。實(shí)施例1 廣東省某混凝土壩工程中，多個(gè)澆筑塊采用6m的澆筑層厚，在當(dāng)?shù)馗邷?條件下，放開澆筑溫度的限制。施工中具體實(shí)施的方法如下(1)水管冷卻澆筑過程中，鋪 設(shè)PVC管，水管內(nèi)徑28mm，水管布置型式采用豎直距離X水平距離=1.50X1. OOm0壩體 層內(nèi)(高程243. Om以下)水管按照左右岸方向進(jìn)行布置，水流流道以上(高程243. Om以上) 的常態(tài)混凝土按照上下游方向布置。水管布置時(shí)要保證水管離壩體表面有0. 5m 0. 8的 距離。冷卻水溫使用22. 0°C，通水流量為25L/min，通水時(shí)間為20d。開始通水時(shí)間選擇的 原則是若混凝土澆筑溫度高于管中水溫，則澆混凝土的同時(shí)就開始通水；若澆筑溫度低 于冷卻水溫，則混凝土澆筑后等到它的溫升達(dá)到水管中的水溫時(shí)才開始通水。通水開始后， 每隔Id換一次通水方向。通水開始后，每隔Id換一次通水方向。(2)表面保溫混凝土澆 筑完5d后拆模，澆筑時(shí)壩體四周用2cm厚的泡沫塑料板進(jìn)行保溫，同時(shí)澆筑倉面也要采用 一層土工膜進(jìn)行保溫。對(duì)于流道上部的常態(tài)混凝土，在高程243. Om 248. 5m的區(qū)域，澆筑 完15d后再拆模，在此期間，表面繼續(xù)進(jìn)行保溫。高程248. 5m以上區(qū)域常態(tài)混凝土，仍按照 澆筑完5d時(shí)間拆模，澆筑時(shí)保溫。經(jīng)過采用本發(fā)明不僅建設(shè)了一個(gè)優(yōu)質(zhì)工程，而且提前半 年完工和發(fā)電，取得巨大的經(jīng)濟(jì)效益
實(shí)施例2 四川某混凝土壩工程中，位于基礎(chǔ)強(qiáng)約束區(qū)的13 #河床壩段，長152m，寬 20m，采用本發(fā)明進(jìn)行6m層厚的澆筑。施工中采用的快速澆筑溫控方法具體如下(1)水管冷卻采用HDPE管，直徑為2. 8cm，水管豎直間距X水平間距為1. 5mX 1. 5m，最上層水管距 離倉面0. 6m，水管距離上下游面水平距離0. 5 1. 0m。進(jìn)口水溫10°C，通水28d。起始通 水流速1.2m/s。通水14d后流速減為0.6m/s。每隔一天換一次通水方向。(2)表面保溫 在混凝土倉面覆蓋2. Ocm厚的大壩保溫被直到上層混凝土澆筑，在混凝土側(cè)面鋼模板外貼 3. Ocm厚的聚乙烯苯板(拆模前)和覆蓋2. Ocm的大壩保溫被(拆模后)。(3)澆筑溫度自然 入倉(澆筑溫度約為日平均氣溫加3°C，且最高澆筑溫度不超過18°C )。采用上述方法進(jìn)行 澆筑不僅成功實(shí)現(xiàn)了單個(gè)壩段上升過程中的快速澆筑，還實(shí)現(xiàn)了三個(gè)壩段同時(shí)上升的快速 澆筑，這些快速澆筑的混凝土至今未見裂縫發(fā)生。
權(quán)利要求
一種大體積混凝土的快速澆筑及溫控方法，其特征在于包括如下步驟(1)水管冷卻澆筑過程中，鋪設(shè)HDPE管或金屬水管，所述管內(nèi)徑25mm～45mm，所述管布置型式采用豎直距離和水平距離在１.0ｍ～１.５ｍ；壩體層內(nèi)按照左右岸方向進(jìn)行布置；冷卻水溫使用8.0℃～20.0℃，冷卻水的流量為0.５m3/h～6.0m3/h；開始通水時(shí)間是若混凝土澆筑溫度高于管中的水溫，則澆混凝土的同時(shí)就開始通水；若混凝土澆筑溫度低于管中的冷卻水溫，則混凝土澆筑后等到混凝土澆筑溫度的溫升達(dá)到管中的水溫時(shí)才開始通水；通水開始后，每隔0.5d～2.0d換一次通水方向，其中d表示天，下同；(2)表面保溫混凝土澆筑完５d～30ｄ后拆模，壩體模板外貼1～5cm厚的泡沫塑料板進(jìn)行保溫，同時(shí)澆筑倉面采用一層大壩保溫被進(jìn)行保溫。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的大體積混凝土的快速澆筑及溫控方法，其特征在于所述冷卻 水管的布置密度為1. 0 m 1. 5 m，冷卻水溫使用8. 0°C 20. 0°C，冷卻水的流量為0. 5m3/ h 6. 0m3/h。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的大體積混凝土的快速澆筑及溫控方法，其特征在于所述通冷 卻水的時(shí)間長度在7. Od 28d范圍內(nèi)。
全文摘要
本發(fā)明公布了一種大體積混凝土的快速澆筑及溫控方法，包括(1)水管冷卻和(2)表面保溫。本發(fā)明通過改變水管冷卻措施中的水管材質(zhì)、水管直徑、管壁厚度、水管的間距、水管的位置、水管長度、進(jìn)口水溫、冷卻水流量、通水時(shí)間、水流方向的方法，并輔以相應(yīng)的表面保溫方法，可使?jié)仓雍裢黄?米，澆筑間歇期短于5天，從而實(shí)現(xiàn)大體積混凝土的快速澆筑，同時(shí)有效防止裂縫的出現(xiàn)。該方法可以用于土木水利工程的大體積混凝土快速施工。
文檔編號(hào)E04G21/02GK101994392SQ201010532688
公開日2011年3月30日 申請(qǐng)日期2010年11月5日 優(yōu)先權(quán)日2010年11月5日
發(fā)明者劉敏芝, 張楊, 強(qiáng)晟, 朱岳明, 朱振泱, 海燕, 王海波, 王潤英, 許軍才, 郭利霞, 陳守開, 頡志強(qiáng) 申請(qǐng)人:河海大學(xué)