某实验楼基础大体积混凝土裂缝控制.pdf

张巧利等 ： 某实验楼基础大体积混凝土裂缝控制 l l 5 某 实验楼基 础大体积混凝土裂缝控 制 张巧利 ， 乐风江 ( 新疆大学建筑工程学 院。 乌鲁木齐8 8 0 0 4 7 ) 【 摘要】 介绍了新疆某土木工程结构实验楼槽式台座大体积混凝土水化热的控制措施， 进行了掺加粉煤 灰的温度应力计算 ， 并将计算结果与现场测温结果进行 比较。认为本工程通过在混凝土内掺加粉煤灰及现场降 温措施对混凝土水化热的控制是有效的， 可以为同类工程借鉴。 【 关键词】 粉煤灰； 水化热 ； 收缩应力； 温度测量 【 中图分类号】 T U 5 2 8 【 文献标识码 】 B 【 文章编号l 1 0 0 1 6 8 6 4 ( 2 0 1 0 ) 1 0 0 l I 5 0 3 0引 言 目前， 对于大体积混凝土来说， 一般是选用水化热低的 矿渣水泥、 火山灰水泥和粉煤灰水泥 ， 及通过设置冷温管或 其他降温措施来降低混凝土的水化热和内外温差 ， 防止混 凝土开裂。在大体积混凝土中掺加粉煤灰能起到改善混凝 土的和易性， 降低水灰 比， 即减少用水量 ， 提高混凝土密实 度， 减少混凝土干缩的作用。掺加粉煤灰能降低水泥用量 ， 降低混凝土的绝热温升值 ， 延缓水化热的放热速率， 且掺加 粉煤灰后能提高混凝土的耐久性。 本工程中采用粉煤灰水泥来降低混凝土产生的水化 热。同时在内部设置直径 D 5 0的冷水管进行冷水循环， 降 低混凝土内外温差， 从而保证了混凝土的质 量。文中对掺 加粉煤灰与未掺加粉煤灰的水化热及温度应力进行了对 比 分析计算， 分析指出， 针对本工程采用掺加 2 7 的粉煤灰就 可以保证混凝土不开裂， 并将计算与实测温度进行对 比， 证 明了工程采取的措施是有效合理的。 1 工程概况 乌鲁木齐某综合实验室主要用于做土木工程结构 实 验 ， 其 中包含 箱式 实验 台座 和槽 式实 验 台座 两 部分 。槽 式 实验台座部分属大体积混凝土， 长 1 8 1 a t ， 宽 1 5 6 8 m， 厚度 3 6 m( 长7 m) ， 部分厚约2 11 11 ( 长为7 1 m) ， 混凝土用量约为 1 0 00m 。 本工程混凝土设计强度等级 C A O， 级配为二级 ， 出场混 凝土试验塌落度为 1 8 5 mm， 施工现场预拌混凝土塌落度为 1 8 0 m m。混凝 土各组成材料单位用量如表 1 所 示。 表 1 混凝土配合 比 材 料 水 水 泥 细 骨 料 粗 料 糨 ； 料 掺 和 料 减 水 剂 木 钙 早 强 剂 用量 k g l 1 6 3 2 0 8 3 5 3 5 5 6 3 0 1 2 0 1 3 2 2 2 1 3 2 其中 ： 粗骨料 1 粒径为 5 2 0 m m、 粗骨料 2粒径 为 2 0 4 0 m m、 掺 合料为磨细粉煤灰 。当掺灰 量在 3 0 左 右 时才能 使混凝 土的性能达 到最佳 ， 工 程 中粉 煤灰 掺 量 占水 泥掺 量的 2 7 。 2 温 度应 力理论计算值 大体积混凝土在养护期 内出现的温度裂缝是由于混凝 土的内外温差较大引起的， 混凝土在养护期 内的应力与水 泥水化作用引起的混凝土温升有关 ， 因此在计算温度应力 之前应先进行混凝土的水化热计算。 2 1 水化热计 算 混凝土的绝热温度( 即假定结构物四周没有任何散热 和热损失的情况水泥水化热全部转化为温升后 的温度) 计 算公式 1 【 3 为 ： T ， ：mc q( 1 一 e - m r ) 。 式中， 为 t 龄期混凝土的绝热温度； m 为每立方米中 含水泥量 3 2 0 k g ； Q为每千克水泥的散热量 3 7 5 k J k g ； c 为混 凝土比热取0 9 7 k J ( k g ) ； p为每立方米混凝土质量取 2 4 0 0 k e , m ； m与水泥品种， 浇筑时温度有关系数， 一般为 0 30 5， 现取 0 3 7 3 。 混凝土内部中心最高温度预计为： z t眦 = + 一 ； 式中， 为不同浇注块厚度的降温系数。 根据参考文献 1 4 所给的参考值， 取0 7 1 3 ； 浇注温度 约为2 2 ( 混 凝土运输与浇注时的室外气温为 一 S T：) 。 按工程中配合比计算即掺加粉煤灰后混凝土的绝热温 度为 5 1 S T： ， 若不加粉煤灰混凝土的绝热温度为 7 0 9 T：。 掺加粉煤灰后混凝土内部中心最高温度预计为 5 8 7 ； 若 不加粉煤灰混 凝土内部 中心 最高温度预计 为 7 2 5 。掺加 粉煤灰量为水泥用量的 2 7 ， 降低绝热温度 1 9 4 T：， 降幅为 2 7 。 2 2 温度应力理论计算 当混 凝土的厚度小于或等于 0 2 倍 的长度时 ， 混凝土地 板在温度收缩变性变化作用下， 靠近中部全截面受力较均 匀 ， 因此可以建立弹性地基上一长条板均匀受力计算模型， 可推导出养护期间混凝土产生的降温收缩应力 【 3 为( 二 维时 ) ： ， =E ( t ) a r , s 1 1 c h ( ) ； 厶 E ( t )=E 。 ( 1一e ) ； 8 ( t )= ： ( 1 一e 一 “ ) M l M2 M 3 K M ； T v ( ) = ( f ) o r ； 1 1 6 低温建筑技术 2 0 1 0 年第 1 0 期( 总第 1 4 8 期) = + 。 + ( t )一 广 一 卢 丽 ； 其 中 ： 为混凝土的线膨胀 系数 ， 取 11 0 ； 混凝土的 泊松比， 取 0 1 5 ； s 各龄期混凝土松弛系数； 基础长度 L= 1 8 1 0 0 mm； 基础的厚度 H =3 6 0 0 ra m； C 混凝土的外约束系 数 ， 取0 0 8 ； ： M。 、 Ms 、 M 为考虑各种非标准条件的修正系 数， 根据参考文献 3 中所给的参考值进行选取； 标准状态 下的最终收缩值， 取3 2 41 0 ； 为混凝土浇筑后达到稳 定时的温度取 1 0 C。 将掺加粉煤灰后计算结果汇于表 2中。 表 2 掺加粉煤后的计算结果 养护期内混凝土产生的总降温收缩应力为 1 3 7 6 MP a ， C 4 0混凝土轴心抗拉强度设计值为 I 6 5 MP a ， 大体积混凝 土抗裂安全系数 K=1 6 5 1 3 7 6=1 21 。 1 5 ， 满足抗裂要 求， 不进行冷水循环也能满足抗裂要求。但为了更有效地 控制内外温差， 同时采用冷水循环措施。 若未掺加粉煤灰， 养护期内混凝土产生的总降温收缩 应力为 1 5 3 MP a ， K=1 6 5 1 5 3=1 1 0 81 1 5 ， 不满足抗 裂要求则必须采用冷水循环措施。 3 现 场实测温度情 况与分析 3 1 测点布置 因槽式 台座在距反力墙 7 m处截面厚度有 变化 ， 温度测 点布置在厚度 3 6 m的中部其深度分别为3 1 、 1 8和0 6 m， 截面厚度变化处其深度分别为 3 1 、 1 8和 0 6 m， 和厚度为 1 9 6 5 m的中部其深度为 l m， 共 1 4个温度监测点。冷水管 布置图见图 1 ， 测温点布置其分布见图 2 ， 图中A、 B、 C 、 D点 分别表示三个深度不同的测温点。 图1 糟道大体积混凝土冷水管布置图 为槽式台座部分施工是在 1 1月 8日晚间进行混凝土的 浇筑 。9日早晨 出现降雪 现 象 ， 当时施 工 场地 已建 起保 温 棚， 混凝土浇筑没有受到影响。槽道部分混凝土的浇筑在 1 0日凌晨一点多完成。混凝土浇筑时间的气温在 一5 2 C 之间， 在混凝土硬化之后在保温棚 内架设火炉， 另外， 在混 凝土的表面铺设两层塑料薄膜进行保温， 以降低混凝土内 外温差， 减少混凝土裂缝的产生。 图2 测温点布置图， 皿 3 2 绘 制温度变化 曲线 图 混凝土浇筑后水化热的温度变化曲线， 根据各测点的温 度原始记录进行整理分析后绘制出的。在本工程中应绘制出 混凝土表面、 中部和底部三种不同的温度变化曲线。将原始 记录按 日期逐日整理出混凝土内最高温度和最低温度， 进而 将这些温度绘制在同一表格中进行分析， 如表 3所示。 表3 混凝土浇筑7 d内水化热温度记录 从 图 3中还可看 出， 混凝土水化热在浇筑后 3 0 h 后 即浇 注后的第二天2 O点左右产生， 在达到峰值后应是温度下降 的过程， 但是上图反映的温度在 1 5日( 浇注后的第六天) 后 又有升温的现象， 这可能与混凝土的养护工作有关。工地 的测温人员同时负责冷水循环， 当测量温度偏高时才向水 管内注水， 当温度下降后就停止， 这样会造成混凝土内部的 温度 出现摆动情况 。 有关资料表明， 水泥水化热大部分在早期散发出来， 根 据基础底板大体积混凝土的统计数据 ， 混凝土底板的中心 温度与龄期有密切的关系， 从有关资料显示， 0 7 d温度逐 渐升高， 第 3天是温度高峰， 之后温度逐渐下降。本例中的 测温情况也基本符 合这 一规律 。 4实测值 与理论值 的对 比分析 理论计算预测的混凝土内部最高温度为 5 8 7 ， 而实 测最 高值为第 二天测 量的 5 4 C， 较为接 近。实测 的混凝 土 内外最高温差为2 3 C符合大体积混凝土允许温差值一般应 单 星本等 ： 泡沫混凝土应用现状及在寒区应用前景 l 1 7 泡沫混凝土应 用现状及在寒 区应 用前景 单星本 。 ， 李家和 ， 周运灿 ( 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 国家重点试验室 北京1 0 0 0 2 4) 【 摘要】 泡沫混凝土本身为多孔材料 ， 具有 自重小、 导热系数低、 隔音性能好等特点， 目前在南方地区应用 量较大， 取得了良好的保温隔热效果。文中简述了泡沫混凝土的特点 、 组成， 并对泡沫混凝土的研究现状进行了 评述 ， 指出了泡沫混凝土在严寒地区应用存在的问题和应用前景。 【 关键词】 泡沫混凝土； 导热系数 ； 严寒地区 【 中图分类号】 T U 5 2 8 2 【 文献标识码】 B 【 文章编号】 1 0 0 1 6 8 6 4 ( 2 0 1 0 ) 1 O O l 1 7 0 2 0引 言 近年来， 随着我国墙体材料改革的不断推行和建筑节 能政策 的相继 出台 ， 节 能型建 筑材 料 的研 发和 应用 越 丧越 受到人们的重视。泡沫混凝土本身为多孔材料 ， 具有 自重 小 、 导 热系 数低 、 隔 音性 能好等 特点 ， 不但 可 以减 少建 筑物 的自重 ， 更重要的是当作为墙体材料时可以有效的提高墙 体的保温性能 ， 使其更容易达到节能要求。因此研究并推 广泡沫混凝土， 对于现代节能建筑， 特别是处于严寒地区的 节能建筑来说， 具有重要意义。 1 泡沫 混凝土的研究及应用现状 1 1 泡沫混凝土 的研究 现状 泡沫混凝土主要是由胶凝材料、 骨料和发泡剂组成， 其 中对泡沫混凝土性能影响最大的是发泡剂。应用于泡沫混 凝土中的发泡剂种类很多， 目前主要有 ： 松香酸皂类发泡 剂、 金属铝粉发泡剂 、 植物蛋 白发泡剂、 动物蛋白发泡剂、 树 脂皂类 发 泡剂 、 水 解血 胶发泡 剂 、 石油磺 酸 铝发 泡剂 、 木 质 素磺酸盐 、 废动物毛发泡 剂等 。国外 如意 大利 、 日本研制 的 发泡剂多以蛋白质类为主， 发泡数量多、 稳定性好、 产品强 度高。而国内发泡剂总体上看功能偏少、 稳定性差 、 制品强 度较低。但近年来国内已开发出一批性能较好的固体树脂 泡沫剂 和蛋 白质泡 沫剂 ， 如 C O NA型泡沫剂 、 C C W 一 9 5型 固体泡沫剂、 U型发泡剂、 H J 一3型磺酸盐系列微泡剂等 。 发泡剂的发泡倍数、 沉陷距和泌水量等性能是衡量泡沫性 能的三大重要指标。通常认为最理想的发泡剂应是沉陷距 和泌水量最小、 发泡倍数最大。一般认为 l h后泡沫的沉陷 距不大于 1 0 mm， l h的泌水量不大于8 0 mL ， 发泡倍数不小于 2 0的为优质发泡剂 j 。 我国在上个世纪5 0年代哈尔滨工业大学、 黑龙江省寒 地建筑科学研究院等单位就开展了泡沫混凝土的研究， 研 制开发了陶粒泡沫混凝土和聚苯乙烯泡沫混凝土砌块等 ， 并用于城市楼房建设。但由于当时的发泡剂性能不优、 生 产设备不完善、 用于外墙时抗冻性等问题 ， 使得泡沫混凝土 未能在严寒 地 区大 范 围推广 应用 。最近 ， 由于建筑 节能 越 来越受重视 ， 具 有保温 、 隔热功 能的泡 沫混凝 土的研究逐 渐 0 00 oo o0 0o oo oo o0 00 o o 00 00 0 0 o0 0c 0o 0o 00 00 oo 00 0o oO oo 00 o0 D o 0o o0 o0 00 00 00 0o oo 0 o 00 00 0 0 0o o0 oo oo o 0 o 控制在 2 5 以内。通过掺加粉煤灰可以有效地降低水泥的 水化热温度 ， 同时采取保温措施使混凝土的内外温差保持在 允许范围之内。因此认为本工程的保温及降温措施是较为 合理的 。 5结语 文中根据混凝土水化热释放、 混凝土早龄期抗拉强度发 展规律、 混凝土温度应力发展规律， 对温度裂缝进行了预测。 在施工过程中， 采取了预防和控制大体积混凝土温度裂缝的 技术措施 ， 对混凝土内外温度进行了测控。工程实际情况是 该项 目基础混凝 土浇筑后 未出现温度裂 缝 ， 这 与测算结果 是 一 致的 。 除本工程采用的降低混凝土内外温差的方法 ， 同时还应 采用合理的施工技术 方案 ， 如混凝 土浇捣 完毕 后 ， 应及 时用 保温材料覆盖 ， 并浇水保温控制温差 ； 采取分 层分块浇 筑等 。 通过采用合适的粉煤灰水泥比例及综合的施工技术手段， 是 完全可以保证大体积混凝土质量的。 参考文献 1 张雅杰， 冯辉 ， 郭永辉 粉煤灰在混凝土中适宜掺量的研究 J 粉煤灰综合利用 ， 2 0 0 4， ( 1 ) ： 3 l 一3 3 2 王铁梦 工程结构裂缝控制 M 北京： 中国建筑工业出版 杜 ， 1 9 9 7 3 符志 刚 大体积混 凝 土温度 裂缝 的预测和控 制 J 建筑 科 学 ， 2 0 0 8 ， 1 7： 5 55 7 4 张文 鑫 大体 积混 凝土 的裂缝控 制 J 甘肃冶 金 ， 2 0 0 8， 3 0 ( 3 ) ： 7 88 0 5 刘 国强 大体积混凝土基础温度应力分析及控制 J 山西建 筑 ， 2 0 0 6， 3 2 ( 1 8 ) ： 1 2 91 3 0 6 黄建军 浅谈某地下室工 程混凝土裂缝控 制 J 科技 资讯 ， 2 0 0 9， ( 4 ) ： 1 1 3 收稿 日期】 2 0 1 00 6 0 2 作者 简介 张巧利 ( 1 9 8 6一) ， 女 ， 安徽阜 阳人 ， 硕士研 究生 ， 研究方 向 ： 工程裂 缝控制 。