水泥磨基础大体积混凝土裂缝控制技术.pdf

高任清等 ： 水泥磨基础大体积混凝土裂缝控制技术 水泥磨 基础大体积混凝土裂缝控制技术 高任清， 武燕 ， 王杰 河北省第四建筑工程有限公司。 河北石家庄0 5 0 0 5 1 ) 【 摘要】 新型干法水泥生产线大型动载设备磨机基础均为大体积混凝土基础， 施工难点在于防止裂缝的 产生， 而裂缝产生受多种因素影响， 其中温度是影响裂缝产生的关键因素。本文通过现场监测、 数值仿真的方法 分析总结此类大体积混凝土施工过程中温度及应变的变化规律， 这对保证混凝土结构安全具有积极意义， 此项研 究可有效指导类似工程的实施。 【 关键词】 大体积混凝土； 裂缝； 温度； 监测； 仿真 【 中图分类号】 T U 7 5 5 【 文献标识码】 B 【 文章编号】 1 0 0 1 6 8 6 4 【 2 0 1 4 ) 1 2 0 0 8 7 0 3 某水泥厂 5 0 0 0 t d原料粉磨工程 ， 其中磨机基础 为大体积混凝土结构 ， 项 目施工难点在于防止裂缝的 产生。裂缝的产生受混凝土原材料、 配合比、 施工方 法、 施工质量、 养护、 环境等多种因素影响， 如何控制裂 缝的产生是项 目成败的关键 。 。其中温度裂缝的防 控更是至关重要 ， 经过大量研究证明， 采用措施控制混 凝土内外温差在2 5 以内， 可有效防止混凝土温度裂 缝的产生 。 1 工程监测 工程基础尺寸为 2 0 2 m x 1 3 4 m， 厚度为 4 6 5 m， 养护开始时间为浇筑完成后 1 2 h以内。由于工期正值 夏季， 外界温度高， 且混凝土配合比中水泥 比重较高， 设备基础中预埋了焊接钢管作冷却降温管， 通过控制 冷却水流量， 来降低混凝土内部温度， 减小内外温差， 布置如 图 1 所 示。 0 0 ：2 排 进水处 图 1 冷水管 布置图( 单位 ：mi l1 ) 考虑本工程结构形 式 的特 点 以及现 场实际情 况 ， 共设置了7组测点。第一组测点只有表层测点 A和 中心测点 B， 其他组测点分为混凝土表层测点 A 、 中心 测点 B和底部测点 C ， 测点埋设深度分别对应为 0 2 、 2 3和4 4 m。布置如图2所示。 0 0 导 图2测温点布置水恩图( 单位 ：mm ) 本工程混凝土测温仪器采用 P N型温度传感器、 J D C一 2型便携式建筑电子测温仪， 大气温度测量采用 玻璃温度计。 1 1 温度监 测 通过各测温点温度曲线图分析， 我们可以得出： ( 1 ) 所 有测 点 温 度变 化 曲线 均表 现 出相 同趋 势 ， 3 d内混凝土温度升至峰值， 升温阶段时中心测点 的升温速率和温度值明显高于表层测点和底部测点， 表层测点由于容易受到养护条件和外界气温的影响， 升温阶段持续时间最短 ， 且降温阶段温度值波动较大。 ( 2 ) 临近地基部位混凝土降温阶段散热较慢是 由于地基土对其能够起到一定保温作用， 以至于后期 降温阶段出现底部混凝土温度高于中心温度的情况。 ( 3 ) 通过采取预埋冷却水管的温控措施 ， 可减 低温建筑技术 2 0 1 4年第 1 2 期( 总第 1 9 8 期) 小水泥水化热引起的温度峰值和降低早期混凝土内 外温差 ， 通过调节冷却水管水流流速和通水时间， 能够 有效控制混凝土内外温差， 防止温度裂缝的发展。 赠 8 0 7 O 6 0 5 0 4 0 3 0 3 号点温度曲线图 龄期， d 5 号点温度曲线图 i - , - B S i l ) ， l J J )J 3 l， 龄期， d 图3 3 号和5 号混凝土测点温度随龄期的变化 曲线 1 2 应变监测 在磨机基础捆扎钢筋时将应变片固定在测试点， 大体积混凝土施工时实时记录应变变化。现场部分监 测数据如 图 4 所示 。 、 龄期， d ( 8 )3 号点应变 由图4可知， 由于上表面与大气接触， 温度迅速下 降 ， 当温度 由增长变为下 降的时候 ， 混凝 土应 变也相应 的由压应变转变为拉应变， 由于循环冷却水的作用， 中 心位置 3 d后一直处于降温阶段 ， 所以中心位置应变一 直处 于增长 阶段 ， 但 此时混凝 土已具有一 定 的抗拉 强 度， 可以抵御所受的微小拉应力的作用 ， 此时混凝土出 现裂缝的可能性并不大。随着下表面混凝土温度的降 低较为缓慢 ， 所以下表面应变增长较为缓慢。 2 数值仿真 本项 目研究采用大型有限元分析软件 A B A Q U S 对其建立三维有限元模型， 经过对大体积混凝土施工 阶段进行水化热数值模拟分析， 可得到大体积混凝土 的计算温度及应力的分布情况。对大体积混凝土水化 热分析有两个过程 ： ( 1 ) 由于水化过程的发热、 对流、 传导引起的混 凝土内部温度分布分析 。 ( 2 ) 弹性模量、 徐变及收缩随温度、 龄期不断变 化时混凝土内部应 力分 析 。 2 。 1 温度计算结果与分析 图5 第3 天和第5 天温度云图 通过温度场云图可得出 ， 温度 的变化趋势都是 内 部温度高， 外部温度低， 随着龄期的增加、 混凝土生热 率的逐渐降低以及热量持续的向四周扩散， 混凝土内 部温度出现由快到慢的降温过程。纵切面上最高温度 核心区域处 于中心偏下位 置 ， 整体有所下移 ， 这是 由于 设置的冷却水 管带走 了中心部位大 量热量所 导致 的 ， 地基温度一定 程度 上 的上升 对底 部混 凝 土起 到 了保 温作用。模型最高温度出现在龄期第 3天的中心位 置， 峰值过后， 模型开始出现整体降温。 2 2 温度应力计算与分析 通过不同龄期温度应 力云 图得 出， 拉应 力 主要集 中在混凝土的上表面和侧面部分， 由于上表面和侧面 的共同散热边缘处温度下降较快 ， 导致上表面边缘区 域拉应力数值较大。压应力主要出现在混凝土的中心 位 置和底部的最边缘 位置 ， 底部位 置 出现 较大 的压应 力是 由于浇筑初 期混 凝 土 的热膨胀 受 到来 自 自身 以 及地基 的约束 。处于 内部压应力和外部拉应力时是混 凝土产生裂缝的危险期。随着龄期的增长 ， 拉应力数 、 毯赠 o 肿 3 1 l 2 、 如0卯 l 1 一 l l 2 2 高任清等 ： 水泥磨基础大体积混凝士裂缝控制技术 8 9 值逐渐减小， 压应力数值也随之降低， 当降温阶段混凝 土 内部温度 下降 的幅 度逐 渐 大于 表 面温 度下 降 的幅 度时 ， 中心部位靠外的压应力区域逐渐转变为拉应力。 一 一f一 图6 第5 天温度 应力云图 2 3 冷却水管布置方案优化 运用有限元软件 A B A Q U S对预埋冷却水管不同 布置工况下的温度场进行仿真。混凝土热力学参数、 外界环境参数、 冷却水管通水流量、 管间距等参数参照 本项 目选取。本研究共采用了5种布置方案。 方案一 ： 每隔3 m布置一层冷却水管 ； 方 案二 ： 每隔 2 5 m布置一层冷却水管 ； 方案三： 每隔2 m布置一层冷却水管； 方案四： 每隔 1 5 m布置一层冷却水管 ； 方 案五 ： 每隔 1 m布置一层 冷却水 管。 通过仿真结果得出， 减小冷却水管间距可以大大 提高冷却效果， 有效降低内外温度差， 但减小冷却水管 间距不仅会增加施工成本， 而且实施操作中不易实现， 因此在考虑综合效果， 并满足规范要求的前提下， 实际 工程中冷却水管间距宜取 1 5 2 m为最优选择。 3结语 通过大量现场监测数据、 数值仿真， 得出以下结论 ： 现场监测与数值仿真两者考虑因素的差异主要为环 境温度的选取 ， 同时现场测试结果受综合因素影响， 而 仿真计算是计划的模型计算， 因此导致两者结果有一定 出入， 但温度及应力变化趋势基本一致； 温度应力数 值的大小与温差、 随龄期增加的弹性模量和约束条件有 关； 利用 A B A Q U S软件对预埋冷却水管不同布置工况 下温度场进行计算， 在满足规范要求的前提下 ， 并结合 实际工程， 冷却水管间距取 1 5 2 m为宜； 大体积混 凝土施工过程应根据工程特点制定施工方案及与之相 配套的现场监控方案， 通过温度跟踪监测， 进行信息化 施工 ， 可以有效 防止温度裂缝的产生。 参考文献 1 朱伯芳大体积混凝土温度应力与温度控制( 第二版) M 北京t 中国水利水电出版社出版， 2 0 1 2 ， 1 4 2 2 王强 杨智良 大体积混凝土裂缝的形成与预防初探 J 安 徽建筑 ， 2 0 0 5， ( 4 ) ： 3 73 8 3 叶雯， 杨永民 大体积混凝土施工温度监测及其温度应力分 析 J 混凝土， 2 0 0 8 ， ( 9 ) ： 1 0 4 1 0 7 4 苏有文， 古松 大体积混凝土施工过程温度应力场监测及有 限元分析 j 浙江工业大学学报， 2 0 1 0 ， ( 8 ) ： 4 4 2 445 5 王建， 刘爱龙 A B A Q U S 在大体积混凝土徐变温度应力计算中 的应用 J 河海大学学报( 自 然科学版) ， 2 0 0 8 ， 7 ， 3 6 ( 4 ) ： 5 3 2 5 3 7 【 收稿日期】 2 0 1 4 0 8 1 4 作者简介】 高任清( 1 9 6 5 一 ) ， 男， 河北省藁城市人， 教授级 高级工程师， 从事建筑施工及结构相关类工作。 ( 上接第 8 2页) 4结语 ( 1 ) 超长框剪结构在温度作用下引起的内力主 要集 中于最下部楼层 ， 本工程案例中 ， 一层柱和二层楼 板的温度效应较大； 上部楼层由于下部楼层的变形累 计， 温度效应引起的内力被逐步释放。 ( 2 ) 后浇带如果只是滞后楼层一个月即封闭， 对减小结构温度效应的贡献很小； 当推迟至整体结构 施工完毕之后两个月再行封闭后浇带 ， 方可有效降低 结构温度效应。 ( 3 ) 各层 需设 置径 向的后 浇带 ； 二层楼 板需 增 加一条切向后浇带以减小宴会厅部分的温度效应。 ( 4 ) 对下述位置构件需进行设计加强 ： 一层靠 近主楼两侧边缘和靠近后浇带的墙、 柱 ； 二层处于后浇 带 所隔离 出范围中心位 置的梁 、 楼板 。 参考文献 1 朱健超长混凝土结构温度应力分析及控制技术研究 D 西 安 ： 长安大学 ， 2 0 1 1 2 陈建辉 超长结构温度作用响应分析及无缝设计研究 D 武汉 ： 武汉理工大学， 2 0 1 0 3 何本贵， 刘芳， 常为华， 等超长混凝土结构温度作用正交分 析与研究 J 工业建筑， 2 0 1 1 ， 4 1 ： 7 1 4 7 1 7 4 卢先军 ， 杜 亚刚，姬丽丽 ， 等 深圳北站 东广场超 长结构设计 J 建筑结构， 2 0 1 2 ， 4 2 ( 4 ) ： 4 4 4 9 ， 6 4 5 俞彬， 邹祖军， 刘艺萍， 等宁波金融地块超长混凝土结构温 度应力分析 J 上海建设科技， 2 0 1 3 ( 2 ) ： 1 O一 1 2 ， 1 6 收稿日期】 2 0 1 4 0 8 1 9 作者简介 李宝华( 1 9 7 5 一) ， 男， 吉林四平人， 工程师。 硕士。 从事建筑结构设计工作。