某筏板基础大体积混凝土裂缝分析与控制.pdf

2 0 1 1 年第 1 1 期 1 1月 混 凝 土 与 水 泥 制 品 C HI NA C ONC RE T E AND CE MEN T P RODUC T S 2 01 1 No ll No v e mb e r 某筏板基础大体积混凝土裂缝分析与控制 曹 明莉 ， 张 聪 ( 大连理工大学建设工程学部 ， 1 1 6 0 2 4 ) 摘要 ： 以某筏板基础 大体 积混凝土 实际工程为研 究对 象， 采用理论计算与工程现场试验相结合 的方法 ， 分析 了该筏 基工程混凝土出现 裂缝 的原 因， 并结合 工程 实际给 出了温度裂缝控制的技 术措施 。 关键词 ： 筏板基础 ； 大体积 混凝 土； 温度裂缝 ； 控制措施 A b s t r a c t ：T a k i n g o n e m a s s c o n c r e t e r a ft f o u n d a t i o n p r o j e c t a s r e s e a r c h o b j e c t ，u s i n g t h e m e t h o d o f t h e o r e t i c c a l c u l a t i o n c o m b i n i n g w i t h p r o j e c t s i t e t e s t s ， t h e r e a s o n s f o r t h e c r a c k s o f t h e r a f t f o u n d a t i o n p r o j e e t a r e a n a l y z e d ， a n d t h e t e c h n i c a l me a s u r e s o n c o n t r o l l i n g t h e r m a l c r a c k s a r e g i v e n c o m b i n e d w i t h t h i s p r o j e c t Ke y wo r ： Ra f t f o u n d a t i o n ；Ma s s c o n c r e t e ； T h c r ma l c r a c k s ； C o n t r o l l i n g me a s u r e 中图分 类号 ： T U 5 2 8 文献标识码 ： B 文章编号 ： 1 O O O 一 4 6 3 7 ( 2 0 1 1 ) 1 1 5 6 一 O 4 1 工程概 况 某核电站一期工程设有两座水泵房 ( 1 2 H P X) ， 每座泵房长 9 5 4 2 m， 宽 4 3 1 m， 采用筏板基 础 ， 筏基 底绝对标高为一 2 0 1 m，分层分块对筏基进行 浇筑 ， 平均浇筑厚度为 2 1 m。区段 2 # HP l - 3 ( A B ) - 1 8 3 1 6 0是在 2 # H P 1 3 ( A B) 一 2 0 1 1 8 3的基础上浇筑 的 。在 2 0 d左右 时发 现区段 2 # HP 1 - 3 ( A B ) 一1 8 3 1 6 0的混凝土出现了一些深层裂缝 ，如 图 1和图 2 所 示 。 图 1 钢筋附近的深层裂缝 图 2 远离钢筋处 的深层裂缝 区段 2 # HP 1 3 ( A B ) 一1 8 3 _ l 6 0筏板基础混凝 土于 8月中下旬浇筑， 强度等级为 C 4 5 ， 浇筑厚度为 2 3 m， 采用的配合比如表 1 所示 ， 裂缝统计数据如表 2所示 。 2裂缝原 因分 析 大体积混凝 土裂缝按其深 度的不同可以概括 地分为三类I 1 ： 表面裂缝 、 深层裂缝 和贯穿裂缝 。通 常来 说 ， 表面裂缝的危害性较小 ； 而深层裂缝 与贯 表 1 混凝 土配合比 穿裂缝会对混凝土结构产生严重的危 害， 要尽量避 免。引起大体积混凝土开裂的最主要的原因是内外 温差以及温度应力 ， 因此 ， 有必要从此二者人手来 一 56一 分析该筏基大体积混凝土出现裂缝的原因。本文采 用理论计算 与工程现场试验相结合的方法对裂缝 原因及解决方案进行了模拟分析讨论 ， 具体做法是 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 曹明莉 ， 张聪 某筏板基础大体积混凝土裂缝分析与控制 先对 已开裂 混凝 土区域进行 理论 计算预测事故原 因并 以此 调整施工方案 ， 然后采用调整后的方案在 2 # H P 1 3 f A B ) 一1 8 3 1 6 0的基础上进行 2 # H P 1 - 3 ( A B ) 一 1 6 0 一 l 3 7区段 的混凝土浇筑 ， 以验证方案 的 可行性 。 2 1 理论计算 2 1 1 内外温差的估算 为更加精确模拟混凝土 的温度变化 ， 此处采用 有限差分法 ， 取时间区段 T ( t ) = 0 5 d ， 即 1 2 h 。为避 免计 算过程中的震 荡现象以保证 迭代过程的稳定 和收敛嘲， 令 = ， 其 中 为混凝土线膨胀系数 h 4 取 1 x l 0 ， 综合考虑 2 3 m 的浇筑厚度 ， 可初步确定 计算分层厚度为 h l = 0 4 6 m， 共分为 5层。在第 ， r 个 计算时间区段 ， 相邻三点 的温度为 、 ( 1 ) 最高绝热温升值 ( ) ： ( ) = 罟 _ 4 8 9 6 式 中 3 ， W 一每 I n 混凝土的胶凝材料用量 ， k g m。 ， 取 3 9 0 k g； C一混凝土的比热 ， 取 0 9 6 k J ( k g q C ) ； P一混凝土的重力密度 ， 取 2 4 0 0 k m ； Q一胶凝材料水化热总量 ， k J k g ， 即 n一! 二 7 Q 7 - 3 Q 3 k 一粉煤灰掺量对应的水化热调整系数 ， 取 0 9 4； k ： 一矿粉掺量对应 的水化热调整系数 ， 取 1 ； Q 一水 泥 的 7 d水 化 热 ， k J k g ，经 实 测 为 3 1 2 8 k J k g ： Q 。 一水 泥 的 3 d水 化 热 ， k J k g ，经 实 测 为 2 7 7 2 k J k g 。 ( 2 ) 水泥及掺合料引起的水化温升 ( 7 - ) ： ( = ( ) ( 1 一 e ) 式 中 ， m 一 水 化 系 数 ，普 通 水 泥 的 m= 0 4 3 + 0 0 0 0 1 8 W， 取 0 5 ， 则 ( = ，( 丁 ) ( e - m ( r - I e ) 其中， ) 、 ) 的具体计算结果见表 3 。 ( 3 ) 第 n层混凝土在 时刻的温度 ： + V + ( 丁 ) 式 中 ， U一 系数 ， = 2 ，已求得分层厚度 h i = h J 0 4 6 m， 则 U = 0 3 9 7 ； 一 系数 ， V = I U， 即 为 0 6 0 3 。 取混凝土入模温度为 2 l ，地基温度取 3 0 c C， 环境温度平均取为 3 5 ， 各分层温度数据计算结果 见表 3 。 ( 4 ) 第 龄期混凝土表面温度 T b ( t ) ) = + h ( h ) 月 式 中 ， H一 混凝 土计算厚度 ， m， 即 H= 2 h ， 其中 h 为虚拟厚度 ， 按下式计算 ： = 手 。 (争 + ) 式 中， 一固体在空气中的放热系数， 取 3 5 W r n 2 k ； 一 保温层 的厚度 ， m， 取 0 0 1 5 m； 一 保温材料 的导热系数 ， 此工程采用草袋 ， 取 0 1 4 W m k ； 一 混凝土的导热系数 ， 取 2 3 3 W m k ； 一 第 t 天龄期时环境温度 ， 取 3 5 ； 一 第 t 天龄期 时混凝土的中心温度与外 界环境温度之差 ， ， 见表 3 。 第 t 天龄期混凝土表面温度 ( ) ， 计算结果见 表 3 。 表 3 部分龄期 ( 6 d ) 温度计算示例 一 5 7 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 2 0 1 1年第 1 1 期 混凝土与水泥制品 总第 1 8 7期 ( 5 ) 第 t 天龄期时混凝土 内外温差 ( t ) 及平均 温度 ( ) ： ( ) = ( 3 ， r ) 一 ( ) 1 ( ) = 【 ( 3 ， 丁 ) 一 T b ( t ) 】 二 由计算结果可知 ， 该筏基混凝土浇筑之后其 内 部最高温度在第 5 d达到了 6 3 9 3 o C；内外温差最大 值在第 5 d达到了 2 0 6 6 ， 之后逐渐降低。 2 1 2 温度应力的估算 2 # H P 1 3( AB ) 一 1 8 3 1 6 0筏基施工于之前浇 筑的 2 # H P 1 3 ( A B ) 一 2 0 1 1 8 3筏基之上 ， 且有密集 钢筋 的约束 ， 因此 ， 对于在外约束条件下产生 的温 度应力进行估算和预测是十分必要 的。 ( 1 ) 在第 t 天龄期时因综合降温差 ， 在外约束条 件下产生的拉应力 o - i ( t ) l cos 芋) 1 cos 孕) f E ( ) ( t ) l = 尺 ( ) 式 中【 ， 一 泊松 比， 取 O 1 5 ； 一 混凝土浇筑体的长度 ， 取 9 5 4 2 x 1 0 mm； 厂 一 一 系 数 ， V ； C 一 外约束介质的水平变形刚度 ，此处为 密集配筋混凝土 ， 取为 1 5 ； E( )一 第 t 天龄期时的混凝土弹性模量 ， 即 E( t ) = fl E o ( 1 - e q ) o g t ) ； 一 混凝 土中掺加矿粉和粉煤灰对弹性模 量的修正系数 ， 本工程取 1 ； 一 混凝土的弹性模量 ， 取 3 3 5 1 0 N ram ； e一 为常数 ， 取 2 7 1 8 2 8 ； ( ) 一第 t 天龄期时的混凝土综合降温差 ， 即： ( ) = ( ) + ( ) ( ) = T m ( ) - ,5 T m ( ) 式中 一 计算步长， 此处取 0 5 d ； ( t ) 一 龄期为 t 时 ，混凝土的收缩 当量温 差 ， 即 ： A T y ( t ) = T y ( t ) 一 r y ( t - j ) r y ( ) ： ( 1 一 e m ) MI M 一 一 式 中 ， 一 标准状态下 混凝 土 的极 限收缩值 ， 取 3 2 4 1 0 ： 一 修正系数 ，本工程中取值分 别为 1 1 0 、 1 0 7 、 1 0 、 1 1 0、 1 O 0 、 1 O 0 、 1 3 8 、 0 5 5 、 1 3 0 、 0 8 6、 1 0 1 。 在第 t 天龄期 时因综合 降温差 ，在外约束条件 下产生的拉应力 ( f ) 的计算结果见表 4 。 ( 2 ) 至第 t 天龄期时因综合降温差 ， 在外约束条 件下产生的总拉应力 o r ( t ) ( ) = 日( 1 ， t ) ( 1 ) + 日( 2 ， ) ( 2 ) + 己 + 日( 一 1 ， ) i ( t - 1 ) + ( ) 式中， ( 丁 ， t )一 在龄期为 时所产生的约束应力 延续至 t 天龄期时的松弛系数， 即： ( 丁 ， t ) = l - 0 4 + 0 6 e x p ( - 0 6 2 t ” ) ( 1 一 e x p 一 ( 0 2 + 0 2 7 t 蚴) ( 一 丁 ) 。 3 6 1 为便于计算 ， 此处 H( ， t ) 以平均值 代入 ， 计 算结果见表 4 。 ( 3 ) 抗裂验算 ( ) k 定义 ： 限 值 ( ) ； A 式中， 一 安全系数 ， 取 1 1 5 ； 表 4 降温过程( 5 d 2 1 d ) O O 的温度应力计算 一 58一 一 一 旦 = 0 义 定 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 曹明莉 ， 张聪 某筏板基础大体积混凝土裂缝分析与控制 A ， 、 A 一 分别为粉煤灰 和矿粉对混凝土抗拉 强度影响系数 ， 本工程取 A， A = l ； ( t )一 混凝土 t 天龄期时的抗拉强度标准 一n 值 ， N m m ， 即 ( ) ( 1 - e ) ； 一 混凝土抗拉强度标准值 ， 取 2 5 i N ra m 。 由计算结果可知 ， 在第 2 0 d龄期时该筏基大体 积混凝土 内部温度应力将达到 2 2 7 3 MP a ， 该数值 已 经超 出 了该 龄期混凝 土 的抗 拉限值 2 2 4 2 MP a ， 因 此 ， 产生因温度应力而 引发的深层裂缝或贯穿裂缝 是必然的。 2 2温控措施及现场试验 分析认为 ， 外约束条件是影响该大体积混凝 土 温度应力 大小的关键参 数 ， 因此 ， 对于该筏基工程 温度裂缝的控制措施 ， 应尝试主要从削弱外约束条 件方面着手。 2 2 1 技术措施 ( 1 ) 混凝土浇筑 时采用推移式连续浇筑同 ， 摊铺 厚度按照每层 0 4 6 - 0 5 m。 ( 2 ) 设置后浇带 以削减温度 ( 收缩 ) 应力 ， 为便 于施工 ， 将施工缝和后浇带结合。 ( 3 ) 于浇筑前先在结构的底 面设置滑动层 。具 体做法是在老混凝土基层上先满铺一层 毡砂之后 再浇筑新的混凝土层 。 2 2 2现场试验 采用上述调整后的施工技术措施 ， 在 2 # H P I 3 ( A B) 一1 8 3 1 6 0的基础上进行 2 # H P 1 - 3 ( A B ) 一 1 6 0 1 3 7区段 的混凝土浇筑 ， 并在混凝土表层、 中 层 、 底层 等位置预埋 大量 温度传感器 ， 在 浇筑后 的 1 - 5 d内每 2 h测温一次 ， 之后每 4 h测温一次， 同时 ， 每天均仔细观察混凝土的裂缝情况。观察发现 ， 直 至第 3 0 d龄期 ， 该试验区段混凝土并未 出现之前所 发现的深层裂缝 ， 而是仅在表层出现 了少量细小的 由于混凝土 的塑性收缩和养护问题所导致表面裂 缝。通过与 2 # H P 1 3 ( A B ) 一1 8 3 1 6 0区段对 比， 可 以认为调整后的施工措施是简单有效的。 3结 语 通过理论计算与现场试验 ， 找到 了该筏基大体 积混凝土在 2 0 d左右出现深层裂缝 的原因 ， 并由现 场 试验证明了所 做的关 于削弱外约束 的施工措施 上的调整是有效的。 参 考文献： 【 1 朱伯芳 大体 积混 凝土温度应力与温度控 制 M 北 京 ： 中 国电力 出版社 ， 1 9 9 8 2 】 陈瑜 ， 等 水 泥混凝 土早期温 度应力 的计算方法【 J J 长 沙 交通学 院学报 V o 1 2 0 N O 3 ， 2 0 0 4 【 3 】 陈玮宁 大体积混凝土裂缝控制及 温度应 力计算 J J 福建 建筑 V o 1 1 3 6 ， 2 0 0 9 4 罗国强 混凝土与砌体结 构裂缝控制技术【 M】 北京 ： 中国 建筑工业出版社 ， 2 0 0 6 【 5 】 冯乃谦 混凝土结构 的裂缝 与对策 M】 北京 ： 机械工业 出 版社 ， 2 0 0 6 。 6 张雄 混凝 土结构裂缝 防治技术【 M 】 北 京 ： 化学工业 出版 社 ， 2 0 0 6 【 7 】 袁 勇 混凝 土结构 早期裂 缝控 制 M】 北 京 ： 科学 出版社 ， 2 0 04 收稿 日期 ： 2 0 1 1 - 0 9 2 1 作者简介 ： 曹明莉 ( 1 9 7 1 一 ) ， 女 ， 硕士研究生。 通讯地址 ： 大连市高新 园区凌工路 2 号 联 系电话 ： 1 5 8 4 0 9 0 2 9 1 1 E- ma i l ： c a o mi n g l i3 5 0 21 6 3 c o m 奎 业 窜 专k， 窜 韭 夸 r ， 窜 kr 奎 kr 窜 r 逝 盥 k一 窖 r 亭 夸 叠 夸 k 窜 k 夸 ， 窜 9 妇毒 r 窖 窖 夸； 圣 ， 窜 k 宣 窖k ， $ 全国中文核心期刊 全国性建 材技 术期刊 刊号： I S S N 1 0 0 0 8 0 9 8 C N3 2 1 1 4 4 ， I D 非金属矿) 2 0 1 2 年度征订启事 非金属矿 杂 志( 国际标准 大 1 6开 ) ， 1 9 7 8年创 刊， 国内外公开发行 ， 全国中文核心 期刊、 全国性建材技术期刊。 主要报道国内外非金属矿 以及建材原料矿产等开发利用、 制品、 选矿深加工 、 采矿 以及当前行业管理 、 设备研制 、 市场等 方面 的有关论文 、 科技成果 、 生产 经验、 综合评 述 等 ； 辟 有试 验研究、 开发应用、 选 矿与深加工、 采矿 、 各地非金属矿、 环保工程 、 设备仪器 、 摩擦摩阻材料 、 国内外信息及动态等专栏。 非金属矿 刊发 的论 文为美国 S CI 和 CA、 日本 科技文献 速报 、 俄罗斯 文摘 等 国际知名检索刊 物收录 ， 海外发行包括美 、 英、 日、 俄 、 德 、 芬 等 国及 港台地 区。 为方便用户与生产厂家 ， 本刊辟有 牵线搭桥 专栏 。 并承 接国内外广 告业务。欢迎 利用 ， 欢迎 刊登广 告。读 者可据 此获得有 关技术转让 与咨 询 、 仪器设备 以及非 金属矿产 品等 信息 。 本刊主要面 向非金属矿及有关 的生产 、 设计 、 科研 、 机关 、 院校 、 基 建、 地质勘探及 乡镇企 业等单位 ， 读 者对 象主要 为科技人 员、 领导干部 、 院 校 师生 和企业 管理 工作 者。 本刊为双月刊 ， 邮发代号 2 8 8 4 。 凡单位或个人均可直接 向当地 邮局订 阅。 如邮局订阅不便 。 亦可向本刊编辑部订购。 每册 1 O 0 0元 ( 含 邮 资 2 O 0元 ) ， 全年定价 6 0 O 0元 ( 含邮资 1 2 O O元 ) 。 编辑部地址： 苏州市三香路9 9 9号， 邮编： 2 1 5 0 0 4 。电话： ( 0 5 1 2 ) 6 8 2 7 2 6 9 6 6 8 7 0 1 0 8 0 。 传真： ( 0 5 1 2 ) 6 8 2 7 2 6 9 6 。网址： h t t p ： w w w s z f j s k c o m； E ma i l ： s z f j s k 1 6 3 c o m。 开户银行 ： 江苏省苏州市交通银行彩虹支行 ； 帐号 ： 3 2 5 6 0 4 0 0 0 0 1 0 1 4 9 0 0 1 6 0 1 ； 开户名称 ： 苏州非金属矿工业设 计研究院有限公 司。 一 59 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m