炎热季节大体积混凝土温度发展及控制.pdf

李治等 ： 炎热季节大体积混凝 土温度发展及控制 1 1 9 炎热季节大体积 混凝土温度发展及控 制 李治 ， 李家和 ， 朱广祥 (1 哈尔滨工业大学土木工程学院 。 哈尔滨1 5 0 0 0 1； 2 黑龙江省寒地建筑科学研究院 哈尔滨1 5 0 0 8 0； 3 绿色建筑 材料国家熏点试验室 。 北京1 0 0 0 2 4) 【 摘要】 文中通过在高温季节对桥梁承台进行温度测试 ， 获得早期混凝土内部瞬时温度值、 温度场分布 及温度发展规律。采取控温措施， 调整配合 比， 降低水泥水化热， 加密冷却循环水管， 控制浇筑工艺等措施， 有效地 降低了混凝土的内部温升， 并根据现场实测温度， 调整养护方式， 成功的减少表层与中心温差， 从而避免在混凝土 表面和 内部产生 温度裂缝 。 【 关键词】 温升规律； 降温措施 ； 大体积混凝土 ； 温度控制 【 中圈分类号】 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 0 ) 1 0一 O l l 9 0 2 大体积 混凝 土 裂缝 的控制 问题 一 直是 建筑 工 程 研究 的重点 ， 特别是 随着 我 国 目前 交通 基础设 施 的快 速发展 ， 大型 的筏式基 础 、 承 台基础等都采用大体积混 凝土建造 。大体积混凝 土早期温度应力裂缝的预 防和 控制 已成为人们极 为关注的工程问题之一 。混凝土是 热 的不 良导体 ， 大体 积混凝土体积大 ， 水泥水化产生 的 热量不能很快散失； 并使混凝土内部温度急剧上升， 3 0 ( 2 时水泥水化 的速度 约 比 2 O 时快 1 倍 ， 而 4 0 C时 为 3 0 的 2 4倍 ， 随着 温 度 的升高 ， 水 泥水 化 急剧 加 快 。因此使大体积混凝土出现表层与中心温差加 大产生温度应力 。在约束作用下 ， 混凝土导致 开裂 。 因此分析大体 积混 凝 土的温 度场及温 度应力 分 布 ， 降 低其 内部最 高水化 温升 ， 对控制裂缝 出现 ， 提高工程安 全性 和耐久性具 有重要意义 。 为了研究 大 体积 混 凝 土在施 工 期 间的 水化 热 温 度场及 温度应 力 ， 解 决 在炎热 季节大体 积混凝 土施 工 的实 际技术 问题 。文 中结合对某大桥承 台基础的大体 积混凝 土进行 配合 比优 化设计 ， 温度场 实测值 进行 分 析 ， 并进行实 时监 测 ， 对 混凝 土 内部 温升 ， 温度 场分 布 及温度发展进行 控制。 1 工程概况 某工程跨江大桥 ， 主塔承台 ， 厚度 为 4 5 m， 混凝 土 ， 施工季节 为 7月 中下 旬 ， 施 工 期 天气 炎 热 ， 平 均气 温 2 8 9 c I = ， 极端最 高气温 3 9 2 。承台混凝 土施工为 大体 积混凝土。混 凝 土设 计 强 度 等级 C 4 0 ， 水 泥 ( C) 采用 P 0 4 2 5水泥， 粉煤灰 ( F A) 为I 级粉 煤灰 ， 砂为 中砂 ， 碎 石采用两级配混合 ； 其 中碎石 A为 l 0 2 5 m m， 碎石 B为 5 1 6 m m。原设计混凝土配合比见表 1 。 表 1 混凝 土配合比 k g n l 。 2 炎热季节大体 积混凝土 内部温度过高的原因 2 1 配合 比原 因 水泥用 量多 ， 水 泥 3 d和 7 d水化 热较 大。大体 积 混凝 土使 用 水 泥水 化 热 7 d不应 超 过 2 7 0 k g k J 。 缓凝剂有效作用时 间短 ， 大 体积混 凝土对 缓凝剂要 求 缓凝 时间达到 2 4 3 0 h 。往往 现场实 际应用 中仅 达到 1 0 h 左 右。未能起 到推迟 混凝土水 化热峰值的效果 。 2 2混凝土入模温度过高 原材料砂子和石子没有采用冷水冲刷 ， 盖遮阳棚的 方式物理降温， 经太阳暴晒后骨料蓄热。水泥储备量不 够， 水泥到场后， 温度达 6 0 7 0 c I = 直接用于生产搅拌。 导致混凝 土人模温度高。影响缓凝剂作用效果。 2 3施工工艺 大体积混凝土浇筑速度过快， 一次浇筑过厚造成 温度 聚积 ， 热量倒灌 ， 无法散发 出去。 3大体积混凝土温度过高对混凝土结构 的损失机理 混凝 土结构所承受 的温 度损 伤大致 分为 两类 ： 一 类是材料 自身引发 的 ， 水泥凝 结硬 化过程 中释放 大量 的水化 热 ， 导致温度 上升 ； 另一类是 外 界条件 的影响 ， 诸如 日照、 气温 、 水温 、 地温 、 高温 辐射、 寒潮侵袭等 ； 本 工程在炎热季节施 工 ， 受温 度影 响不利 因素有两个 方 面 ， 一是入模温度高 ， 内部 温度 容易聚积 。二是昼夜温 差大 ， 引起材料结构 的不 均匀性 变形 ， 从而在结构内部 产生 温度应力 。在 变温过 程 中， 由于混凝 土材 料传热 性能上 的钝性 ， 产生不 均匀温度场 ， 当拉应力超过极 限 拉应 变时 ， 出现裂纹 ， 温度 裂缝 的产生给结构带来一系 列劣化 效应 。 大量的工程 实践 和试 验 数 据表 明混 凝 土结 构 内 部温 度超过 8 0度时 ， 水泥砂浆 与骨料形 成的界 面开始 萌生损 伤 ， 在温差不 大时损伤发展缓漫 ， 呈线性发展趋 势 ， 随温差的增 大 ， 界面和水泥砂浆 的损伤均呈非线性 发展趋势 ， 这表明裂纹 已经 大量形 成。混凝 土 中由于 1 2 0 低温建筑技术 2 0 1 0年第 l O期( 总第 1 4 8期) 水泥砂浆与骨料热膨胀系数上 的差异 ， 在 升温过程 中 温度载荷作用下 ， 界面首先出现损 伤， 并 随温度增加而 发展 ， 当到达一定 数值后 ， 开始 向水 泥砂 浆 内部延 伸 ， 形成微裂纹乃至宏观裂缝 ， 导致混凝 土结构失效 ； 从损 伤度 的大小 来看 ， 升温过 程 主要作 用 于界 面， 降温 过程主要作用于水泥砂浆。所以严格控制大体积内部 温度对工程安全具有重要意义。 4承台大体积混凝土温度控制措施 4 1 考虑大体积混凝土水化热过大 水泥是关键因素， 所以在配合比设计前， 将现场水 泥采用在试验室模拟绝热温升试验， 确定水泥的最佳 用量。试验数据见表 2 。 表 2 大体积混凝土绝 热温升试验结 果 在 配合 比设计过程中 ， 掺加适宜的掺和料 、 掺加高 效减水剂 等方法减少水 泥用量 ， 以达到 降低水化 热的 效果。确定大体积最佳配合比为表3所示。 表 3 混凝土配合 比 k 9- m 4 2严格控制人摸温度 对 砂子 、 碎石进行遮阳洒水降温措施 ， 骨料控制在 2 0 。高温季节采用冰渣冷却拌和水； 浇筑选在夜间 低温作业 ， 混凝土人模温度最高控 制在 3 0 C。 4 3 优化冷却循环水布置 在结构体 中心温度最高 处 ， 加密 冷却循环水 管密 度间距 。在混凝土浇筑 时分 层开启 冷却水管 ， 开始水 循环降低混凝土 内部水化热峰值 。 4 4 采用蓄热法养护 先 覆盖塑料布保湿 ， 再加一层 土工布 覆盖形成 保 温层 。延长拆模时间 ， 提高混凝土极 限抗拉力 。 4 5加强混凝土温度监测 本工程采用多点测温仪按编号顺序进行测温。测 温点布置在混凝土 的四角及 中心位 置 ， 在承 台上布置 5个 测 区， 每个 测试 区布置 5个温 度传感 器。并在 浇 筑完毕的混凝 土立即开始测试 ， 以后每隔 4 h测读一 次， 7 d之后宜 8 h测渎一次， 1 4 d以后 1 2 h 测读一次， 再 以后 2 4 h 测试一次 。高频率的测试对于记录混凝 土温 控全过程是有益 的。测试过程 中发 现问题 ， 及 时采取 养护 和降温措施 。 4 6优化施工工艺 严格分层浇筑 ， 每层不超过 4 0 c m， 振捣密实， 避免 不均匀沉降 。 5承台基础大体 积混凝土温度实测结果分析 通过多点温度采集器对现场大体积温度的实际 测试， 混凝土最高温度出现在浇筑后 5 O小时， 中心最 高温度为 6 5 ， 表面最高温度为 4 6 。侧壁最高温度 4 5 c 【 = ， 中心最高温度持续 2 0 h 。混凝土中心与表面温 差不超过 2 5 C， 入模 温度按 3 0 计算 ， 水化 最大温 升 值3 5 1 2 。承台正中心处温度最高， 峰值较其它位置推 迟来临6 8 h 。混凝土温度场分布以结构体中心为最 高峰值圆心， 向边部环形依次递减。采取控温措施后 的承台基础 中心 温度 满足工程质量要求 ， 减少 了工程 养护成本 ， 达到 良好 的效果。 6结语 ( 1 ) 高温季节大体积混凝土温度发展规律： 温 升迅速， 持续时间长， 降温速度缓慢。 ( 2 ) 大体积混凝土在炎热季节进行施工可以采 取降低原材料入模温度、 调整配合比、 加密内部冷却循 环水 等措施 ， 可以成功控制水化 温升 的极 限值。保证 内外温差 在 2 5 以内。 ( 3 ) 因在炎热 季节 进行大体 积混凝 土施 工 时， 混凝土水化热迅速 ， 升温值高， 来势凶猛。一旦在内部 聚集骤升 ， 对混凝土 的结构安全和耐久性 造成 不利影 响。所以施工前必须制定完善的测温方案， 使用先进 的可记录 的电子温度采 集仪 ， 混凝土浇筑 完成后严 格 执行测温 ， 根据监测温度数据 采取相应 的养 护和 降温 措施 ， 避免 出现温度裂 缝。 参考文献 1 袁 广林 ， 黄方 意， 等 大体积混凝 土施工期的水化热温度场及 温度应力研究 J 混凝土， 2 0 0 5 ， 1 8 4 ( 2 ) ： 1 7 2 1 7 4 2 江守恒 ， 李家和 ， 朱卫 中 大体积混凝土水化 温升影 响因素分 析 J 低温建筑技 术 ， 2 0 0 6， ( 2 ) ： 7 9 3 邓爱民 混凝土损伤行 为特性研究 J 南京： 河海大学， 2 0 01： 5 6 4 吕建福 ， 汪东洁 ， 巴恒静 大体积混凝 土早期温度发展规律 及 温度控制 G 寒冷地 区混凝土科学研究与发展 哈尔滨 ： 哈 尔滨工业大学 2 0 0 8 ， 4 8 24 8 6 收稿 日期 2 0 1 0 0 7 2 8 作者简介 李治 ( 1 9 7 7一) 男， 哈尔滨人 ， 工程 师， 硕士研 究生 ， 从事混凝土冬 季施工及外加剂工作。