中铁一局集团第四工程有限公司 陕西咸阳 712000
摘要：高原高寒地区恶劣的气候条件和独特的地理环境，使得大体积混凝土温度裂纹控制难度加大。尤其是在露天环境下，昼夜温差大，大体积混凝土内外温差控制仅通过保温养护难以达到控制裂纹的效果，本文经计算采用“通水冷却降温法”与“保温养护法”相结合的方法，并通过实例验证取得了良好的效果。可为类似工程提供参考。
关键词：高原高寒；大体积混凝土；通水冷却降温法；控制
引言
随着国家对“十三五”规划的全面推进，引领基础建设领域的蓬勃发展，同时，随着科学技术的不断发展，施工技术水平进一步提高，高原高寒地区、恶劣气候环境地区、复杂地质条件地区的基础建设项目大幅增加。大体积混凝土施工作为建筑工程中不可避免的环节和关键工序，其施工质量对结构寿命和耐久性有较大影响。本文以成兰铁路某工地的成功案例为背景，对川西高原高寒地区昼夜温差大、干旱、风速大等条件下承台大体积混凝土施工温度控制措施进行了总结，以期对同类工程提供有效的借鉴，为实现“质量强国”加砖添瓦。
1工程概述
成兰铁路某工地地处青藏高原东缘，属于高原温带半干旱季风气候区，海拔3200m。冬长无夏、春秋相连、四季不明。昼夜温差大，干雨季分明，冬春寒冷干燥且多风。干季（11月至次年4月）雨水稀少，空气干燥，雨季（5月至10月）降水集中。常年平均降雨量为693.2毫米，常年平均气温4.8℃。
承台尺寸长9.97m，宽27.5m，高2.5m，C30混凝土总方量685.4m3。现场配置SY5418THB 52E 混凝土输送泵车一台，泵送能力120m3/h。浇筑时间7月28日07：00～21：00，浇筑时长14h，平均气温15℃。经现场实测统计该施工地区昼夜温差约20℃，夏季向阳面与背阴面温差约8℃，冬季向阳面与背阴面温差约14℃。
由于高原地区环境温差变化大，为降低大体积混凝土内部温度，达到控制裂纹的效果，一是从原材料入手降低水化热，如加入粉煤灰减少水泥用量；掺加高效减水剂降低水胶比等，本工程采用Ⅰ级粉煤灰，掺量27.9%；水胶比0.41。二是采用改进施工工艺，采用分层分块浇筑，控制混凝土浇筑速度，适当延长浇筑时间，本工程浇筑时长14h，实际泵送速度50 m3/h。三是在承台内部增设冷却管，进行通水冷却降温，将多余水化热及时带走，确保养护期间混凝土里表温差＜20℃，混凝土表面与环境温差＜20℃。
表1 C30混凝土施工配合比
2冷却水管设计
2.1混凝土热工计算
2.1.1承台混凝土水化热绝热温升
式中：Tt—不同龄期混凝土水化热绝热温升（℃）；
W--每方混凝土胶凝材料用量，水泥281kg，粉煤灰109kg；
Q--每千克胶凝材料水化热，水泥取377KJ/kg，粉煤灰52KJ/kg；
c--混凝土比热，取0.96KJ/kg•℃；
ρ--混凝土密度，取2400kg/m3；
m--经验系数，取0.34；
e—自然对数的底，取2.718；
t—龄期（天）。
数据代入（2）式得：Tmax=48.44℃。
2.1.2承台混凝土内部最高温度
式中：T’max--不同龄期混凝土芯部最高温度（℃）；
Tj--混凝土入模温度，取20℃；
ξ--不同的厚度、不同的龄期降温（散热）系数，见下表：
由于大体积混凝土浇筑完成3天左右水化热达到峰值，数据代入（3）式得：承台内部最高温度Tj=51.49℃。
2.1.3承台混凝土表面温度
根据计算保温层厚度0.116m（另行计算），采用三层草袋再加一层塑料薄膜保温保湿养护。
式中：Tb—龄期t时混凝土表面温度（℃）；
Tq--龄期t时大气平均温度，取15℃；
H--混凝土计算层厚度（m）；
h'--混凝土的虚厚度（m）；
λ--混凝土导热系数，取2.33W/m•K；
K--计算折减系数，取2/3；
β--模板及保温层的传热系数，W/m•K；
δ--各种保温材料厚度，塑料薄膜取0.001m，3层草袋取0.115m；
λ--各种材料的导热系数，塑料薄膜取0.04W/m•K，草袋取0.14W/m•K；
βq——空气层传热系数，取23 W/m•K；
ΔT--混凝土内最高温度与外界气温之差，Tj- Tq=36.49℃；
数据代入（4）式得：3天时混凝土表面温度最高达到43.29℃，表面与大气温差28.29℃＞20℃，不满足规范要求，需通水降温。
2.2冷却管参数计算
2.2.1冷却水总量计算
式中：Mw--水的总方量（m3）；
Kco--总热量中被水冷却带走的热量系数，取0.４；
Cco--混凝土比热，取0.96KJ/kg•℃；
Mco--混凝土质量，9.97×27.5×2.5×2400=1645050kg；
Tmax--混凝土内部最高温度，48.44+20=68.44℃；
T0—不产生裂纹情况下混凝土内部最高温度，取35℃；
Cw—水的比热，取4.1868KJ/kg•℃；
T—进、出水口温差，取6℃；
数据代入（5）式得：Mw=338m3，按浇筑完通水3天混凝土内部温度达到目标值计算得冷却水管流量=338÷3÷24=4.7m3/h，据此选择水泵型号。
2.2.2管径计算
式中：d--冷却水管内径，（mm）；
Mw--冷却水总质量，（kg）；
π—圆周率，取3.14；
vw--冷却水流速，取1m/s；
tc--混凝土冷却时间，3天折合259200s；
ρw--水的密度，取1000kg/m3；
数据代入（6）式得d=40.76mm。
2.3冷却管布置
根据以上计算，选用直径D=48mm，壁厚3.5mm无缝钢管，单层U型布设，冷却管距承台边缘距离及管间距均为1.5m，冷却管总长158.3m。
测温孔共计布设9个，其中0.5m、1.25m、2m深各3个孔。测温孔共计布设9个，其中0.5m、1.25m、2m深各3个孔。
图2 冷却管现场布置图
混凝土浇筑前预先在冷却管中通满水，初凝后开始通水降温。由于环境水温约8℃，为确保进水温度与混凝土内部最高温差小于25℃，在现场设置2m3水箱一个，对水进行了加热。同时由于高原地区昼夜温差大，现场每12小时将进、出口调换一次。
3温控效果
养护及测温工作从2020年7月29日凌晨开始，养护14天，期间每昼夜测温4次（早8点、11点，下午2点、7点）。经现场实测，采用通水冷却后的养护期间混凝土内部温度于2020年7月31日达到最高点46℃，实际温升26℃；混凝土内部最高温度比理论值降低了5.49℃，降温速率1.83℃≤2℃/d。通水冷却后，混凝土里表温差及表层与环境温差均＜20℃，有效的防止了温度裂纹的产生。
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图3 设通水冷却管实测温度与计算温度对比图
4 总结
（1）实践证明，通水冷却降温能够有效的解决高原高寒地区大体积混凝土内部温度与环境温差过大引起的温度裂纹问题，且经济实用、便于操作，同时能够缩短混凝土保温时间，提高施工效率。
（2）高原高寒地区昼夜温差较大时，应及时调整冷却水流量和保温层厚度；当混凝土最高温度与环境温度之差小于15℃时，可暂停通水冷却。
（3）通水冷却结束后，应及时采用水泥浆对管道进行封堵。
参考文献：
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