地下室承臺(tái)大體積混凝土出機(jī)溫度控制實(shí)踐

一、工程簡(jiǎn)況

　　某工程地下室承臺(tái)CT14及CT15厚度約為2m，屬大體積混凝土，各約需300m3 混凝土；混凝土的設(shè)計(jì)強(qiáng)度等級(jí)為C35，抗?jié)B等級(jí)為P8，坍落度為120mm；施工時(shí)間是在7月份，施工單位要求控制混凝土的入模溫度不超過35℃。

　　考慮到水泥水化及運(yùn)輸途中混凝土與外界空氣的熱交換以及混凝土與攪拌筒壁摩擦等可能造成混凝土的溫度上升，要使混凝土的入模溫度控制在35℃以下，混凝土的出機(jī)溫度宜控制在30℃以下。

二、原材料

　　我公司試驗(yàn)室根據(jù)施工要求進(jìn)行了混凝土配合比的試驗(yàn)，在保證混凝土強(qiáng)度和施工性能的前提下，盡量減少水泥的用量以降低水化熱?；炷恋母鞣N原材料及配合比情況如下：

　　水泥：廈門鳳山水泥廠生產(chǎn)的P.O42.5 水泥；

　　細(xì)集料：漳州龍海產(chǎn)的河砂，級(jí)配良好，細(xì)度模數(shù)2.5；

　　粗集料：廈門海滄產(chǎn)的5 ～40mm 連續(xù)粒級(jí)碎石；

　　粉煤灰：漳州后石電廠產(chǎn)的Ⅱ級(jí)粉煤灰；

　　減水劑：廈門科之杰科技發(fā)展有限公司生產(chǎn)的緩凝高效減水劑；

　　防水劑：廈門宏發(fā)公司生產(chǎn)的防水劑；拌合水：自來水。

　　經(jīng)試驗(yàn)確定的混凝土配合比（單位kg/m3）為：水168，水泥310，細(xì)集料747，粗集料1075，粉煤灰55，防水劑19，減水劑6.2。

三、混凝土出機(jī)溫度計(jì)算

　　為了簡(jiǎn)化計(jì)算，我們假設(shè)混凝土攪拌機(jī)內(nèi)部環(huán)境及蓄水池內(nèi)部環(huán)境為絕熱環(huán)境（即攪拌機(jī)內(nèi)組成混凝土的各種原材料不與攪拌機(jī)筒壁及筒內(nèi)空氣發(fā)生熱交換、蓄水池內(nèi)拌合水不與池壁及空氣發(fā)生熱交換），而且忽略水泥水化熱，則混凝土的出機(jī)溫度T0的計(jì)算公式為：

T0=[CwTw（Ww – QsWs – QgWg）

+CcWcTc+CfWfTf+CrWrTr+CaWaTa+（Cs+CwQs）WsTs+

（Cg+CwQg）WgTg]/

（CwWw+CcWc+CfWf+CrWr+CaWa+CsWs+CgWg）

　　式中：T 0 為混凝土的出機(jī)溫度，℃；C w 、C c 、C f 、C r 、C a 、C s 、C g 分別為水、水泥、粉煤灰、防水劑、減水劑、砂、碎石的比熱容，kCal/（kg·℃）；W w 、W c、W f、W r 、W a 、W s 、W g 分別為每方混凝土中水、水泥、粉煤灰、防水劑、減水劑、砂、碎石的質(zhì)量，kg；T w、T c、T f 、T r、T a、T s 、T g 分別為水、水泥、粉煤灰、防水劑、減水劑、砂、碎石的入機(jī)溫度，℃；Q s 、Q g 分別為砂、碎石的含水率。

　　各種原材料的比熱容（單位kCal/kg℃）為：水1，水泥0.109，粉煤灰0.109，防水劑0.109，減水劑1 ，砂0.2，碎石0 . 2。

　　從混凝土的出機(jī)溫度公式可以看出，在混凝土配合比確定的情況下，想要降低混凝土的出機(jī)溫度，降低組成混凝土各原材料的入機(jī)溫度是關(guān)鍵。

　　我公司的現(xiàn)實(shí)情況是：砂石堆場(chǎng)是露天的，沒有遮陽設(shè)施；砂石是采用皮帶上料，料倉也是露天的，無遮陽設(shè)施；水泥等粉料封閉在鐵罐中，水泥在打進(jìn)罐中時(shí)的溫度較高且散熱慢，加上鐵罐在陽光曝曬下吸熱，水泥的溫度很高；拌合水貯于地下的蓄水池中，一般水溫較氣溫稍低；減水劑都貯于10 噸裝的大鐵罐中。

　　為了降低組成混凝土各原材料的入機(jī)溫度，擬采取以下措施：

　　1、在砂石堆場(chǎng)和料倉上面搭設(shè)遮陽蓬以防陽光曝曬；　　

　　2、對(duì)暴露的碎石進(jìn)行灑水或碎冰降溫；　　

　　3、在拌合水中加冰降低水溫；　　

　　4、夜間氣溫較白天低，可采用夜間施工。

　　由于時(shí)間緊迫而且搭設(shè)遮陽蓬投入較大，第1項(xiàng)措施被否決了；在碎石表面灑水或碎冰，雖然可較快降低表層碎石溫度，但碎石的含水率難確定，容易造成混凝土質(zhì)量的波動(dòng)，因此第2 項(xiàng)措施也被否決了；冰塊很容易買到而且降溫效果好，蓄水池的水量和水溫可以確定，通過計(jì)算可以確定冰塊的加入量和最終的水溫，因此第3項(xiàng)措施可行；每個(gè)承臺(tái)的混凝土需用量約為300m3，正常施工時(shí)間可控制在10 小時(shí)以內(nèi)，能保證在一個(gè)夜間澆筑完一個(gè)承臺(tái)，因此確定第4 項(xiàng)措施也可行。

　　在施工前一天晚8 時(shí)，測(cè)得的各種原材料的入機(jī)溫度（℃）為：水28，水泥65，粉煤灰60，防水劑50，減水劑32，砂30，碎石30。

　　根據(jù)混凝土的出機(jī)溫度公式，可以計(jì)算出混凝土的理論出機(jī)溫度約為32℃，顯然超過我們?cè)O(shè)定的控制溫度30℃，因此，應(yīng)通過往拌合水中加入一定量的冰塊來降低水的入機(jī)溫度，從而降低混凝土的出機(jī)溫度。

　　從混凝土的出機(jī)溫度公式可以推導(dǎo)出拌合水的入機(jī)溫度Tw 。

　　經(jīng)計(jì)算要使混凝土的出機(jī)溫度T0 控制在30℃，則水的入機(jī)溫度Tw 應(yīng)控制在約18℃。

在蓄水池中加入質(zhì)量為Wi 的冰塊，我們假定冰的初始溫度為0℃，冰塊完全融化并且使水溫最終穩(wěn)定在某一溫度Tw，那么加入的冰塊質(zhì)量Wi 的計(jì)算公式為：

Wi=CwWwo(Two-Tw)/Ri+CwTw

　　式中：Wi 為加入蓄水池中的冰塊質(zhì)量，kg ；Cw 為水的比熱容，1kCal/（kg·℃）；Ww0 為加入冰塊前蓄水池中水的質(zhì)量，kg；Tw0為加入冰塊前蓄水池中水的溫度，℃；Tw為加入冰塊后蓄水池中水的最終溫度，℃；R i 為冰的融化熱，79.7kCal/kg。

　　根據(jù)冰塊加入量的計(jì)算公式，可以算出要使蓄水池中質(zhì)量為Ww0=57600kg的水的溫度從Tw0=28℃降到T w = 1 8 ℃，需要加入的冰塊質(zhì)量W i 約為5896kg。我們將采購來的5900kg 大冰塊用碎冰機(jī)破碎后加入蓄水池中，全部加完后兩小時(shí)測(cè)得水溫為17.5℃和18.0℃，在蓄水池中加入質(zhì)量為Wi 的冰塊，我們假定冰的初始溫度為0℃，冰塊完全融化并且使水溫最終穩(wěn)定在某一溫度Tw，那么加入的冰塊質(zhì)量Wi 的計(jì)算公式為：

Wi=CwWwo(Two-Tw)/Ri+CwTw

　　式中：Wi 為加入蓄水池中的冰塊質(zhì)量，kg ；Cw 為水的比熱容，1kCal/（kg·℃）；Ww0 為加入冰塊前蓄水池中水的質(zhì)量，kg；Tw0為加入冰塊前蓄水池中水的溫度，℃；Tw為加入冰塊后蓄水池中水的最終溫度，℃；R i 為冰的融化熱，79.7kCal/kg。

　　根據(jù)冰塊加入量的計(jì)算公式，可以算出要使蓄水池中質(zhì)量為Ww0=57600kg的水的溫度從Tw0=28℃降到T w = 1 8 ℃，需要加入的冰塊質(zhì)量W i 約為5896kg。我們將采購來的5900kg 大冰塊用碎冰機(jī)破碎后加入蓄水池中，全部加完后兩小時(shí)測(cè)得水溫為17.5℃和18.0℃，計(jì)算的結(jié)果基本上與實(shí)測(cè)的結(jié)果相吻合。

四、實(shí)際混凝土出機(jī)溫度控制

　　用于CT15 承臺(tái)的混凝土于2005年7 月5日22：40開始配制，事先已經(jīng)按公式計(jì)算的冰塊量加入蓄水池中將水溫控制在需要的溫度下，至7月6日8時(shí)該承臺(tái)的混凝土澆筑完畢。我們對(duì)每車混凝土分別在出廠和現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行測(cè)溫。其中，測(cè)得的出廠混凝土的最高溫度為30.5℃，最低溫度為29℃，平均溫度為29.8℃；測(cè)得的現(xiàn)場(chǎng)混凝土的最高溫度為34℃，最低溫度為31℃，平均溫度為32℃?；炷?8天抗壓強(qiáng)度平均為42.2MPa，抗?jié)B強(qiáng)度等級(jí)不低于P8。

　　用于CT14 承臺(tái)的混凝土于2005 年7 月7 日22：20開始配制，事先已經(jīng)按公式計(jì)算的冰塊量加入蓄水池中將水溫控制在需要的溫度下，至7月8 日5時(shí)該承臺(tái)的混凝土澆筑完畢。期間，我們對(duì)每車混凝土分別在出廠和現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行測(cè)溫。其中，測(cè)得的出廠混凝土的最高溫度為30℃，最低溫度為29℃，平均溫度為29.6℃；測(cè)得的現(xiàn)場(chǎng)混凝土的最高溫度為33℃，最低溫度為29.7℃，平均溫度為31℃?；炷?8天抗壓強(qiáng)度平均為40.6MPa，抗?jié)B強(qiáng)度等級(jí)不低于P8。