大体积混凝土温度裂缝控制的研究和应用.pdf

第 3 9卷 第 1期 2 0 1 2年 1 月 建筑技术开发 Bu i l di n g Te c h ni qu e De v e l o p men t Vo 1 39。 No 1 J a n 201 2 大体 积 混凝 土 温度 裂 缝控 制 的研 究和 应 用 吴广利 ( 中国平煤 神 马建 工集 团土建 处 ， 河 南 平顶 山4 6 7 0 0 3 ) 摘要 结合工程实 际， 介绍了大直径筒仓基础施工过程 中的温度裂缝控制措施 和施工工 艺 ， 并且重 点阐明 了混凝 土 配合 比的改进 和降温控 制措施 。结合 工艺特点 ， 施工 中采用 了专项控 制措施 ， 以保 证施工 质量 ， 提高施工效 率 ， 同时节约了施工成本 。 关键词 大体积混凝土 ； 温度裂缝 ； 施 工配合比 ； 施工控制 中图分类号 T U 5 2 8 0 6 2 文献标 志码 B 文章编号 1 0 0 1 - 5 2 3 X( 2 0 1 2 ) O 1 - 0 0 2 5 - 0 5 1 工程 概 况 该工程为 3座内径 3 0 m的圆形煤仓 ， 基础为钢 筋混凝土筏板基础 ， 仓壁为后张法无粘结预应力钢 筋混凝土筒壁结构。单仓容量为 3 0 0 0 0 t 。建筑物 总高度 7 5 m， 仓体 高度为 6 2 8 m。基础底标 高为 一 5 1 O m， 煤 仓 底 板厚 2 8 m， 底 板 顶 标 高 一2 3 m， 三层 钢 筋 网 片 。 底 板 混 凝 土 C 3 0 ， 其 他 均 为 C 4 0 。 单仓基础混凝土量约为 3 0 5 4 m 。 2温度 裂缝 的形 成原 因 基础 底 板厚度 大 ， 基础 浇 注一次 完成 量大 ， 属 大 体积混凝土施工。由于结构截面大 ， 水泥用量多， 水 泥水 化所 释 放 的水 化 热会产 生 较大 的温度 变化 和 收 缩作用 ， 由此形成 的温度收缩应力是导致钢筋混凝 土产 生裂 缝 的主要 原 因 。这 种 裂缝有 表 面裂缝 和贯 通裂 缝 。表 面裂缝 是 由于混 凝 土表 面和 内部 的散热 条件不同， 温度外低 内高 ， 形成了温度梯度 ， 使 混凝 土内部产生压应力 ， 表面产生拉应力 ， 表面的拉应力 超过 混凝 土抗 拉强 度 而引起 的 。贯通 裂缝 是 由于 大 体积混凝土在强度发展 到一定程度 ， 混凝土逐 渐降 温 ， 这个降温差引起的变形加上混凝土失水引起 的 体积收缩变形 ， 受到地基和其他结构边界条件 的约 束时引起的拉应力 ， 超过混凝土抗拉强度时所 可能 产生 的贯 通整 个截 面 的裂缝 ， 施 工难度 大 。 3施工 方法 的确定 3 1 降低 水 泥水化 热 和 变形 1 ) 充分利用混凝土的后期强度 ， 减少每立方米 混凝土中水泥用量。根据试验每增减 1 0 k g水泥 ， 其水化热将使混凝土的温度相应升降 1 。 收稿 日期 ： 2 0 1 11 01 5 作者简介 ： 吴广利 ( 1 9 7 0 - ) ， 河南郾城人 ， 毕业于郑州大学 ， 本科 ， 工程 师 ， 现从事施工技术管理工作。 2 ) 使用粗骨料 ， 尽量选用粒径较 大、 级配 良好 的粗细骨料 ； 控制砂石含泥量 ； 掺加粉煤灰等掺合料 或掺加相应的减水剂 、 缓凝剂 ， 改善和易性 、 降低水 灰 比， 以达到减少水泥用量、 降低水化热的 目的。 3 ) 在基 础 内部预埋冷 却水 管， 通 人循环 冷却 水 ， 强制降低混凝土水化热温度。 3 2 加 强施 工 中的温度控 制 1 ) 在混凝土浇筑之后 ， 做好混凝土 的保 温保湿 养护， 缓缓 降温， 充分发挥徐变特性 ， 减低温度应力 ， 夏季应注意避免暴晒 ， 注意保湿。 2 ) 采取长时间的养护， 规定合 理的拆 模时间 ， 延缓降温时间和速度 ， 充分 发挥 混凝土 的“ 应力松 弛效 应 ” 。 3 ) 合理安排施工顺序 ， 控制混凝土在浇筑过程 均匀上升 ， 避免混凝土拌合物堆积过大高差。在结 构完成后及时回填土 ， 避免其侧面长期暴露。 3 3 改善约束条件 ， 削减温度应力 采取分层或分块浇筑大体积混凝土 ， 合理设置 水平施工缝 ， 以放松约束程度 ， 减少每次浇筑长度的 蓄热量 ， 防止水化热 的积聚， 减少温度应力。 3 4提 高混凝 土 的极 限抗 拉伸 强度 1 ) 选择 良好级 配 的粗 骨料 ， 严格 控制其含 泥 量 ， 加强混凝土的振捣 ， 提高混凝土密实度和抗拉强 度 ， 减 少 收缩变 形 ， 保证施 工质 量 。 2 ) 采取 二次振 捣法 ， 浇筑后 及时 排除表 面积 水 ， 加强早期养护 ， 提高混凝土早期或相应龄期的抗 拉强度和弹性模量。 4施工控 制措 施 1 ) 在混凝土配合 比上改进 ， 通过和混凝土供应 商沟通 ， 对原有配合 比重 新进行 了实验、 计算 和调 整 ， 确定 了使用配合 比， 减少每立方混凝 土中水 泥 用量 。 第 1期 吴广利 ： 大体积混凝土温度裂缝控制的研 究和 应用 第 3 9卷 原有配合比水泥： 砂 ： 石子： 水： 粉煤灰： 外加 剂为 3 7 5 ： 7 1 8 ： 1 0 8 0 ： 1 8 0 ： 4 0 ： 8 7 。 使用配合比水泥： 砂 ： 石子： 水： 粉煤灰： 矿渣 粉 ： 外 加剂 ： 2 4 5 ： 7 7 0 ： 1 0 7 0 ： 1 7 0 ： 1 3 0 ： 6 0 ： 7 4 。 根据以往试验经验 ， 每增减 1 0 k g水泥 ， 其水化 热将使混凝土的温度相应升降 1 ， 并 降低混凝土 人模温度。 选择 良好 级配 的粗 骨料 ， 石子 采用 碎石 5 3 1 5 mm 。 砂采 用粗 砂 ， 并 掺加 级粉 煤 灰 和 $ 7 5级矿 渣 粉 ， 以降低水泥用量。 根据原有配合 比进行施工时的温度计算 混凝土的最终绝热温升为 X C = 0 9 7 X 2 4 01 7 - 7 4 21 一 D 。 式 中 ： T h 混凝 土 的最 大绝 热温升 ( o C) ； Q 水泥 2 8 d水化热 ， 所用 4 2 5级硅酸盐 水泥 2 8 d水化 热 Q= 4 6 1 k J k g ； m 每立方米混凝土水泥用量 ( k g m ) ， c 混凝土比热， 取 0 9 7 k J ( k g K) ； p 混凝土 密度 ( k g m 。 ) ； 混凝土的龄期( d ) 取 3 、 6 、 1 2 、 2 8 。 混凝土浇筑温度为 2 5 a 【= 。 查温降系数 表可求得不 同龄期 的水化热温 升 为 ： T=3 d ：0 6 8 T h X =7 4 2 1 X 0 6 8：5 0 4 6 T=6 d =0 6 7 T h 6=7 4 21 X0 6 7 =4 9 7 2 T：1 2 d =0 5 7 T h X 1 2=7 4 2 1 X0 5 7=42 3 0 C T=2 8 d =0 1 9 2 8=7 4 2 1 X0 1 9=1 4 1 则混凝土内部的中心温度为 ： IT ( 3 ) = 7 0 +T h 3 = 2 5+ 5 o 4 6 = 7 5 4 6 f T ( 6 ) = 7 o +T h 6 = 2 5+ 4 9 7 2 = 7 4 7 2 1 T ( 1 2 ) = 7 0 + X 1 2 = 2 5 + 4 2 3 = 6 7 3 C I T ( 2 8 ) = 7 0 + T h X 2 8 = 2 5 + 1 4 1 = 3 9 1 c I= I 根据实际配合 比进行施工时的温度计算 混凝土的最终绝热温升为 = X C = 0 9 7 2 4 5 2 4 - 4 7 4 8 一 D 查温降系数 表可求得不 同龄期 的水化热 温 升 为 ： T=3 d = 0 6 8 T h X 3= 4 7 4 80 6 8=3 2 2 9 T=6 d = 0 6 7 T h X 6=4 7 4 80 6 7=3 1 8 1 2 6 T=1 2 d =0 5 7 X 1 2 =4 7 4 8 X0 5 7=2 7 0 6 T=2 8 d =0 1 9 X 2 8 =4 7 4 80 1 9：9 0 2 则混凝土内部的中心温度为： I T ( 3 ) = r o + T h X 3= 2 5 + 3 2 2 9 = 5 7 2 9 C I T ( 6 ) = 7 o + T h 6= 2 5 + 3 1 8 1 = 5 6 8 1 I T ( 12 ) = r o + T h 1 2= 2 5 + 2 7 0 6= 5 2 0 6 C I T ( 28 ) = r o + T h X 2 8= 2 5 + 9 0 2= 3 4 0 2 C l 通过对比可以清楚的看到现场实际施工所采用 的配合 比要比原有配合 比优 良许多， 大大降低 了混 凝土的温度 ， 使工程质量得到了保障。 2 ) 混凝 土浇筑方 面采用 全面分层 施工 ， 使 得 部分水化热直接 由混凝 土表 面散 到大气 中。采 取 二次振捣 ， 及 时清除表 面积水 ， 加强早 期养 护 ， 提 高混 凝 土 早 期 或 相 应 龄 期 的抗 拉 强 度 和 弹 性 模 量 。 三个煤仓底板 浇筑共分成三大部分为 1号、 2 号、 3号仓 ， 三个部分分开施工 ， 对单仓而言， 现场布 置两辆 3 7 m三一重工汽车输送泵 ， 沿基 础进行分 区， 共分为 9个 区， 进行循环浇筑 。第一层浇筑厚度 5 0 0 mm， 第二层浇筑厚度 5 0 0 m m， 第三层浇筑厚度 6 0 0 mm， 第 四层浇筑厚度 6 0 0 m m， 第五层浇筑厚度 6 0 0 mm。上一层混凝土在下一层混凝土初凝前对 其进行覆盖 ， 以免产 生冷缝 。在振 捣上一 层混 凝 土时， 振动棒插入下一层混凝 土 5( 3 m左右 ， 振捣密 实 。 具体浇筑方案详见施工平面图( 图 1 ) 。 ， 。 、 2 ( 四 5 4 ， I、： 。 、 ， - - - 一 _ 一 图 1 混凝土浇筑分区示 意 单层混凝 土浇筑 量为 6 1 0 m ， 每辆 汽车输 送 泵浇筑量为 6 0 m h ， 单层浇筑时间为 4 5 h ， 整个 浇筑过程为连续 施工 ， 保证 了混凝土浇 筑过程 中 不出现冷缝 。在混凝 土 中掺加缓凝 剂 ， 使得混 凝 土在 6 h内不能达到初凝状态 ， 以保证混凝土浇筑 质 量 。 第 1 期 昊广利 ： 大体积混凝土温度裂缝控制的研 究和应用 第 3 9卷 塞严 ， 测完温度继续塞塑料堵塞 。中止测温记录后 ， 采用高强度等级无收缩防水砂浆注浆封闭测温管。 I I 量 ， ， 1 ， ： ： 量 ： 7 1 量 ： 蕊 萤 誊 ， ， - 8 图 6 测量点布置 序号 测温深度 m 2 0 0 踟0 w 1 4 忱 2 0 0 0 2 6 0 0 图 7 底板测温孔布置 注 ： 口 ， 、 口 2 为大气测温点 ( 混凝土表 面) ， 为混凝土 内部测温点。 图 8现场 测 温 孔 布 置 温度控制指标及测温频率 温度监控指标如下 ： 内外温差 ： 小 于 2 5 c I = ； 降温速度 ： 小于 1I 5 C d ； 揭开保温层时的温差 ： 小于 1 5 。 监测周期与频率如下 ： 混凝土浇注结束后 4 d ： 每 4 h测一次 ； 混凝土浇注结束后 51 5 d ： 每 8 h测一次 ； 混凝土浇注结束后 1 6 d ： 每 2 4 h测一次 ； 当内外温差小于 1 5 时 ， 停止测温。 煤仓( 1 号仓) 基础混凝土现场测温记录( 表 1 ) 表 1 1号仓 基础 混凝 土现场测温记录 ( ) 1 2 3 4 5 Q1 Q 2 深度 深度 深度 深度 深度 时 间 备注 周圈序号 2 0 0 m il l 8 0 0 m i ll l 4 0 0 m m 2 0 0 0 m m 2 6 0 0 m i l l l 41 6 1 6 3 61 5 0 2 4 9 5 2 61 5 6 5 0 1 9 08 O 5 2 2 1 3 4 4 6 0 6 2 6 l 5 0 0 8： O 0 4 4 9 6 2 5 9 1 4 2 6 3 6 5 5 9 5 O 2 4 7 6 3 4 8 2 8 O 8 0 5 2 2 2 3 4 3 6 2 6 3 6 3 4 6 1 2： O 0 1 4 5 0 6 3 6 0 l 4 3 6 0 6 3 6 0 5 4 2 48 6 3 4 7 2 8 O 8 0 5 2 2 3 3 45 6 0 6 3 6 0 4 7 1 5： O 0 4 5 0 6 4 6 0 第 3 9卷 吴广利 ： 大体积混凝土温度裂缝控制的研 究和应 用 第 1 期 续表 测温点序号 1 2 3 4 5 Q I Q 2 深 度 深 度 深 度 深 度 深 度 时 间 备 注 周圈序号 2 0 0 i n l n 8 0 0 m m 1 4 0 0 m m 2 0 0 0 m n l 2 6 0 0 m m 1 4 2 6 l 6 4 5 9 4 7 2 4 6 6 0 4 8 2 8 0 8 0 5 2 2 4 3 4 5 6 0 6 4 6l 4 7 l 8： O 0 4 4 7 52 5 7 l 4 5 6 0 6 4 6 0 4 6 2 4 6 6 0 4 7 2 6 0 8 0 5 2 2 5 3 4 5 6 0 6 4 6 0 4 5 2 0： O 0 4 4 8 6 2 6 0 1 4 2 5 8 6 3 6 1 4 8 2 4 6 6 2 4 7 2 5 0 8 0 5 2 2 6 3 4 5 6 1 6 4 6 2 4 7 2 3： O 5 4 4 6 6 3 5 8 1 5 2 5 7 5 4 4 7 2 5 7 4 2 0 8 0 5 2 5 7 3 4 7 6 0 5 7 4 4 1 0： O 0 4 4 2 5 8 5 0 l 48 5 4 5 2 4 4 2 5 5 4 5 0 8 O 5 2 5 8 3 5 3 5 8 5 5 4 3 1 5： O 0 4 4 4 5 8 5 4 l 2 4 8 4 0 O 8 0 5 3 l 9 3 4 5 4 9 4 9 1 2： O 0 4 3 3 5 2 4 6 1 2 4 3 4 0 O 8 0 5 3 1 1 0 3 4 4 4 9 4 9 l 5： O 0 4 3 2 5 0 45 注 ： 周 圈 序号 按 距 中心 由近 到 远 依 次 为 1 2 3 4 、 5 5 结束 语 在基础混凝土施工 中， 由于在配合 比上进行了 改进 ， 使得水泥用量大大减少 。通过对 比可看 出每 立方混凝土中节省水泥 1 3 0 k g ， 根据以往试验经验， 每减少 1 O k g水泥 ， 其水化热将使混凝土 的温度相 应降低 1 ， 并降低混凝土的人模温度 。 施工过程中严格按照所制订的有关措施进行施 工 ， 在冷却水循环 降温管布置、 浇筑时外界环境气 温 、 分层浇筑方法、 保 温保湿养护、 测温和温度监测 与管理等方面进行全过程监管监控 ， 加强措施 的实 施力度。经过现场的具体实施 ， 大体积混凝土施工 达 到 了预期 目的 ， 取 得 了 良好 的效果 。并在 这 一 方 面积累了一系列经验 ， 为今后高层建筑及大型工业 建筑中大体积混凝土施工提供了可靠的经验保证及 技术数据 。取得了良好的经济效益和社会效益且同 时保证了工程的质量。 参考文献 1 建筑施工手册 北京 ： 中国建筑工业 出版社 ， 2 0 0 3 2 大体积混凝土施工规 范 北京 ： 中国计划出版社 2 0 0 9 2 9