地下室承台大体积混凝土出机温度控制实践

一、工程简况

　　某工程地下室承台CT14及CT15厚度约为2m，属大体积混凝土，各约需300m3 混凝土；混凝土的设计强度等级为C35，抗渗等级为P8，坍落度为120mm；施工时间是在7月份，施工单位要求控制混凝土的入模温度不超过35℃。

　　考虑到水泥水化及运输途中混凝土与外界空气的热交换以及混凝土与搅拌筒壁摩擦等可能造成混凝土的温度上升，要使混凝土的入模温度控制在35℃以下，混凝土的出机温度宜控制在30℃以下。

二、原材料

　　我公司试验室根据施工要求进行了混凝土配合比的试验，在保证混凝土强度和施工性能的前提下，尽量减少水泥的用量以降低水化热。混凝土的各种原材料及配合比情况如下：

　　水泥：厦门凤山水泥厂生产的P.O42.5 水泥；

　　细集料：漳州龙海产的河砂，级配良好，细度模数2.5；

　　粗集料：厦门海沧产的5 ～40mm 连续粒级碎石；

　　粉煤灰：漳州后石电厂产的Ⅱ级粉煤灰；

　　减水剂：厦门科之杰科技发展有限公司生产的缓凝高效减水剂；

　　防水剂：厦门宏发公司生产的防水剂；拌合水：自来水。

　　经试验确定的混凝土配合比（单位kg/m3）为：水168，水泥310，细集料747，粗集料1075，粉煤灰55，防水剂19，减水剂6.2。

三、混凝土出机温度计算

　　为了简化计算，我们假设混凝土搅拌机内部环境及蓄水池内部环境为绝热环境（即搅拌机内组成混凝土的各种原材料不与搅拌机筒壁及筒内空气发生热交换、蓄水池内拌合水不与池壁及空气发生热交换），而且忽略水泥水化热，则混凝土的出机温度T0的计算公式为：

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 为混凝土的出机温度，℃；C w 、C c 、C f 、C r 、C a 、C s 、C g 分别为水、水泥、粉煤灰、防水剂、减水剂、砂、碎石的比热容，kCal/（kg·℃）；W w 、W c、W f、W r 、W a 、W s 、W g 分别为每方混凝土中水、水泥、粉煤灰、防水剂、减水剂、砂、碎石的质量，kg；T w、T c、T f 、T r、T a、T s 、T g 分别为水、水泥、粉煤灰、防水剂、减水剂、砂、碎石的入机温度，℃；Q s 、Q g 分别为砂、碎石的含水率。

　　各种原材料的比热容（单位kCal/kg℃）为：水1，水泥0.109，粉煤灰0.109，防水剂0.109，减水剂1 ，砂0.2，碎石0 . 2。

　　从混凝土的出机温度公式可以看出，在混凝土配合比确定的情况下，想要降低混凝土的出机温度，降低组成混凝土各原材料的入机温度是关键。

　　我公司的现实情况是：砂石堆场是露天的，没有遮阳设施；砂石是采用皮带上料，料仓也是露天的，无遮阳设施；水泥等粉料封闭在铁罐中，水泥在打进罐中时的温度较高且散热慢，加上铁罐在阳光曝晒下吸热，水泥的温度很高；拌合水贮于地下的蓄水池中，一般水温较气温稍低；减水剂都贮于10 吨装的大铁罐中。

　　为了降低组成混凝土各原材料的入机温度，拟采取以下措施：

　　1、在砂石堆场和料仓上面搭设遮阳蓬以防阳光曝晒；　　

　　2、对暴露的碎石进行洒水或碎冰降温；　　

　　3、在拌合水中加冰降低水温；　　

　　4、夜间气温较白天低，可采用夜间施工。

　　由于时间紧迫而且搭设遮阳蓬投入较大，第1项措施被否决了；在碎石表面洒水或碎冰，虽然可较快降低表层碎石温度，但碎石的含水率难确定，容易造成混凝土质量的波动，因此第2 项措施也被否决了；冰块很容易买到而且降温效果好，蓄水池的水量和水温可以确定，通过计算可以确定冰块的加入量和最终的水温，因此第3项措施可行；每个承台的混凝土需用量约为300m3，正常施工时间可控制在10 小时以内，能保证在一个夜间浇筑完一个承台，因此确定第4 项措施也可行。

　　在施工前一天晚8 时，测得的各种原材料的入机温度（℃）为：水28，水泥65，粉煤灰60，防水剂50，减水剂32，砂30，碎石30。

　　根据混凝土的出机温度公式，可以计算出混凝土的理论出机温度约为32℃，显然超过我们设定的控制温度30℃，因此，应通过往拌合水中加入一定量的冰块来降低水的入机温度，从而降低混凝土的出机温度。

　　从混凝土的出机温度公式可以推导出拌合水的入机温度Tw 。

　　经计算要使混凝土的出机温度T0 控制在30℃，则水的入机温度Tw 应控制在约18℃。

在蓄水池中加入质量为Wi 的冰块，我们假定冰的初始温度为0℃，冰块完全融化并且使水温最终稳定在某一温度Tw，那么加入的冰块质量Wi 的计算公式为：

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

　　式中：Wi 为加入蓄水池中的冰块质量，kg ；Cw 为水的比热容，1kCal/（kg·℃）；Ww0 为加入冰块前蓄水池中水的质量，kg；Tw0为加入冰块前蓄水池中水的温度，℃；Tw为加入冰块后蓄水池中水的最终温度，℃；R i 为冰的融化热，79.7kCal/kg。

　　根据冰块加入量的计算公式，可以算出要使蓄水池中质量为Ww0=57600kg的水的温度从Tw0=28℃降到T w = 1 8 ℃，需要加入的冰块质量W i 约为5896kg。我们将采购来的5900kg 大冰块用碎冰机破碎后加入蓄水池中，全部加完后两小时测得水温为17.5℃和18.0℃，在蓄水池中加入质量为Wi 的冰块，我们假定冰的初始温度为0℃，冰块完全融化并且使水温最终稳定在某一温度Tw，那么加入的冰块质量Wi 的计算公式为：

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

　　式中：Wi 为加入蓄水池中的冰块质量，kg ；Cw 为水的比热容，1kCal/（kg·℃）；Ww0 为加入冰块前蓄水池中水的质量，kg；Tw0为加入冰块前蓄水池中水的温度，℃；Tw为加入冰块后蓄水池中水的最终温度，℃；R i 为冰的融化热，79.7kCal/kg。

　　根据冰块加入量的计算公式，可以算出要使蓄水池中质量为Ww0=57600kg的水的温度从Tw0=28℃降到T w = 1 8 ℃，需要加入的冰块质量W i 约为5896kg。我们将采购来的5900kg 大冰块用碎冰机破碎后加入蓄水池中，全部加完后两小时测得水温为17.5℃和18.0℃，计算的结果基本上与实测的结果相吻合。

四、实际混凝土出机温度控制

　　用于CT15 承台的混凝土于2005年7 月5日22：40开始配制，事先已经按公式计算的冰块量加入蓄水池中将水温控制在需要的温度下，至7月6日8时该承台的混凝土浇筑完毕。我们对每车混凝土分别在出厂和现场进行测温。其中，测得的出厂混凝土的最高温度为30.5℃，最低温度为29℃，平均温度为29.8℃；测得的现场混凝土的最高温度为34℃，最低温度为31℃，平均温度为32℃。混凝土28天抗压强度平均为42.2MPa，抗渗强度等级不低于P8。

　　用于CT14 承台的混凝土于2005 年7 月7 日22：20开始配制，事先已经按公式计算的冰块量加入蓄水池中将水温控制在需要的温度下，至7月8 日5时该承台的混凝土浇筑完毕。期间，我们对每车混凝土分别在出厂和现场进行测温。其中，测得的出厂混凝土的最高温度为30℃，最低温度为29℃，平均温度为29.6℃；测得的现场混凝土的最高温度为33℃，最低温度为29.7℃，平均温度为31℃。混凝土28天抗压强度平均为40.6MPa，抗渗强度等级不低于P8。

　　CT15 和CT14 两个承台的混凝土成功浇筑，说明应用的计算公式符合实际情况，能够用来指导生产，既合理又经济。■