一种基于风冷的大体积混凝土冷却装置、施工方法及应用与流程

本发明属于土木建筑技术领域，尤其涉及一种基于风冷的大体积混凝土冷却装置、施工方法及应用。

背景技术：

随着大体积混凝土在现代桥梁工程建设中的不断应用，使得我国桥梁建设逐渐向大跨径方向迈进，大体积混凝土与普通钢筋混凝土结构相比，具有，厚度、截面尺寸大，混凝土用量多，工程条件复杂，整体性好、施工技术要求高等特点。混凝土硬化过程中会放出大量水化热，热量不断的在结构物内部聚集，使得结构物内部温度不断升高，由于表面散热较好，混凝土表面温升较小，体积膨胀相对于内部也较小，这种内外膨胀的差异会使混凝土表面出现裂缝，当混凝土温峰过后，温度下降，体积收缩，混凝土在不均匀的温度变化及边界约束下会在混凝土内部产生温度拉应力，存在产生裂缝的危险，对结构的整体性与耐久性构成威胁。

目前对于大体积混凝土裂缝研究较多，通常采用通冷却循环水的方法控制大体积混凝土的温升和降温速率，以达到控制温度裂缝产生的目的。通水冷却大体积混凝土技术已较为成熟，但该方法的应用也具有一定的局限性，如：水资源依赖性强、浪费严重，管道密封性要求较高等。为弥补通水冷却大体积混凝土所存在的技术缺陷，给大体积混凝温控提供一种全新的技术补充，在采取合理的施工工艺的基础上，利用通风管道进行现场承台大体积混凝土温度裂缝控制，达到了良好的效果。

技术实现要素：

本发明的目的是为弥补通水冷却大体积混凝土所存在的技术缺陷，提供一种基于风冷的大体积混凝土冷却装置、施工方法及应用，利用通风管道对大体积混凝土进行温度裂缝控制。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案如下：

一种基于风冷的大体积混凝土冷却装置，所述冷却装置包括由风机和通风管道组成的风冷机构、加湿机构和温度监测机构，通风管道穿过混凝土且一端通过变径连接件与风机连接，加湿机构包括湿度控制箱，湿度控制箱的水雾出口处设有湿气输送主管，湿气输送主管通过支管与通风管道连接，温度监测机构包括数条数据线和设置于混凝土内部、上表面及外界的测温构件，测温构件分别通过数据线与温度采集器连接，信号通过无线数据传输至控制终端。

优选的，所述通风管道的进气口端部设有倾斜50-70°的泄气阀，泄气阀的出气口朝向风机设置。

优选的，所述变径连接件的大口径端与风机的出风管道连接，小口径端与通风管道连接。

优选的，所述的通风管道由导热系数不低于200W/m.K，壁厚不大于0.6mm的金属管道相互凹槽配接而成，且通风管道两端与混凝土交接处的管体上套设长20cm的阻水管。

一种基于风冷的大体积混凝土施工方法，步骤如下：

1）首先对拟施工建筑物进行管道布置和整体受力进行仿真模拟，确定最优的管道和温度测点的布置方案；然后搭建建筑物的支架并进行钢筋绑扎，并于目标位置处绑扎U型定位槽，将通风管道与U型定位槽卡接，同时将通风管道伸出建筑物的管体上套设阻水管并绑扎；

2）在建筑物内部埋设混凝土测温构件、在建筑物外设置环境测温构件，并在混凝土浇筑后于混凝上表面设置养护水温度测温构件，测温构件通过数据线与外界的温度采集器连接，安装模板，并在模板上焊接临时支撑点，临时支撑点上放置减震橡胶垫，将风机承重定位平台及遮阳防雨棚放置在防震橡胶垫上，将风机和加湿机构分别固定，风机通过变径连接件与通风管道连接，加湿机构通过湿气输送主管和支管与通风管道连接；所述临时支撑点要保证其与浇筑后混凝土顶面的竖直间距大于20cm；临时支撑点可以在混凝土硬化后拆除，并将风机、加湿机构配合减震橡胶垫和遮阳防雨棚放置于硬化的混凝土表面；

3）检测风机、加湿机构及由温度采集器、数据线和测温构件组成的温度监测机构的运行稳定性，且在运行稳定后对建筑物进行混凝土浇筑及混凝土拌合物的振捣，振捣时应避开通风管道、测温构件和数据线，同时监测通风管道和测温构件的运行状况并保证其运行稳定；

4）混凝土浇筑完成后，解除阻水管的固定并将其插入混凝土内，混凝土终凝后在建筑物顶面蓄水养护，运行风机、加湿机构、温度监测机构，当混凝土内部最高温度与混凝土表面5cm处温度差为15℃～20℃或混凝土内部最高温度与模板表面温度温差为20℃～25℃或模板表面与环境温度温差≥15℃时，对建筑物侧面覆盖保温层；

5）在混凝土水化过程中，控制其阶段性降温如下：以≤2.0℃/d的整体降温速率降温至混凝土内部最高温度不高于40℃且内表面温差不高于20℃，然后关闭风机进行自然冷却；根据温度采集器上的数据进行整理分析，并根据分析结果，对风机的鼓风量、加湿机构的加湿量进行调节，以满足混凝土温控的需要，具体操控方法和所要达到的参数指标如下：

6）混凝土水化完成后，切割通风管道暴露出混凝土的管体，并对混凝土内部的管体进行真空压浆处理即可。

优选的，步骤5）中，所述风机为可变速风机，通风管道内的风速不低于10m/s。

优选的，步骤6）中，真空压浆采用不低于42.5级的低碳硅酸盐水泥，水泥浆的水胶比不超过0.3，流动度30～50s，体积收缩率小于1%。

优选的，所述混凝土浇筑采用整体浇筑，通风管道采用1～1.2m的间距多层布管，每根通风管道的加湿耗水量不低于5L/h。

所述的冷却装置和所述的施工方法在桥梁工程大体积混凝土温度裂缝控制中的应用，特别适用于淡水资源紧张、施工作业面与水源地相对地势差较大、混凝土结构物实体最长边尺寸与最短边尺寸比值不小于2和/或单次浇筑总方量不大于1200m³的大体积混凝土施工，也可应用于隧道锚锚塞体、预制T梁、主塔上横梁、下横梁制备等的施工。

本发明与现有技术相比，具有如下优点：

1）在桥梁工程中将风管冷却技术应用于大体积混凝土温度裂缝控制，为大体积混凝温控提供一种全新的技术补充；

2）运用风冷却管道对混凝土结构物实体最长边尺寸与最短边尺寸比值不小于2，单次浇筑总方量不大于1200m³的结构体进行温度裂缝的控制，受地理条件约束较小，水资源依赖性较小，运用灵活，操作简单；

3）在一定的风速和加湿量下，选用热传导系数较高的铝合金管材会使通风管道内不断聚集的热量被源源不断的带出管道，从而达到降低混凝土内部温度的效果；

4）通过智能测温对混凝土内部温度、进出风口、环境温度等变化进行实施监测，并根据监测结果及时对现场施工进行反馈，实现动态管控。

附图说明

图1为本发明所述施工方法的流程示意图；

图2为具体实施方式中冷却装置的结构示意图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

实施例1

某大桥引桥承台

1）工程概况

某大桥主桥全长848m，为七跨双塔双索面对称混合梁斜拉桥。大桥有8个辅助过渡墩承台。所有承台均采用C40海工混凝土，辅助过渡墩承台一次浇筑成型。

2）施工情况

辅助过渡墩承台采用风冷却大体积混凝土施工技术，一次性浇筑施工，于2016年5月下旬至6月上旬完成，现场环境温度为25℃～35℃，现场施工状态良好，施工完成后经过长期观察，混凝土没有裂缝产生，并对温度场进行了科学有效的分析，整个施工过程达到了预期效果。其成功的温控措施和监控手段受到了业主单位和监理的一致好评。

3）具体的施工方法如下：

①首先对拟施工建筑物进行管道布置和整体受力进行仿真模拟，确定最优的管道和温度测点的布置方案；然后搭建建筑物的支架并进行钢筋绑扎，并于目标位置处绑扎U型定位槽，将通风管道与U型定位槽卡接，同时将通风管道伸出建筑物的管体上套设阻水管并绑扎；

②在建筑物内部埋设混凝土测温构件、在建筑物外设置环境测温构件，并在混凝土浇筑后于混凝上表面设置养护水温度测温构件，测温构件通过数据线与外界的温度采集器连接，安装模板，并在模板上焊接临时支撑点，临时支撑点上放置减震橡胶垫，将风机承重定位平台及遮阳防雨棚放置在防震橡胶垫上，将风机和加湿机构分别固定，风机通过变径连接件与通风管道连接，加湿机构通过湿气输送主管和支管与通风管道连接；所述临时支撑点要保证其与浇筑后混凝土顶面的竖直间距大于20cm；临时支撑点可以在混凝土硬化后拆除，并将风机、加湿机构配合减震橡胶垫和遮阳防雨棚放置于硬化的混凝土表面；

本实施例中，混凝土浇筑采用整体浇筑，每根通风管道与一台风机连接，每台风机具有独立的控制电源控制箱，并安装漏电保护和稳压器等保护装置。

测温构件的布置应能全面准确的反映大体积混凝土温度的变化情况，以承台中心线为划分并建立X-Y-Z坐标，取其外界迎风侧1/4截面为温度监测代表面：承台内中心Z轴向共布设5个测温构件，分别为距地面5cm处位置、距地面1m处位置、中心点处位置、距顶面1m处位置和距顶面5cm处位置；在承台中层面位置分别沿x、y半轴向各布设5个测点，为模板外表面处位置、距模板内表面5cm处位置、距模板内表面0.5m位置、距模板内表面1.5m位置和距模板内表面3m位置。位于承台中心处的管道内布设6个测点，为进出风口位置各布置1个测点，管道内每间隔2米布设一个测点。

③检测风机、加湿机构及由温度采集器、数据线和测温构件组成的温度监测机构的运行稳定性，即将风机调至满载负荷，稳压三小时，在整个稳压过程中不定时检测风机运行是否稳定、有无管道松动、管道连接口处有无漏风、电压是否稳定、有无用电交叉作业等现象产生，并对发生及可能发生的情况进行改进、再调试处理。

在运行稳定后对建筑物进行混凝土浇筑及混凝土拌合物的振捣：振捣时应避开通风管道、测温构件和数据线，振动棒垂直插入、快插慢拔，振捣深度超过每层接触面10~20cm，保证下层在初凝前再进行一次振捣。振捣时插点均匀，成行或交错式前进，以免过振或漏振，避免用振捣棒横拖赶动混凝土拌和物，以免造成离下料口远处砂浆过多而开裂。在混凝土浇筑过程中混凝土的浇筑和插捣应避免开风冷却管道和温度测点，不得对管道及测点进行直接冲击，当由于操作失误造成管道和测点受到冲击时，应及时检查管道及测点的线性、线位及稳固性，必要时进行修正、加固处理。同时监测通风管道和测温构件的运行状况并保证其运行稳定；

④混凝土浇筑完成后，解除阻水管的固定并将其插入混凝土内，混凝土终凝后在建筑物顶面蓄水养护，运行风机、加湿机构、温度监测机构，当混凝土内部最高温度与混凝土表面5cm处温度差为15℃～20℃或混凝土内部最高温度与模板表面温度温差为20℃～25℃或模板表面与环境温度温差≥15℃时，对建筑物侧面覆盖保温层；

⑤在混凝土水化过程中，控制其阶段性降温如下：以≤2.0℃/d的整体降温速率降温至混凝土内部最高温度不高于40℃且内表面温差不高于20℃，然后关闭风机进行自然冷却；根据温度采集器上的数据进行整理分析，并根据分析结果，对风机的鼓风量、加湿机构的加湿量进行调节，以满足混凝土温控的需要，具体操控方法和所要达到的参数指标如下：

⑥混凝土水化完成后，切割通风管道暴露出混凝土的管体，并对混凝土内部的管体进行真空压浆处理，真空压浆采用不低于42.5级的低碳硅酸盐水泥，水泥浆的水胶比不超过0.3，流动度30～50s，体积收缩率小于1%。

实施例2

某大桥主线桥台

1）工程概况

某大桥主桥为主跨为单跨简支钢箱梁悬索桥，两岸各设置引桥，全长2030m。本发明施工依托桥台，为桥路相接部分，体量较大，采用C35混凝土一次浇筑成型。

2）施工情况

桥台采用风冷却大体积混凝土施工技术，于2015年11月底至12月中旬施工完成，环境温度约为8℃～15℃，现场施工状态良好，无裂缝产生，得到了业主和监理单位的一致好评。

3）具体的施工方法如下：

①首先对拟施工建筑物进行管道布置和整体受力进行仿真模拟，确定最优的管道和温度测点的布置方案；然后搭建建筑物的支架并进行钢筋绑扎，并于目标位置处绑扎U型定位槽，将通风管道与U型定位槽卡接，同时将通风管道伸出建筑物的管体上套设阻水管并绑扎；

②在建筑物内部埋设混凝土测温构件、在建筑物外设置环境测温构件，并在混凝土浇筑后于混凝上表面设置养护水温度测温构件，测温构件通过数据线与外界的温度采集器连接，安装模板，并在模板上焊接临时支撑点，临时支撑点上放置减震橡胶垫，将风机承重定位平台及遮阳防雨棚放置在防震橡胶垫上，将风机和加湿机构分别固定，风机通过变径连接件与通风管道连接，加湿机构通过湿气输送主管和支管与通风管道连接；所述临时支撑点要保证其与浇筑后混凝土顶面的竖直间距大于20cm；临时支撑点可以在混凝土硬化后拆除，并将风机、加湿机构配合减震橡胶垫和遮阳防雨棚放置于硬化的混凝土表面；

本实施例中，混凝土浇筑采用整体浇筑，每根通风管道与一台风机连接，每台风机具有独立的控制电源控制箱，并安装漏电保护和稳压器等保护装置。

测温构件的布置应能全面准确的反映大体积混凝土温度的变化情况，以承台中心线为划分并建立X-Y-Z坐标，取其外界迎风侧1/4截面为温度监测代表面：承台内中心Z轴向共布设5个测温构件，分别为距地面5cm处位置、距地面1m处位置、中心点处位置、距顶面1m处位置和距顶面5cm处位置；在承台中层面位置分别沿x、y半轴向各布设5个测点，为模板外表面处位置、距模板内表面5cm处位置、距模板内表面0.5m位置、距模板内表面1.5m位置和距模板内表面3m位置。位于承台中心处的管道内布设6个测点，为进出风口位置各布置1个测点，管道内每间隔2米布设一个测点。

③检测风机、加湿机构及由温度采集器、数据线和测温构件组成的温度监测机构的运行稳定性，即将风机调至满载负荷，稳压三小时，在整个稳压过程中不定时检测风机运行是否稳定、有无管道松动、管道连接口处有无漏风、电压是否稳定、有无用电交叉作业等现象产生，并对发生及可能发生的情况进行改进、再调试处理。

在运行稳定后对建筑物进行混凝土浇筑及混凝土拌合物的振捣：振捣时应避开通风管道、测温构件和数据线，振动棒垂直插入、快插慢拔，振捣深度超过每层接触面10~20cm，保证下层在初凝前再进行一次振捣。振捣时插点均匀，成行或交错式前进，以免过振或漏振，避免用振捣棒横拖赶动混凝土拌和物，以免造成离下料口远处砂浆过多而开裂。在混凝土浇筑过程中混凝土的浇筑和插捣应避免开风冷却管道和温度测点，不得对管道及测点进行直接冲击，当由于操作失误造成管道和测点受到冲击时，应及时检查管道及测点的线性、线位及稳固性，必要时进行修正、加固处理。同时监测通风管道和测温构件的运行状况并保证其运行稳定；

④混凝土浇筑完成后，解除阻水管的固定并将其插入混凝土内，混凝土终凝后在建筑物顶面蓄水养护，运行风机、加湿机构、温度监测机构，当混凝土内部最高温度与混凝土表面5cm处温度差为15℃～20℃或混凝土内部最高温度与模板表面温度温差为20℃～25℃或模板表面与环境温度温差≥15℃时，对建筑物侧面覆盖保温层；

⑤在混凝土水化过程中，控制其阶段性降温如下：以≤2.0℃/d的整体降温速率降温至混凝土内部最高温度不高于40℃且内表面温差不高于20℃，然后关闭风机进行自然冷却；根据温度采集器上的数据进行整理分析，并根据分析结果，对风机的鼓风量、加湿机构的加湿量进行调节，以满足混凝土温控的需要，具体操控方法和所要达到的参数指标如下：

⑥混凝土水化完成后，切割通风管道暴露出混凝土的管体，并对混凝土内部的管体进行真空压浆处理，真空压浆采用不低于42.5级的低碳硅酸盐水泥，水泥浆的水胶比不超过0.3，流动度30～50s，体积收缩率小于1%。

具体的，如图2所示，实施例1和2中，所述采用的冷却装置所述冷却装置包括由风机21和通风管道31组成的风冷机构、温度监测机构和加湿机构，通风管道31穿过混凝土1内且一端通过变径连接件22与风机21连接，变径连接件22的大口径端与风机21的出风管道连接，小口径端与通风管道31连接；温度监测机构包括数条数据线，数据线52一端分别与设置于混凝土内的测温构件51、设置于外界的环境测温构件和设置于混凝土上表面的养护水温度测温构件连接，另一端与温度采集器53连接，温度采集器53与外界的控制终端56通过无线数据发射器54和无线数据接收器55实现无线数据连接；加湿机构包括湿度控制箱41，湿度控制箱41的水雾出口处设有湿气输送主管42，湿气输送主管42与通风管道31通过支管43实现管道连接，所述通风管道31的进气口端部设有倾斜60°的泄气阀32，泄气阀32的出气口朝向风机21设置，通风管道由导热系数不低于200W/m.K，壁厚不大于0.6mm的金属管道相互凹槽配接而成，且通风管道两端于与混凝土交接处至端部的管体上套设有长度为20cm的阻水管。

为了降低通风管道内通风温度，在风机的进风管道外部设置冷却箱，冷却箱用于盛放冰块，可通过添加少量冰水混合物将风机进风口处入风冷却，有效控制入风口温度。