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2 0 1 0年 第1期 (总 第 2 4 3 期 ) Numbe r l in 20 1 0( To t a l No . 2 4 3) 混 凝 土 Co nc r e t e 实用技术 PRACTI CAL TECHN0LOGY d o i : 1 0 . 3 9 6 9 8 . i s s n . 1 0 0 2 — 3 5 5 0 . 2 0 1 0 . O 1 . 0 4 2 大体积混凝土温度裂缝分析与防治实例 黄子春 ( 青 岛理工大学 ,山东 青岛 2 6 6 0 3 3 ) 摘要: 大体积混凝土都会产生温度裂缝 , 影 响到结构的整体性 、 耐久性和美观 。 结合工程实际分析了温度裂缝产生的原 因及防裂措施 。 关键词 : 大体积混凝土 ;温度控制 ;防裂措施 中图分类号: T U5 2 8 .0 1 文献标 志码 : A 文章编号: 1 0 0 2 — 3 5 5 0 ( 2 0 1 0 ) O l 一 0 1 3 2 — 0 4 Cr a c k s i n ma s s c onc r e t e t empe r a t ur e a na l ys i s a nd pr e v en t i o n of c a s e s HUA NG 一 曲 u n ( Qi n g d a oT e c h n o l o g i c a l U n i v e r s i t y, Qi n g d a o 2 6 6 0 3 3 , C h i n a ) Abs t r a c t : Ma s s c o n c r e t e c o n s t r u c t i o n wi l l h a v e a t e mp e r a t u r e o f c mc k s a f f e c t i n g s t r u c tur a l i n t e g r i t y, d u r a b i li ty a n d a e s t he t i c s . P r a c t i c a l e n g i — n e e r i n g a n a l y s i s o f t h e c a u s e s o f t e mp e r a tu r e c r a c ks a n d c r a c k c o n t r o l m e a s u r e s . Ke y wor ds : ma s s c o n c r e t e ; e mp e r a tur e c r a c k s ; c r a c k c o n t r o l me a s u r e s 0 引言 结构性裂缝, 带来 严重的 危害。 青岛某工程基础底板为板式筏基, 厚度有 2种, 其中塔楼 板厚 1 8 0 0 n l n l , 塔楼与裙房过渡带板厚 1 0 0 0 m i r l 。 根据底板后 浇带位置划分 6 个流水段, 底板采用 C 4 0 P 1 0预拌混凝土, 混凝 土总用量共计 1 8 5 0 0 m3 。施工要求每个流水段都进行一次浇 筑, 不设置施工缝, 最大一次性浇筑 6 0 0 0 m 混凝土。这么大量 的混凝土, 技术要求高 , 现场组织和混凝土供应 、 调度难度大 , 为确保底板混凝土的顺利浇筑, 必须经过严格的计算和采取强 力的防裂措施。按照日本建筑学会标准( J AS S 5 ) 规定 : “ 结构断 面最小厚度在 8 0 c m以上, 同时水化热引起混凝土内部的最高 温度与外界气温之差预计超过 2 5 ℃的混凝土, 称为大体积混凝 土” 。 该基础底板为大体积混凝土工程。 大体积混凝土常见的质 量问题是混凝土结构产生裂缝, 通常有二种裂缝。第一种裂缝 是在混凝 土浇 筑后 由于温升产生的 。大体积f 昆 凝 土工程 , 水泥 用量多, 结构截面大 , 混凝土浇筑以后, 水泥放出大量水化热 , 混凝土温度升高。由于混凝土导热不良, 体积过大, 相对散热较 小 , 混凝土 内部水化热积聚不易散发 , 外部则散热较快 , 温度外 低内高 , 形成了温度梯度。混凝土内部产生压应力 , 表面产生拉 应力。当表面拉应力超过混凝土的极限抗拉强度时, 混凝土表 面就产生裂缝。第二种裂缝是收缩裂缝。这种裂缝产生在混凝 土的温降阶段。当混凝土降温时, 由于逐渐散热而产生收缩, 再 加上混凝土硬化过程中, 由于混凝土内部拌和水的水化和蒸发, 以及胶质体的胶凝等作用, 促使混凝土硬化时干缩。这两种收 缩受到基底或结构本身的约束 , 会产生很大的收缩应力, 除了 抵消升温时产生的压应力外, 在混凝土中形成了较高的拉应力, 超过混凝土的抗拉强度就引起大体积混凝土的贯穿裂缝 , 成为 收稿 日期 :2 0 0 9 - 0 8 - 0 6 l 3 2 1 大体积混凝土温度 裂缝分析 1 . 1 混凝土温度应 力和收缩应力的计算 大体积混凝土施工控制裂缝产生的关键是进行严格的 防裂理论计算, 验算由温差和混凝土收缩所产生的温度应力 是否 超过 当时 的基 础混凝 土极限抗 拉强度 , 以便 制定相 应的 防裂措施, 从而确保底板混凝土质量。 根据 C 4 0 P 1 0配合 比设 计 , P O 4 2 . 5级 水泥 2 2 0 k g / m , 7 d水泥发热 量 2 5 0 k J / k g , 8 、 9 、 1 0 月份施工平均气温为 2 5℃, 混凝土浇筑温度控制在 2 8℃ 以内 。 1 . 1 . 1 混凝土最大绝热温升 : 一 2 20 x25 0 2 3 .7 2℃ ( 1 ) C y 0. 9 6x2 41 5 式中: 一混凝土最大绝热温升; —— 每立方米混凝土水泥用量; 9 。 —一每公斤水泥水化热量; c —一混凝土质量热容; r混凝土密度 。 1 . 1 . 2 混凝土内部不同龄期温度 1 . 1 . 2 . 1 求不 同龄期绝热温升 混凝土块体的实际温升, 受到混凝土块体厚度变化的影响, 因此与绝热温升有一定 的差异。 ( 2 ) 式中: 卜混凝土不同龄期的绝热温升; 广一混凝土最高绝热温升; 一 不同龄期水化热温升与混凝土厚度有关值。 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 表 1 不同龄期水化热温升与混凝土厚度有关系数 f 值 1 . 1 . 2 . 2 不同龄期混凝土中心最高温度 ( 3 ) 式中: 一不同龄期混凝土中心最高温度; 卜混凝土浇筑温度 ; 卜不同龄混凝土绝热温升。 经计算不同龄期混凝土中心最高温度结果如表 3 。 表 3 不同龄期 混凝土 中心最高温度 由表 3 可知, 混凝土3 — 6 d左右, 内部温度最高。 1 . 1 . 3 混凝土温度应力 1 . 1 _ 3 . 1 各龄期} 昆 凝土的收缩变形值及收缩当量温差 ( 1 ) 各龄期收缩变形 B y ( t ) ( 1 - e “ ) M2 ⋯⋯ ( 4 ) 式 中: 8 y ( t ) ——龄期 t 时混凝土 的收缩变形值 ; 占 一混凝土的最终收缩值, 取 2 . 4 1 x 1 0 ℃ ; 一 各种非标准条件下的修正系数。 本工程根据用料及施工方式修正系数取值如表 4 。 表 4修正系数 M l M2 M3 M 4 M5 M6 M 7 M8 M9 M 1 .2 5 0 . 9 3 1 .0 0 1 .2l 1 -2 0 1 . 0 9 1 . O 4 】 . 4 O 1 . 0 0 0 . 9 0 各龄期混凝土收缩变形值经计算得出见表 5 。 表 5 各龄期收缩变形值 龄期 / d 3 6 9 1 5 2 1 2 7 收缩变形值 ( f ) / 1 0 2 3 4 5 . 5 6 7 . 1 1 0 8 . 6 1 4 7 .7 1 8 4 . 6 ( 2 ) 各龄期收缩当量温差 将? 昆 凝土的收缩变形换算成当量温差 T / f ) : O / ( 5 ) 式中: ( f ) ——各龄期混凝土收缩当量温差, ℃; ( t ) ——各 龄期混凝土收缩变形 ; 旷一 混凝土的线膨胀系数 , 取 l x l O ℃~ 。 各龄期收缩当量温差计算结果如表 6 。 表 6 各龄期收缩当量温差 1 . 1 . 3 . 2 各龄期混凝土的最大综合温度差 1 △ t ) = + t ) + ( £ ) 一 ( 6 ) 3 式中: A T ( t ) ——各龄期混凝土最大综合温差; 卜混凝土浇筑 温度 , 取 2 8℃ ; T ( t ) ——龄期 t 时的绝热温升 ; T y ( t ) ——龄期 t 时的收缩 当量温差 ; —— 混凝土浇筑后达到稳定时的温度 , 取平均气温 2 5 ℃。 各龄期混凝土最大综合温度差计算结果如表 7 。 表 7 最大综合温度差 1 . 1 . 3 . 3 各龄期混凝土弹性模量 E ( t ) = E h ( 1 - I e ) ( 7 ) 式中: E ( t ) ——混凝土龄期 t 时的弹性模量, MP a ; 混凝土最终弹性模量 , MP a , C 4 0混凝土取 3 . 2 5 x 1 0 MPao 混凝土龄期 t 时的弹性模量计算结果见表 8 。 表 8 弹性模 量 龄期 / d 3 6 9 1 5 2 1 2 7 弹性模量 E( t ) / l O ~ MP a 0 . 7 8 1 . 3 7 i .8 3 2 .4 4 2 . 8 0 3 .0 1 1 . 1 . 3 . 4 混凝土徐变松弛系数、 外约束系数、 泊桑比及线膨胀系数 ( 1 ) 松弛系数, 根据有关资料取值见表 9 。 表 9混凝土龄期 t 时的松弛 系数 ( 2 ) 外约束系数( ) , 取 _ 0 . 4 。 ( 3 ) 混凝土泊桑 比( ) , 取 0 . 1 5 。 ( 4 ) 混凝土线膨胀系数( ) , 取 1 x l 0 ℃~ 。 1 . 1 , 3 . 5 不同龄期混凝土的温度应力 ( f ) : 一 ! 垒 ( £ ) 风 l 式中: ( £ ) ——龄期 t 时混凝土温度( 包括收缩) 应力; E( t ) ——龄期 t 时混凝 土弹性模量 ; —— 混凝土线膨胀系数 ; A T ( t ) ——龄期 t 时混凝土综合温差; l l - 一 混凝土泊桑比; S ( £ ) ——龄期 t 时混凝土松弛 系数 ; ( 8 ) 1 3 3 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 表 1 O不同龄期混凝土温度 ( 包括收缩 ) 应力 龄期 / d 温度应力 t r / MP a 1 . 0m 1 .8m 尺 . 一夕 I- 约束 系数 。 不同龄期混凝土温度( 包括收缩) 应力计算结果见表 1 0 。 1 . 2 结论 根据温度应力及收缩应力的计算, 把混凝土浇筑后的 1 5 d 作为混凝土开裂的危险期 。 C 4 0混凝土 2 8 d轴拉 强度为( 风 ) = 1 . 7 MP a 。 而现在 1 5 d 混凝土温度应力 : 底板厚 1 . 0m处 , . _ 0 .6 9 MP a 底板厚 1 . 8 m处 , o - 2 = 0 .8 O MP a 因为同龄期混凝土 ( 1 5 d ) = 0 . 7 5 R L = 1 .2 8 MP a 所以: ! : — 1 .8 6 > l _ 2 0 ( 抗裂安全度) O 1 0. 69 鱼 三 : 1 .6 0 1 . 2 o ( 抗裂安全度) 0 - 2 0. 80 结论 : 由上述结果 可知 , 对 于 1 . 0 、 1 . 8 m 的底板 , 计算 数据 显示混凝土内外温差均不超过 2 5℃ , 混凝土底板 内不会产生贯 穿性裂缝 , 不需采用蓄水养护的办法, 应用常规养护即可。 2大体积混凝 土水化 温度 的监测 2 . 1 测 试设备 采用 J D C 2便携式建筑电子测温进行大体积混凝土内部 测温, 使用便于携带的半导体传感器。 表 1 1 2 . 2测温点 布置 每一个测温点 处分为三个深度进行测温 ,温点位传感 器 由距离板底 2 0 0 mm, 板中 5 0 0 l 0 0 0 mlT l , 距板表面 5 0 mlT l 各 测温点构成。 各传感器分别附着于 q b l 6圆钢支架上, 各测温点 位 间距不大 于 6 m。 即一 点处 预埋 不同温 度的测 温线 , 用 于 底板表面、 中、 下温度测试。测温线绑在钢筋上, 温敏元件不 得 与钢筋直 接接触 , 插 头留在外 面并用 塑料袋罩 好 。以后 视 温度变化情况确定测温次数。 A、 B、 C塔楼底板厚 1 8 0 0 1 T ll n 。 A 区面积 2 2 9 3 m。 , 布置 6 6个测 温点 位 , +1 6圆钢支 架长 度 2 0 0 0 m i t t ; B区面积 2 1 1 3 m2 , 布置 6 1个测温点位 , 1 6圆钢 支架 长度 2 0 0 0 mm; C区面积 2 1 8 7 m2 , 布置 6 2个测温点位 , +1 6 圆钢支架长度 2 0 0 0 mm。A、 B、 C塔周围底板厚 1 0 0 0 m l l q t 区 域面积 2 4 3 5 m 。布置 6 0 个测温点, +1 6圆钢支架长度 1 2 0 0 mm。 2 。 3 测温监 测与分析 加强测温和温度监测和管理 , 将混凝土内外温差控制在 2 5℃以内, 并根据测温分析及时加强混凝土保温养护措施, 控制 混凝土裂缝 的产生 。 ( 1 ) 设专人专职负责温度监测。填写测温报告表并 画出混 凝土实际降温曲线。 ( 2 ) 温度 监测 。测温 由项 目部试验员进行 , 并作 好记录 , 每 点处 混凝土 内部温度与混凝 土外表温度相 比较 , 如 发现 温差小 于 2 5℃时, 可停止测温。由于大体积混凝土早期升温快 , 后期 降温慢的特性 , 采用先频后疏 的测 温方法 , 测温从混凝土浇筑 后 3 h开始采样, 降温结束后以各部位温差均进入安全范围( 温 差小于2 5℃) 时可以撤除保温措施。 根据混凝土温升规律, 制定测温频率, 见表 1 1 。 ( 3 ) 温度监测分析。 测温显示混凝土内外温差均不超过 2 5 ℃。 测温频率 养护时间 测温时刻 6: 0 0、 8: 0 0、 l 0: 0 0、 1 2: 0 0、 1 4: 0 0、 1 6: 0 0、 1 8: 0 0、 2 0: 0 0、 2 2: 0 0、 2 4: 0 0、 2: 0 0、 4: 0 0 6: 0 0、 l 0: 0 0、 1 4: 0 0、 1 8: 0 0、 2 2: 0 0、 2: 0 0 4: 0 0、 1 2: 0 0、 2 0: 0 0 3 防止大体积混凝土产生裂缝 的措施 由于底板混凝土施工在 8 、 9 、 1 0月份, 当地的气温比较高, 平均气温2 5℃, 最高气温达 3 0℃, 这对大体积浇筑不利, 为防 止大体积混凝土产生裂缝, 控制混凝土内部温度与外界温度之 差不大 于 2 5℃, 针对本工程特点特采取 以下技术措施。 3 . 1 设 计控制措 施 ( 1 ) 选择 良好级配的骨料 , 严格控制砂 、 石的含泥量 , 砂 、 石 含泥量超标的禁止使用 水泥: P O 4 2 . 5 级水泥; 砂子: 中砂, 含泥量 < 3 %, 泥块含量 < l %; 石子: 采用 5 ~ 2 0卵石 , 含泥量 < 1 %, 泥块含量 < 0 . 5 %; 针、 片状颗粒含量: < 1 5 %。 ( 2 ) J t- )J l ~ 剂 的选择 对于大体积混凝土, 尤其是超大体积混凝土, 外加剂的选 用至关重要 , 经过反复研究 , 对几种膨胀剂如 UE A— M、 AE A、 F S 1 3 4 等外加剂的性能进行对比, 并根据搅拌站以往施工经验, 决定采 用 A E A混凝土防水剂 ( 缓凝 型) 。掺量为水泥用量的 1 2 . 5 %, 缓 凝时间 1 5 h 。这种外加剂 , 具有抗渗 、 补偿收缩 、 缓凝 、 延迟水化 热峰值等功效, 有效的防止混凝土内部裂缝的产生。实践证明, 使用这种外加剂是很成功的。 ( 3 ) 掺人一定配合 比的 $ 9 5型矿粉 掺量为水泥用量的 0 . 3 6 %, 这不但降低混凝土内部水化热 , 改善混凝 土的和易性 , 增加可泵性 , 而且节约水泥用量 。 ( 4 ) 混凝土的要求 混凝土的坍落度( 1 3 0 + 3 0 ) m m, 可泵送高度 3 O ~ 6 0 m满足 本工程要求。 泵送混凝土的水灰 比宜为 0 . 7 ~ 0 . 8 。 泵送混凝土的 砂率宜为 3 8 %,-- -4 5 %。泵送混凝土应掺加适量外加剂并应符合 国家现行标准的规定。外加剂的品种和掺量宜由试验确定不得 任意使用。掺用引气剂型外加剂的泵送混凝土的含气量不宜大 于 4 %。混凝土初凝时间为 1 5 h 。混凝土强度根据试验保证 6 O d 强度达 1 0 0 %, 根据 目前试验 2 8 d已达到 1 0 0 %。 ~ 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m ( 5 ) 配筋措施 在基础内设置必要的温度配筋, 在基础突然变化、 转折部 位, 底板与墙转折处 、 孔洞转角及周边部位, 增加斜向构造配 筋, 以改善应力集中。在基础与墙、 地坑等接缝部位 , 适当增大 配筋率, 设暗梁, 以减轻边缘效应, 提高抗拉伸强度, 控制混凝 土裂缝开展。 3 - 2 施 工措施 ( 1 ) 控制混凝土出机和入模温度, 以降低混凝土的绝对温 升值, 降低混凝土内外温差 控制混凝土的出机温度: 与搅拌站约定混凝土出机温度小 于 2 8℃, 混凝土中的砂石等骨料对出机温度影响大, 高温时采 用冷水淋洒, 降低混凝土出机温度。控制混凝土人模温度: 与搅 拌站约定混凝土入模温度小于 2 8℃, 气温高时, 在输送泵管上 采取降温措施, 以防混凝土入模温度过高, 在水平输送管上铺 麻袋并淋水降温等。控制混凝土运输温度: 高温运输时运输罐 体要加盖帆布。 ( 2 ) 测温监控保证措施 如测温时发现内外温差大于2 5℃, 采取浇冰水养护的方法 降低养护温度, 减小内外温差。 淋洒的水源中加入片冰冷却, 使 淋洒水的温度降低至 1 5℃以下 , 运输成品片冰的车辆要及时 进场 。 ( 3 ) 混凝土采用分层浇筑 混凝土采用 自然流淌分层浇筑, 每层混凝土浇筑厚度控制 在 6 0 c m 左右 , 在上层混凝 土浇筑前 , 使其尽可能 多的 向外 界 散发热量, 降低混凝土的温升值 , 缩小混凝土的内外温差及温 度应力 , 不致 出现冷缝。 ( 4 ) 严格控制混凝 土的坍落度 严格控制混凝土的坍落度( 1 4 — 1 6 c m) , 进行混凝土的二次 上接第 1 3 1页 金平县河段 内, 距河 口( 中越边境 口岸地 ) 约 1 0 6 k m。该坝坝高 1 0 7 . 5 m, 碾压混凝 土重力坝 , 混凝 土量约为 1 0 0万 m 。工程地 处典型的亚热带气候 , 年平均气温高达 2 3 . 5℃( 工地实测值) , 季节温差小, 无冬季。 大坝温控采用了埋设 P E管通大坝基坑渗 水和大坝强约束 区常态混凝土 、 碾压混凝土外掺 Mg O 的方法 , 不采用强制冷却温控措施。 大坝强约束区常态混凝土外掺 Mg O为 4 %, 强约束区碾压 混凝土外掺 Mg O为 4 . 5 %。 混凝土拌制采用 4 m, 双卧轴强制式 搅拌机 , 共 2台。Mg O采用 2 0 t 立罐储装, 采用螺旋机取料电 子秤计量投料, 全过程实行了自动化管理。 外掺 Mg O碾压混凝 土的拌和时间为 7 5 S , 外掺 Mg O常态混凝土的拌和时间 5 5 S 。 Mg 0外掺方法采用了本文创新方法。 经统计, 共生产外掺 Mg O 碾压混凝土 6 . 5 万 m , 检测点数 4 6 8次, 其中 C V值为 0 . 1 5 , 极 差为 I . 8 %, 均匀性达到优秀水平 ; 生产外掺 Mg O常态混凝土 4万 r n 3 , 检测点数 2 7 5次, 其中 C V值为 O . 1 3 , 极差为 1 . 5 %, 均 匀性达到优秀水平。 混凝土产量并未因外掺 Mg O而受到影响。 4结论 通过采用制备 Mg O悬浮液和多点分散加入的创新方法 , 振捣, 减少混凝土的收缩值, 增加混凝土的密实度 , 提高混凝土 的抗裂性能 。 ( 5 ) 及时排 除混凝土泌水 在振捣过程 中产生 的泌水 , 消除泌水对混凝 土层间黏结能 力 的影 响, 提高混凝土的密实度及抗裂性能 。 ( 6 ) 混凝土 的表面处理 由于泵送混凝土表面的水泥浆较厚 , 在混凝土浇到顶面 后 , 及时把浮浆赶跑, 浇筑 2 ~ 3 h后, 用刮杆初步按标高刮平, 用 木抹子反复( 至少 3次) 搓平压实, 使混凝土在硬化过程初期产 生的收缩裂缝在塑性阶段就予以封闭填补, 以控制混凝土表面 龟裂 。 ( 7 ) 混凝土 的养护 1 . 0m厚底板 , T b = 一 2 5℃= 3 6 . 6℃一 2 5℃= l 1 . 6℃ ; 1 . 8 m 厚底板, T b = T ~ x - 2 5~ C = 3 9 . 7~ C - 2 5* C = 1 4 , 7℃。可知, 混凝土内 外温差都不会大于 2 5℃, 不采取蓄水养护措施 , 底板的养护方 法为直接浇水, 使混凝土表面始终保持湿润。 参考文献: [ 1 】 李彤厚. 大体积混凝土承台施工温度裂缝控制实例[ J 】 . 建筑技术开 发, 2 0 0 1 ( 1 O ) . [ 2 】 曹可之. 大体积混凝土结构裂缝控制的综合措施叨.建筑结构 , 2 0 0 6 ( 8 ) . 作者简介 : 单位地址 联系电话 黄子春( 1 9 6 2 一 ) , 男, 高级工程师, 国家注册监理、 造价工程 师, 青岛高级咨询师, 山东省高级预算师。 山东省青岛市抚顺路 1 1 号( 2 6 6 0 3 3 ) 0 5 3 2 —8 5 0 7l 8 2 6 既实现了良好的均匀性又不影响混凝土产量, 实行了Mg O碾压 混凝土的快速均匀拌制, 对外掺 Mg O碾压混凝土筑坝技术的推 广将起积极作用。 参 考 文 献 : ⋯ 1 陈昌礼, 李承木. M g O混凝土的研究与进展[ J 】 . 混凝土 , 2 0 0 6 ( 5 ) : 4 5 — 4 7 . [ 2 】2 陈秋华. 沙牌碾压混凝土拱坝的技术创新及成就【 J 】 . 水电站设计, 2 0 0 6 ( 5 ) : 1 3 — 1 7 . 【 3 ] 罗明华. 索风营水电站大坝碾压混凝土外掺 M g O施工工艺[ C ]/ / 2 0 0 4 全国R C C D筑坝技术交流会论文集 , 贵州贵阳, 2 0 0 4 : 3 1 6 — 3 2 0 . 【 4 J 水电规科[ 1 9 9 5 1 0 0 2 3 号, M g O微膨胀混凝土筑坝技术暂行规定【 s ] . f 5 J5 G B / T l 7 6 —2 o o 8 , 水泥化学分析方法[ s 】 . 北京 : 中国标准出版社, 2 O 0 8 . 作者简 介 单位地址 联 系电话 谢祥明( 1 9 7 4 一 ) , 男, 高级工程师, 博士生, 主要从事水利水 电技术研究工作。 云南省红河州元阳县南沙镇南沙水电油办公室( 6 6 2 4 0 0 ) 1 3 7 6 9 40 6 6 9 l 1 35 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m
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