混凝土表面温差裂缝的施工控制与研究.pdf

2 0 1 1年 第 3期 (总 第 2 5 7 期 ) Nu mb e r 3 i n 2 0 1 1 ( T o l No 2 5 7 ) 混 凝 土 Co n c r e t e 实用技术 P RACTI CAL TECHN0LOGY d o i ： 1 0 3 9 6 9 8 i s s n 1 0 0 2 3 5 5 0 2 0 1 1 0 3 0 3 6 混凝土表面温差裂缝的施工控制与研究 李潘武 。 ，李博渊 ，马昕 a ，林静 a ( 长安大学 a 建筑工程学院 ；b 公路学院 ，陕西 西安 7 1 0 0 6 1 ) 摘要 ： 混凝土浇筑后 ， 在水泥熟化时会释放 出大量 的水化热 ， 由于其表面的履盖及模板保温作用 ， 所 以其 内部及表面都会出现较高的 温度。 当其表面在打开履盖或拆模时 的养护不到位时 ， 混凝土表面会迅速失温或失水而造成混凝 土的表面的开裂 ， 从而影 响混凝土的耐久 性及结构 的强度。 根据混凝土在施工期的温度应力变化 ， 通过计算构件表 面混凝土温度应力及其抗拉强度 ， 提出了控制混凝土表面温差应 力来控制混凝土表面裂缝 的相关措施。 关键词 ： 表面温度 ；拆模 ；温差应力 ；抗裂 中图分类号 ： T U5 2 8 0 6 4 文献标志码： A 文章编 号： 1 0 0 2 3 5 5 0 ( 2 0 1 1 ) 0 3 0 1 l l O 3 Tempe r a t u r e cr ac k c ont r ol an d r es ea r c h ab out c onc r e t e s u a c e i n c on s t r u c t i on LI P a n WU ， L I Bo - yu a n ， M A Xi n ， LI N J i n g ( a S c h o o l o f C i v i l E n g i n e e r i n g ； b S c h o o l o f Hi g h wa y ， C h a n g a l l Un i v e r s i t y ， Xi an 7 1 0 0 6 1 ， C h i n a ) Ab s t r ac t ： Af t e r t h e c o n c r e t e b e p o u r e d， I t wi l l r e l e a s e a l o t o f h e a t o fh y d r a t i o n wh e n the c o n c r e t e c u r i n g， and b e c a u s e o f t h e t e mp l a t e e ffe c t o f the c o v e r s o v e r t h e s u r f a c e i n s u l a t i o n， t h e i r i n t e rna l a n d s u r f a c e t e mp e r a t u r e i s h i g h e r I f c o n s e r v a t i o n i s n o t e n o u g h wh e n o p e n i n g t h e c o v e r s o v e r i t s s u r f a c e O r r e m o v i n g t he mo l d， t h e s u r f a c e o f c o nc r e t e wi l l l o s e h e a t o r wa t e r r a pi d l y a n d c a u s e the c r a c k i n g o f c o n c r e t e s ur f a c e， tha t wi l l a ffe c t t h e d u r a b i l i ty o f c o n c r e t e an d s t r u c t u r a l s t r e n g t h Ac c o r d i n g t O the c h ang e o f t e mp e r a t u r e s t r e s s o f c o n c r e t e i n t h e c o n s t r u c t i o n， a n d b y c a l c u l ati n g the t e mp e r a t u r e s t r e s s an d t e n s i l e s tre n g t h o f c o n c r e t e o n c o mp o n e nt s u r f a c e， r e l a t e d m e a s u r e s i s p r o po s e d i n t h i s a r t i c l e t o c o n tr ol the c r a c k s o n s u r f a c e o f c o n c r e t e b y c o n t r o l i n g the s u r f a c e t h e r ma l s t r e s s o f c o n c r e t e Ke y wor ds ： s u r f a c e t e mp e r a tur e； r e mo v i n g t h e mo l d； t h e rm a l s tre s s； c r a c k s 0 引言 混凝 土浇筑后 ， 由于水泥熟化时放 出大量的热量不能及时 散热而堆积在一起， 所以常常导致混凝土内部的最高温度往往 大于 5 0。 对于大体积混凝土有时可能达 7 0 8 0左右 ， 甚至 9 0以上。 由于混凝土表面的模板或保温措施的保温作用， 所以 混凝土的表面往往也有较高的温度。 当混凝土内部最高温度上升到浇筑温度 +水化热温升后 ， 混凝土的温度开始下降。 此时， 距侧面比较远的混凝土持续缓慢 地下降， 而距侧面较近的混凝土在温度下降过程中， 受到外界 气温变化的影响还会随着时间而有一定的波动， 至准稳定温度。 但这一时间段往往 比较长，混凝土的表面受到外界影响较大， 极易产生裂缝， 从而造成结构的耐久性的下降。 为此， 混凝土表面 温差裂缝 的施工控制与研究成为极 为重要的 内容 。 1 混凝土表面温差裂缝产生的施工原因 实践证明， 当混凝土的表面与大气或表面与养护水温差低 于 2 2 2 5时大体积混凝土表面将出现裂缝。 其主要原因有以 下几个方面 。 1 1 表面覆盖不足 当表面覆盖不及时或不足时， 形成表面与大气的较大温差 ， 从而造成表面失温收缩， 当这种收缩产生的拉应力大于混凝土 收稿 日期 ：2 0 1 0 1 0 2 8 龄期抗拉强度时， 混凝土将被拉断。 1 2 拆模 时混凝土表面温度 大于大气温度 2 2 2 5 以上 ， 但 未有相应的保温措施 由于模板的保护， 混凝土表面温度往往远高于大气的温度 ， 在拆模时间经常会形成一个表面与大气间的较大温差， 当这种温 差产生的拉应力大于混凝土龄期抗拉强度时混凝土将出现裂缝。 1 3 混凝土养护水温过低造成的开裂 在混凝土表面进行水养护时， 如果水温低于混凝土表面温 度 2 2 - 2 5时 ， 混凝土表面将产生过大的由温度产生的拉应力 ， 当这种拉应力大于混凝土龄期抗拉强度时 ， 混凝土将出现裂缝 。 1 4 二次收面不及时或施工质量较差时造成的开裂 如第一次收面不能达到平整度的要求， 则会出现混凝土表 面的应力集中现象， 从而造成开裂。 第二次收面如果质量达不到 标准， 则会出现混凝土通过表面散热过快现象， 从而造成混凝 土从表 面到某深度的开裂 。 从上述内容可知， 控制混凝土表面的温差是施工控制的主 要内容 。 2 混凝土的表面温度计算 2 1 混凝土的中心温度计算 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 式中： 7 1。 龄期混凝土中心的计算温度， ； 混凝土的浇筑温度 ， ； f 龄期混凝土的降温系数， 计算值见表 1 ； 混凝土最大绝热 温升 。 = ( W + K F ) Q c m p 【 2 ) 式 中： 。 混凝土 中的水泥用量 ， k g m ； ， 混凝土活性掺合料用量， k m ； 活性掺合料折减系数 ， 粉煤灰取 O 2 5 0 3 0 ； p 水泥 2 8 d的水化热 ， k J k g ； c 混凝土质量热容 ， 取 0 9 7 k J ( k g K) ； m系数， 随浇筑温度改变， 见表 2 ； p 混凝土的表观密度 ， 取 2 4 0 0 k g m 。 表 1 不 同龄期和浇筑厚度的 值 注 ： 本表适用于混凝土浇筑温度为 2 O 3 O的工程 。 表 2计算水化热温升 7 _ 值 时的 m 2 2 混凝土表面温度计算日 = r， 口 + 4 h ( 日 一 h ) (t )- H 式中 ： 混凝 土表面温度， ； 施工期大气平均温度 ， ； 混凝土虚铺厚度 ， m； A ； 折减系数 ， 取 2 3 ； A 混凝土导热系数， 取 2 3 3 W ( m K) ； 口 混凝土表面模板及保温层传热系数， w ( I n K) 。 fl = l 【 6 A + l fl 】 ( 4 ) 式中 ： A 各保温层材料导热 系数 ， w ( m K) ， 见表 3 ； 空气层 的传热系数 ， 取 2 3 w ( r f l K) ； 日混凝土的计算厚度 H = h + 2 h ， m； 混凝土实际厚度 ， 1 3 3 ； 各保温材料厚度 ， m。 表 3各种保温材料导热 系数w ( m K) 6 ： 一0 S h a ( Z - T d K ( 5 ) A ( 一 ) 式 中： A 混凝土的导热系数 ， 可取 2 3 w ( m K) ； 混凝土中心的最高温度， ； ( 3 ) 混凝土达到最高温度时的大气平均温度， ； 传热系数 的修正值 ， 见表 4 。 表 4 传热系数的修 正值 注 ： K ， 值为一般刮风情况( 仄 l 速 4 m s ) ， 且结构物位置高 出地 面水平不大于 2 5 m的修正系数 ； K： 是刮大风时 的修 正系数 ； 属于不易透风 保温材料的有油布 、 帆布 、 棉麻毡 、 胶合板 、 安装很好的模板 ； 属于容易透风 的保温材料有稻草板 、 锯末 、 砂子 、 炉渣、 油毡 、 草袋等。 3 混凝土拆模及保养阶段裂缝的控制方法 的 混 凝土 降 温 差可 按 混 凝土 的 3 1 拆模时混凝土表 面的抗拉强度计算 表面温度与大气温差来计算。 设大气温度为 r， d ， 则A T - T (t ) - 。 根据前苏联水工科学院所做的试验， 抗拉强度的变化符合 或在混凝土表面养护中设养护水温为 r， a ， 则有 ： 【 I J一 。 式( 6 ) ： 3 3 计算混凝土的表 面温度 ， 控制拆模 时间， 防止产 R f (o - 0 8 R ( 1 g t ) ( 6 ) 生过 大温 差 式中： R 龄期为 t 时混凝土的抗拉强度； 尺 混凝土龄期为 2 8 d的抗拉强度 ； f 龄期 。 3 2 拆模 时混凝 土表 面的拉 应力 r t)= - E m 。 d AT ( 7 ) 式中 ： o r ( t) 混凝土的应力 ； 混凝土的弹性模量【3 ， = ( 1 ) ； 混凝土成龄期的弹性模量 ； n 、 均为经验系数 ， 分别取 0 0 9及 1 ； 线膨胀系数 ， 一般取 1 0 x 1 0 4 C l 1 2 为防止混凝土表面开裂， 要求混凝土表面产生的拉应力应 小于其抗拉强度。 即 ： ( ) R蛐 ( 8) 3 4工程 实例 某工程 昆 凝土楼板， 混凝土强度等级为C 3 5 ， 配合比( 略) 。上 表面采用 0 4 mm厚塑料薄膜进行保温， 4 8 h后计算其表面温 度( 计算过程略) 为4 0 6， 实测温度为 3 9 8。 此时计划取消 塑料薄膜进行水养护， 水温为 l 6。 计算该水温是否满足养护 条件。 其计算过程如下： C 3 5 混凝土楼板在浇筑 4 8 h的拉应力 ： 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 0 (4 8 )TM - E 4 s 、 。 o AT - 一 E 0 ( 1 ) d AT = 一 3 1 5 1 0 ( 1 1 x e _ 0 。 9 4 8 ) x l O x l 0 _ 6 x 2 3 8 ： 一7 4 0 N mm2 C 3 5 混凝土偻板在浇筑 4 8 h的抗拉强度 ： 1 = O 8 R m ( 1 e t ) = 0 8 x 2 2 0 x ( 1 g 4 8 ) 。 2 7 93 2 MPa 740 M P a 此时混凝土表面产生的拉应力大于其抗拉强度， 混凝土表 面产生裂缝。 为保证混凝土表面不产生裂缝 ， 则混凝 土表面温度 与养护水温的温差应小于 2 3 8 ( 7 4 + 2 7 9 3 2 ) = 8 9 8 3 5 。 即养护 水温温度应大于 ： 3 9 8 8 9 8 3 5 = 3 0 8 2。 C。 4结 论 混凝土表面的温度与拆模 时的大气温差 、 或混凝土表面温 度与养护水温的温差 、 或裸露的混凝 土表面突遇寒潮 时的突然 降温温差控制是保证混凝土表面不裂缝或少裂缝的关键控制 上接第 8 7页 t h e s i s o f m e t h a c r y l i c a c i d c o p o l y m e r s i n a q u e o u s me d i a J C h e mC o m mL I n ， 1 9 99： 1 2 8 5 1 28 6 7 WA N G X S ， A R ME S S P F a c i l e a t o m t r a n s f e r r a d i c a l p o l y me r i z a t i o n o f me t h o x y - c a p p e d o l i g o( e t h y l e n e g l y c o 1 )me t h a c r y l a t e i n a q u e o u s me d i a a t a m b i e n t t e mp e r a t u r e J Ma c r o m o l e e u l e s 。 2 0 0 0 ( 3 3 ) 6 6 4 0 6 6 4 7 8 J C T 1 0 8 3 -2 0 0 8 ， 水泥与减水剂相容性试验方i k L S 【 9 YO S H I O K A K， S AK A 1 E， D AI MON M， e t a 1 R o l e o f s t e r i c h i n d r a n c e i n 内容。计算或实测混凝土表面温度， 并计算其温度与养护水温 形成的温差、 或拆模时与大气温度之差值、 或裸露的混凝土表面与 大气突遇寒潮时形成的温差等所产生的拉应力及此时混凝土表面 的抗拉强度是施工期防止混凝土表面开裂的主要内容。 通过计算 提出合适的保温措施是减少混凝土表面的主要控制方法。 参考文献 ： 1 MA C G RE GO R J G R e i n f o r c e d c o n c r e t e - - m e c h a n i c s a n d d e s i g n M 1 9 9 7 2 】 李潘武 大体积混凝土非荷载应力的施工系统ff j lJ D 西安： 西安建 筑科技大学， 2 0 0 4 3 王铁梦 工程结构裂缝控S H M 北京： 中国建筑工业出版社， 1 9 9 7 作者简介 联 系地址 联系电话 李潘武( 1 9 6 3 一 ) ， 男， 博士 ， 副教授， 主要研究方向： 建筑结 构、 施 工技术及施工组织 管理。 西安市长安中路 1 6 1 号 长安大学建筑工程学院( 7 1 0 0 6 1 ) 0 2 9 8 5 3 9 2 7 7 9 t h e p e r f o r ma n c e o f s u p e r p l a s t i c i z e r s f o r c o n c r e t e J J o u r n a l o f t h e A me r i c a n C e r a m i c S o c i e t y ， 1 9 9 7 ， 8 0 ( 1 0 ) ： 2 6 6 7 2 6 7 1 作者 简介 ： 联 系地址 联系电话 ： 徐磊 ( 1 9 8 4 一 ) ， 男 ， 硕士研究生， 研究方向 ： 混凝土外加剂。 山东省济南市济微路 1 0 6号 济南大学化学化工学院 ( 2 5 0 0 2 2 ) I 8 7 6 3 9 9 7 2 63 上接第 8 9页 公司由于河砂备料不足， 在迫不得已的情况下， 使用上述粉砂与机 术指标均达到设计要求， 出厂检验2 8 d 强度统计如表4 。 通过严格 制砂混合， 生产 C 2 0 - C 4 0 各种等级的混凝土 1 8 万 m3 , 混凝土的 的施工程序的控制， 此批混凝土结构， 均达到验收标准。 一年以后， 和易性好 ， 可泵性好 ； 此批混凝土各等级混凝土交货检测的各项技 对此批混凝土浇筑的结构部分进行检查， 均未发现异常睛况。 表 4某混凝土有 限公司混凝土出厂检验强度统计表 5问题 与讨论 首先， 为控制混凝土的质量， 现行标准规定凡是公称粒径 小于 8 0 m的颗粒都称为“ 泥” ， 并对不同等级混凝土用砂石的 含泥量做 了限定。 这些规定在砂石资源比较恶劣的地区必然限制 了当地砂石资源的利用， 同时提高了混凝土生产成本。 但是由于 对河砂采集 工艺 的不 同 ， 这部份 “ 泥 ” 对混凝 土 的影 响是不 同 的 ， 为 了确定 河砂 中泥土的含量 ， 本试验 参照人工砂石粉含 量 的方法进行判断 ， 是否有更简单 、 更准确 的试验方法 ， 对这部份 “ 泥” 中的有害成分进行定量的分析? 需要做大量的研究工作。 其次， 河砂中那部分不属于泥土的“ 泥” ， 是否可以认为是 一 种惰性的矿物掺合料? 是否可以参照矿物掺合料的使用方法进 行运用? 是否还有更好的混凝土外加剂与其配合比使用? 还需 要大量试验研究 。 再次， 此次混凝土的应用只是在 C 2 0 C 4 0 强度范围， 而且只 是对混凝土的工作性能、 力学陛能及抗渗透性能进行了初步的试验， 要扩大此混凝土的使用面， 还需在混凝土的耐久性方面进行深入 的研究， 尤其对其抗碳化性能、 早期抗裂性能等进行细致的研究。 另外， 此混凝土由于细骨料的组成不同， 为确保混凝土结 构的施工质量 ， 应采取 的哪些有效的 、 科学 的施工方法 和手段 进行控制 ， 还需要一个长期 的积累过程 。 参考文献 ： 【 1 J G J 5 2 - - 2 0 0 6 ， 普通混凝土用砂 、 石质量及检验方法标准f s 1 2 】王冲， 蒲心诚 粉砂高性能混凝土的研制【J 1 重庆建筑大学学报， 2 0 0 1 ( 2 ) ： 7 7 8 0 3 S t e v e n H K o s m a t k a ， 等 混凝土设计与控 O f M 钱觉时， 等译 重庆： 重 庆大学 出版社 ， 2 0 0 5 4 】 J G J F F l O 一9 5 ， 混凝土泵送施工技术规程 s 【 5 】D B 5 0 1 5 0 3 0 - - - 2 0 0 4 ， 机制砂、 混合砂混凝士应用技术规程 s 6 DB 5 0 5 0 2 8 -2 0 0 4 ， 特细砂混凝土应用技术规程 S 作者简介 联系地址 联系电话 尹正 1J ( 1 9 7 2 一 ) ， 男， 高级工程师。 重庆市大渡口区建桥工业园区C区铁西路 重庆市城投混 凝土有限公司( 4 0 8 0 0 0 ) l 3 8 9 61 2 2 6 6 6 1 1 3 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m