大体积基础底板混凝土外保温施工技术与应用.pdf

大体积基础底板混凝土外保温施工技术与应用 Co ns t r u c t i o n Te c h n o l o g y a n d i t s Ap p l i c a t i o n o f Ex t e r na l Th e r ma l I n s u l a t i o n t o M a s s Co n c r e t e Fo u n d a t i o n S 1 a b 王贵君胡玮 中 代东升 中建五局( 辽宁) 建设有限公 司 沈阳1 1 0 0 0 4 摘 要 ： 结合大连城堡酒店项 目基础底板大体积混凝土施工实例 ，为确保施工 中温控指标达到工程要求 ，采取 了增加粉煤 灰用量 、减少水泥用量来降低水化热峰值并使之滞后释放等一系列保温施工等技术等措施 。经现场实测 ，各项温控指标 及裂缝控制均达到施工规范要求。 关键词： 大体积混凝土外保温 水化热6 0 d 强度 中图分类号： T U 7 5 3 ， 文献标识码 B 【 文章编号】 1 0 0 4 1 0 0 1 ( 2 0 1 2 ) 0 2 0 1 5 2 0 3 1 工程概况 大连城堡酒店是按国际铂金五星级酒店设计 ，东临渤 海 ， 南接星海广场。工程建筑类别为一类超高层公共建筑 ， 工程为框架 一剪力墙结构 ， 抗震设 防烈度为 6 度 ， 建筑总度 为 9 9 9 m 。 酒店西塔楼采用筏板基础 ，基础设计深度为 2 5 m ， 采 用 C 3 5 、 P 6抗渗混凝土。筏板基础 占地面积 5 8 5 m 。边界条 件 良好 ： 四周均为砖胎模 ， 底部平整且均为 5 0 m m防水保 护层细石混凝土。 该基础已于 2 0 1 1 年 4月 2 2日施工完毕。 2 筏板基础大体积混凝土外保温施工方案 为确保温控指标达到规范要求 ， 该工程在施工前对混 凝土设计配合比进行了优化设计 ， 增加粉煤灰 用量 ， 减少水 泥用量 ，混凝土配合 比强度设计与强度评定采 用 6 0 d强 度。混凝土配合 比见表 1 。 表 1 混凝土配合比表 材料种类 水 泥 4 2 5 1 河砂 碎石 水 夕 加 剂 (【 I E A 液 剂 ) 掺 合 料 ( 粉 煤 灰 ) I 混凝土用量( k g m ) 3 2 4 7 6 9 1 0 1 1 1 8 0 1 6 6 9 0 l 配合 比 O 8 5 2 4 4 1 0 5 1 3 6 0 1 5 2 1大体积混凝土温度计算 在筏板基础施工前 ，应对施工阶段大体积混凝土浇注 体的温度、 温度应力及收缩应力进行试算 ， 并确定施工阶段 浇注体 的温升峰值 、 里表温差及降温速率的控制指标 ， 制定 相应的温控技术措施。 作 者简介 ：王贵君( 1 9 7 4 一 ) ， 男 ， 本科 ， 总工程 师。 作者地址 ：辽宁省沈阳市青年大街 3 1 8号 昌鑫 大厦 E座 1 3楼 ( 1 1 0 0 0 4 ) 。 收稿 日期 ：2 0 1 1 - 1 2 1 2 1 5 2 I 2 o 1 2 2 B l珂 血g 2 1 1 混凝土最高水化热绝热温升 4 月份大连的混凝土入模温度按 2 0 o C 考虑 ，按规范 要求则浇注体温升不超过 7 0 c c 。根据 大体积混凝土瞬间 态温度场实测与数值分析 的结论 ， 最大温度峰值会出现在 第 3 d 6 d 。因 W = 3 2 4 + 9 0 = 4 1 4 k g m 。 ； c = O 9 6 k J ( k g o c ) ； p= 2 3 9 1 k g m ： Q 0 = 3 7 7 k J k g ， 则代入公式为 ： Q =- k Q 0 = O 9 3 X 3 7 7 = 3 5 0 6 1 k J k g ( 1 ) T m a x = W C p) = 6 3 2 4 o c ( 2) 2 1 2混凝土 内部 实际最高温度及最高温升值 计算混凝土各龄期内部实际最高温度公式 ： 孝( t ) ( 3 ) 式中 7 _ 厂一 混凝土浇筑完成温度 ， 取 2 0 o c； T = 6 3 2 4 o c ， 详见表 2 。 表 2 基础 底板 不同龄期的温降 系数 龄 期 t d 3 6 1 9 I 1 5 I 2 1 l 2 7 l 3 0 l l I l I 温 降 系 数 O 5 7 o _5 4 l 0 4 8 5 l 0 2 9 5 1 o 1 7 5 1 0 1 0 5 1 0 0 9 5 混凝土浇筑 3 d 后 内部最高温度 ： T W2 0 + 6 3 2 4 X 0 5 7 = 5 6 0 5 o c， 详见表 3 。 表 3 各龄期混凝土 内部最 高温度 龄 期 t a l 1 1 I 15 l z - l 2 7 l 3 0 最 高 温 度 ， l 5 6 0 5 l 5 4 1 5 l 5 0 6 7 1 3 8 6 6 I 3 1 0 7 I 2 6 6 4 J 2 6 O 1 2 1 3 各阶段混凝土内部温度最高温升温差 混凝 土浇筑后 3 d 6 d混凝 土内部温度最高温升温 差 ： 3 6) = 一7 -6 = 5 6 0 5 5 4 1 5 =1 9 o c， 详见表 4 。 表 4 各阶段混凝土 内部最 高温升差值 各 阶 段 d 3 6 6 9 9 1 5 I 15 2 1 l 2 1 27 I 2 7 3 0 最 高 温 升 1 9 3 4 8 1 2 O l I 7 5 9 l 4 -4 3 l 0 6 3 2 2 大体积混凝土温度收缩应力的计算 2 2 1 混凝土各龄期收缩变形值计算 s t ) =s。 1 一 e - O 呲) M M1 ( 4) 式 中 ： 8 。 一 标准状态 下的最终 收缩 变形值 ，为 3 2 4 1 O mm： M水泥品种修正系数 ， M=1 1 0 ； M 厂水泥细度修正系数 ， M 2 = 1 0 ； 吩水胶 比修正系数 ， = 0 9 2 ： 胶浆量修正系数 ， M= 1 2 ； 吩养护 时间修 正系数 ， = 1 0 9( 3 d ) ， 一 1 0 2 ( 6 d ) ， ； 0 9 7 ( 9 d ) ， M s = O 9 3 ( 1 5 d ) ， ； 0 9 3 ( 2 1 d ) ， = 0 9 3 ( 2 7 d ) ， 慨 0 9 3 ( 3 0 d ) ： 环境相对湿度修正系数， = 0 7 ； M 广水力半径的倒数 = 1 4 C m ； 幡与配筋率 、 、 肪、 有关的修正系数， = 0 8 9 5 ； 吩减水剂修正系数 ， = 1 0 ； M 粉煤灰掺量 ， = 0 8 6 ； M厂一 矿粉掺量 ， M =1 ； 则 ： M 鸭 M 一 1 i 0 1 00 9 2 1 20 7 0 1 40 8 9 5 1 0 0 8 6 1 =0 9 1 6 。 混凝土浇筑后 3 d 的收缩变形值 ： 8 y ( 3 ) =8 0 ( 1 一 e - O , ) x O 9 1 6 = 3 2 41 0 q( 1 一 e - O 。 。 ) 0 9 1 6 X l _ 0 9 =0 0 9 5 1 0 - 4 mm。 表 5 混凝土各龄期收缩变形值 龄期 t d 3 6 9 l 5 2 l 2 7 3 0 收缩变形 x l O m m 0 O 9 5 O 1 7 6 O 2 4 8 O 3 8 4 0 5 2 3 0 6 5 3 0 7 1 5 2 2 2 混凝土各龄期收缩变形换算成 当量温差 混凝土浇筑 3 d后当量温差 ： ( 3 ) 一s z ( 3 ) = ( 0 0 9 5 X 1 0 ) 1 01 0 - = 0 9 5 c C ， 详见 表 6 。 表 6 混凝 土各 龄期当量温差 龄期 t d 3 6 9 1 5 2 1 2 7 3 0 当量温差 0 9 5 1 7 6 2 4 8 3 8 4 5 2 3 6 5 3 7 1 5 2 2 3 混凝 土各阶段收缩 当量温差( 温度梯度) 计算 3 6 ) = 6 ) 一 3 ) 一1 7 6 0 9 5 = 0 8 l c c， 详见表 7 。 表 7 混凝 土各阶段温度梯度 各阶段 d 36 6 9 9 1 5 1 5 2 1 2 1 2 7 2 73 O 温度梯度 O 8 l 0 7 2 1 - 3 6 1 _ 3 9 1 - 3 0 6 2 2 2 4 混凝 土 各 阶段 综 合 温差 混凝土浇筑后 3 d 6 d 综合温差 T ( 3 6 ) = T ( 3 6 ) 一 T S 3 6 ) 1 9 + 0 8 1 = 2 7 1 c c( 5 ) 式 中： 7 - ( 3 6 ) 混凝土浇筑后 3 d 一 6 d内部最高温升 值( c C ) ； ( 3 6 ) 混凝土浇筑后 3 d 一 6 d收缩 当量温差 ( c 1： ) ， 详见表 8 。 表 8 混凝土各 阶段综合温 差 各阶段 d 3 6 6 9 9 1 5 1 5 2 1 2 1 2 7 2 7 3 0 综合温差 2 7 1 4 2 1 3 3 7 8 9 8 5 7 3 1 2 5 2 2 5 混凝土弹性模量计算 E ( 亡 ) = E o ( 1 一 e - O ) ( 6) 式中 ： J8 混凝土掺合料对弹性模量修正系数 ， 取 0 9 9 ； 混凝土的最终弹性模量 ，取 2 8 d的弹性模量 ， C 3 0为 3 0 1 0 M P a 。 混凝土浇筑后 3 d的弹性模量 E ( 3 ) =J B E o( 1 一 e - O m 3 ) = 0 9 93 0 X 1 0 ( 1 一 e - a m ) = 0 7 0 3 X 1 0 M P a ， 详见表 9 。 表 9 混凝 土各 龄期弹性模量 龄 期 t a I s 1 1 l 1 5 2 I 1 2 7 3 O 弹 性 模 量 ， 1 0 4 M P a 0 7 0 3 l 1 2 3 9 I 1 6 4 9 I 2 2 2 5 2 1 l 2 7 0 9 2 7 7 2 2 6 综合降温差在外约束条件下产生的外约束应力 青 荟 t ) t - )眦 ) ( 7 ) 式中： 肛 混凝土的泊松比， 取 O 1 5 ； ( t ) 龄期为 t 时 ， 在该计算段混凝 土综合降温 差( c C) ： t ) 龄期为 t 时 ， 在该计算段外约束的约束系数 ， 取 0 2 5 ： H ( t f ) 龄期为 t 时混凝土应力松弛系数 ， 详见表 1 0 。 表 1 0 混凝 土各龄期应力松 弛系数 龄期 t d 3 6 9 l 5 2 l 2 7 3 0 应力松弛系数 0 1 8 6 O 2 O 8 0 2 1 4 0 2 3 3 0 3 0 1 0 5 7 l 混凝土浇筑后 3 d 6 d 外约束应力 3 6 ) - I T ( 3 6 ) 3 ) + E ( 6 ) 2 3 ) +M6 ) 2 尺 ( 亡 ) 2 7 1 旦 o 2 5 = O 0 1 5 M P a ， 详见表 1 1 。 表 1 1 混凝土各 阶段外约束应力 各阶段 d 3 6 6 9 91 5 1 5 2 1 f 2 1 2 7 2 7 3 0 外 约 束 应 力 I P a 0 0 1 5 0 0 3 7 O 1 7 0 1 6 7 f 0 1 9 2 O 0 7 9 据计算可知 tl l ii -T 第3 4 卷第 2 期 I 1 5 3 or x 一 3 - 6 + 6 - 9 + 9 - 1 5 + 15 _ 2 l + 2 1 -2 7 + 2 7-3 0 = 0 0 1 5 +0 0 3 7 +0 1 7 +0 1 6 7 +0 1 9 2 +0 0 7 9 =0 6 6 M P a 。 2 2 7 混凝土浇筑体里表温差产生的 自约束应力 Or t ) = 手 t ) t ) H 7( t ， f ) ( 8 ) 式 中： t ) 龄期为 t 时 ， 在该计算段混凝土浇筑体里 表温差的增量。 ( 1 ) 计算混凝土浇筑体各龄期里表温差 ： 0 t )= + 争 T A t ) 一 ( 9 ) 式 中： T 混凝土浇筑完成时的温度 ， 取 2 0 o C； 卜当地平均气温 ， 取 1 0 o c 。 ( 2 ) 混凝土浇筑后 3 d 6 d 里表温 差的增量 ： t i ( 3 6 ) ；t l ( 3 ) 一t i ( 6 ) = 4 6 4 2 - 4 4 3 4 = 2 0 8 o c ( 1 0) 其中 t l( 3 )： 2 o + 等 T 3 ) 一 1 0 = 2 o + 等 5 6 0 5 0 9 5 1 0 =4 6 4 2 o c； 0 0 t i( 6 ) ： 2 0 + 一 6 ) 一 1 0 = 2 0 + 争X 5 4 1 5 一 1 7 6 1 0 = 4 4 3 4 o c ， 详见表 1 2 。 表 1 2 混凝土浇筑体各 阶段里表温差 的增量 各阶段 d 3 6 69 9 l 5 l 5 2 1 2 1 2 7 2 7 3 O 温 差增 量 2 O 8 3 0 4 9 3 7 6 4 5 4 2 5 I 04 ( 3 )计算混凝土各龄期 自约束应 力， 即混凝土浇筑后 3 d 6 d自约束应力为 ： 3 _ 6 ) = 手 A t = 2 0 8 = 0 0 1 5 M P a ， 详见表 1 3 。 表 1 3 混凝土各阶段 自约束应力 各 阶段 d 36 6 9 9一l 5 】 5 2 l 2 l 2 7 2 7 3 O 自约束应力 MP a 0 O 2 0 0 4 6 0 2 0 2 O 2 O 3 0 2 4 2 O 1 1 2 经计算可知 ： o r ：Or 3 6 ) +Or 6 9 ) +Or, ( 9 1 5 ) +Or1 5 2 1 ) + 一 Or 2 1 2 7 ) +Or ( 2 7 3 0 ) = 0 8 2 5 M P a 。 3 大体积混凝土抗裂验算 望K ，且 K ( 1 1 ) z o r x 式 中： 抗裂安全系数 ， 取 K - I 1 5 ； 入 掺合料对混凝土抗拉强度影响系数 ， 取 0 9 7 ； t ) 混凝土龄期为 t 时抗拉强度标准值 ( M P a o ( 1) 混凝土抗拉强度计算公式 ： t ) = 卜e ) ( 1 2) 式中 ： f 一混凝土抗拉强度标准值 ， C 3 0 混凝土的抗拉强 度标准值 2 0 1 M P a ： I 1 5 4 l 2 0 1 2 2 h词血 g c呻帕唧： d 1 ， 系数 ， 通常取 0 3 。 则 f 3 0 ) = 2 0 1 X( 1 一 3 x 3 ( ) = 2 0 0 9 8 M P a 。 ( 2 )抗裂系数 ： ： ： ： 璺 o r 0 6 6 ： 2 9 5抗 裂 安 全 系 数 f 抗 裂 安 全 系 数 0 8 2 5 ， J x iJ、 1 1 5 。 经验算，累计外约束应力和 自约束应力都小于同龄期 混凝土的抗拉强度 ， 可以满足抗裂要求。 4 计算混凝土表面保温层草帘子厚度的方法 由以上计算可知，底板混凝土浇筑 3 d后里表温差为 4 6 4 2 c c ， 大于我国 混凝土结构工程施 工及验收规范 ( G B 5 0 2 0 4 - 2 0 0 2 )中关于大体积混凝土温度内外温差为 2 5。 c 的规定。 为了降低混凝土的内外温差 ， 我们采取了在混凝土 表面覆盖保温材料的方法。其具体计算方法如下 ： 6= ) 式 中 结构物的实际厚度， 取 2 m ： 人 混凝土的导热系数 ， 取 2 3 m K ) ； 入厂一 第 7 层养护用保温材料草 帘子的导热系数 ， 取 0 1 4 W ( m K ) ： 一 7 - 一 混凝土到最高温度时 ( 浇筑后 3 d 5 d ) 表 面温度与大气温度之差 ， 取 1 5 o C； 一 丁 混凝土浇筑体内部最高温度与表面温度的 温差， 取 2 5 c C： 传热系数修正值 ， 取 1 3 o C 。 贝 0 6 = = (_ 1 3 = 0 0 4 7 m 经计算可知 ， 铺 1 层塑料薄膜 ， 上铺 1 层麻袋和 2层草 帘子能满足要求。 5结论 ( 1 )为有效控制大体积混凝土温度裂缝 ， 施工前结合 实际情况进行大体积混凝土温度计算和防裂试算是极其必 要的 ； ( 2 ) 对基础混凝土内部的温度和应力变化做到事前准 确估计 ， 能有效地判断可能出现的技术问题 ； ( 3 ) 进行养护用保温材料厚度计算 ， 能为采用合适 的 保温养护措施提供依据 ， 且应严格把好施工质量关 ， 重视原 材料、 混凝土配 比、 施工工艺等主要环节 。 参 考 文 献 【 1 】 王铁梦 工程结构裂缝控制【 M埘E 京： 中国建筑工业出版社， 1 9 9 7 【 2 G B 5 049 6 2 0 0 9大体积混凝土施工规范【 s 北京： 中国计划 出版社，2 0 0 9 【 3 】 周舒， 曹庆大体积混凝土施工技术 J 1 施T技术 2 0 0 8 ， 3 7 ( 4 ) ： 1 0 4 1 0 5