大体积混凝土温差效应控制理论与施工.pdf

R OAD CONS TR UC TI ON AND MACHI NE RY 文章编号 ： 1 0 0 0 0 3 3 X( 2 0 1 4 ) 0 3 0 0 5 1 - 0 3 0 大体积混凝土温差效应控制理论与施工 邓龙龙 ， 邓 燕华 ， 涂群 岚 ， 刘明亮 ( 1 中恒建设集 团有限公司 ， 江 西 南 昌 3 3 0 0 3 8 ；2 江西建设职业技术学 院 土木工程系 ， 江西 南 昌 3 3 0 2 0 0 ) 摘 要 ： 为解 决 大体积 混凝 土构 件在 受荷 前就 开 裂 的工程 技 术 问题 ， 通过 对 其 开 裂机 理 分析 ， 发现 产生裂缝的主因是混凝土凝 固时产生的内外温差所形成的温差应力。为有效控 制温差应力， 重点 论述了配合比设计与优化及施工过程监控技术要点。实践证明， 该理论计算结果与实践较吻合 ， 是 既 简便 又 实用 的控 制 温差 效应 的 方法 。 关键词 ： 大体积混凝土； 温度差； 配合 比优化 ； 混凝土养护 中图分 类号 ： U4 1 4 1 文 献标 志码 ： B The o r y Ab o u t Te mpe r a t u r e Di f f e r e nc e Ef f e c t Co nt r o l a nd Co n s t r u c t i o n o f La r g e Vo l u me Co n c r e t e DENG L o n g l o n g 。DENG Ya n h u a ，TU Qu n l a n 。 ，LI U M i n g l i a n g ( 1 Z h o n g h e n g C o n s t r u c t i o n Gr o u p C o Lt d ，Na n c h a n g 3 3 0 0 3 8，J i a n g x i ，Ch i n a；2 De p a r t me n t o f Ci v i l En g i n e e r i n g ，J i a n g x i Vo c a t i o n a l a n d T e c h n i c a l C o l l e g e o f C o n s t r u c t i o n，Na n g c h a n g 3 3 0 2 0 0，J i a n g x i ，Ch i n a ) Ab s t r a c t ：I n o r d e r t o s o l ve t he t e c hni c a l p r o bl e m s o f l a r ge v ol u m e c o nc r e t e c o m p o ne n t s c r a c ke d be f o r e l oa di n g，by t he a na l y s i s o f c r a c ki n g me c ha ni s m ，i t wa s f o und ou t t h a t t he m a i n r e a s o n wa s t he t e m p e r a t ur e s t r e s s c a us e d by t he i n t e r na l a nd e x t e r n a l t e m p e r a t u r e d i f f e r e nc e whe n t he c on c r e t e wa s s ol i d i f i c a t e d Ai me d t o c o nt r o l t he t e mpe r a t ur e s t r e s s e f f e c t i v e l y， t he t e c hn i c a l po i n t s we ne e x po un de d a s a n e mpha s i s o n t he mi xt u r e r a t i o de s i g n a nd o p t i mi z a t i o n a nd mon i t o r i ng o f t he c on s t r uc t i on p r oc e s s I t i s pr o v e d t ha t t he t he o r e t i c a l c a l c ul a t i o n r e s u l t s a c c o r d wi t h pr a c t i c e， a nd i t i s a s i m p l e a n d p r a c t i c a l m e t ho d t o c o nt r o l t h e e f f e c t o f t e mp e r a t ur e di f f e r e nc e Ke y wo r d s ：l a r g e v o l u me c o n c r e t e ；t e mp e r a t u r e d i f f e r e n c e ；mi x t u r e r a t i o o p t i mi z a t i o n；c o n c r e t e c u r i n g 引 口 大 体积 混凝 土凝 固时产 生的 内部 水化 热无 法及 时散发 ， 产 生 内 外 温 差 ， 会 致 使 构 件 发 生 脆 性 破 坏 l 1 。从 已发表 的文 献来看 ， 学 者们 在此 方 面 已开 展 了大 量 的研 究 _ 4 ， 取 得 了一些 较有 价值 的科研 成 果 ， 但影响工程质量 的因素太多 ， 实际成效偏低 ， 仍 需要 不 断完 善 。本 文 在 总结 前 人 经 验 的基 础 上 ， 通 过大量的工程实践 ， 经理论计算并结合实际， 探索出 一 套简便实用 的方法 。 1 工程案例 某塔筒为筏板基础 ， 基础厚度为 1 8 m， 局部基 收稿 日期 ： 2 0 1 3 - 1 0 - 0 9 坑厚度达 2 9 m， 属于典型的大体积混凝 土。单个 基础整体混凝土工程量约为 4 4 5 m。 ， 筏板尺寸约为 1 6 m1 6 m， 昆凝土强度等级 C 2 5 。这种大体积混 凝土底板施工具有水化热高 、 收缩量大 、 容易开裂等 特点 ， 施工 重点 主要 是 将 温 度 应 力产 生 的不 利 影 响 降低 到最小 ， 防止裂 缝 的产生 和发 展 。因此 ， 考虑 采 取 如 下措施 。 2 优化 混凝土配合 比 考虑到水泥 水化热引起 的温度应力 和构 件变 形 ， 在 配合 比设 计 和施工 过程 中应 注 意如下 问题 ： 按 照工 程 的 实 际情 况 ， 选 用 万 年 青 P 03 2 5 R普 通 硅 酸盐 水泥 、 中粗 砂 和 5 4 0 mm 碎 石 。外 加 剂 采 用 R oAD CONS TR UCT I ON AND M AC HI NE RY 瑞 州生 产 的 Y Q H 防水剂 ， 掺 量 初 步 确定 为水 泥 质 量 的 2 ， 具 体掺量 还需 根据 试 验 结 果做 相 应 调 整 ， 初凝 时 间控制 在 1 0 1 2 h 。 掺人 粉煤 灰替 代 部 分水 泥 ， 推 迟混 凝 土强 度 的 增长 ； 采 用 6 0 d强度 为 3 5 N mm 的 混凝 土 代 替 2 8 d强 度 为 3 5 N mm 的混 凝 土 ， 从 而减 少 水 化 热 的不利 影 响 。采 用 九 江 期 电厂 I级 粉 煤 灰 ， 细度应 符合 国家现 行 标 准 的 规定 ， 掺量 由 实验 室 确 定 ， 具 体配 合 比见表 l 。 施 工 期 间 ， 要 根据 天 气及 材 料 等实 际 情 况及 时 表 1 混凝土配合比 混凝土强度 水泥品种 水用量 k g 水泥用量 k g 粉煤用量 k g YQ H用量 k g 砂用量 k g 碎石用量 k g 外加剂用量 k g C2 5 P ( ) 3 2 5 R l 8 ( ) O O 3l 3 0 0 7 8 0 0 7 8 3 7 5 9 0 0 l o o6 o0 5 9 8 适 当调 整配合 比 ， 尽 量 避 免 在 雨 天施 工 。提 高混 凝 土抗 拉强 度 ， 保 证 骨 料 级配 良好 ； 控 制 石 子 、 砂 子 的 含泥量 分别 不 超 过 1 和 3 ， 且 不 得 含 有 其 他 杂 质 ； 混凝 土坍 落度 控制 在 6 0 1 0 0 F i l m。 3 温 度 控 制 为了使 混凝 土 内部温 度与 表面 温度 之差 不超 过 2 5 C， 施 工 中应采 取 如下 措 施 ： 尽 量 降低 混 凝 土人 模 温度 ， 必要 时可 以采用湿 润麻 袋遮 盖泵 管 ； 为 防止 混 凝土 表 面散热 过快 和表 面 脱 水 ， 避 免 内外 温 差 过 大和干缩产生裂缝 ， 混凝土终凝后立 即进行保温 、 保 湿 养护 。保 温养 护 时 问 根据 测 温 控 制 ， 当混 凝 土 表 面温度与大气温度基本相同时 ， 可缓缓撤掉保温养 护层。保湿养护不得少于 1 4 d ， 在混凝土表面依次 覆 盖 1层湿 麻袋 、 l 层 塑料 薄膜 、 2层 麻 袋 、 l层 塑 料 薄膜、 1 层麻袋， 确保保温厚度达 5 0 mm； 侧面采用 l 8 mm 厚模 板 + 1层 湿 麻 袋 + 1层 塑 料 薄 膜 ， 温 度 的计算 过 程和结 果 如下 。 3 1 混凝 土热 工计 算 塔筒 基础 混凝 土施 工于 2 0 0 9年 6月 下旬 进行 ， 大气 平 均 气 温 ( T ) 取 2 5 C。混 凝 土 拌 和 温 度 见 表 2 。 表 2 混凝土热工计算 重量 比热 ( k J W C 材料温度 T W 材 料 名 称 k g k g K ) ( kg C ) 1 、 ， C ( 7k g 水 l 8 o 4 2 0 7 5 6 2 5 l 5 1 2 0 水 泥 3l 3 0 8 ,1 2 6 3 d 5 1 l 8 35 砂 子 7 5 9 () 8 4 6 3 8 2 5 1 5 9 5 0 石 子 1 0 06 0 8 4 8 4 5 2 5 2 l 1 2 5 砂石 含水量 5 3 4 2 O 2 2 3 2 5 5 5 7 5 合计 2 7 2 5 6 9 6 0 5 5 2 混 凝 土拌 和材 料 的平 均 温度 rr 一 , T i WC W C 一 2 7 2 52 5 5 c 。 一 。 计 算 结果取 T = = = 2 5 C。 3 2混凝 土 出罐温 度 因搅拌机 棚 为 敞开 式 ， 取 = = = 一2 5 C， 装 卸 料两次 ， 运输 时 问按 照 3 0 rai n考虑 ， 浇捣完毕需 1 h 。 3 3混 凝土 绝热 温升 每公 斤万 年青 P O3 2 5 R水 泥 2 8 d发热 量 取 3 7 7 k J k g ( 3 d为 2 2 3 k J k g ， 7 d为 2 7 0 5 k J k g ) ， 计 算龄 期 7 d的绝 热温 升 T 一 ( 1一 ” )一 46 7 ( LD 式 中 ： C为混凝 土的 比热 ， 一 般 取 0 9 2 1 ； 为 每 立 方米 混凝 土 的胶 凝 材料 用 量 ( k gm ) ； Q 为 每 公 斤水 泥 的 2 8 d发热量 ； 为混凝 土 的龄期 ； ， ”为与 水 泥 品 种 、 浇 筑 温 度 等 有 关 的 系数 ， 一 般 取 0 3 0 5 d ；j。 为 混凝 土 的 重 力 密 度 ， 取 2 4 0 0 2 5 0 0 k g m。 3 4 混 凝土 内部最 高温 度 混 凝土浇筑 块厚度 取 2 9 1T I ， 一0 7 1 ， 则 T = = = 丁 + T， 一 2 5+ 4 6 7 0 71 5 8 4 C 。 3 5混 凝土 表面 温度 假设 混凝 土表 面保 温层 覆 以麻袋 ， 则 毫 式中： 为保温材料总传热系数( W 1T I _ 。 K ) ； 为第 i 层保 温 材 料 厚 度 ； ， 为第 层 保 温 材 料 导 热 系数( W n l K ) ； 为固体在空气中的放热系 数 ( W IT i K ) 。 取 K一0 6 6 6 ， = = = 2 3 3 ， 则混 凝土 虚铺 厚度 h 一 K 一0 51 m 式 中 ： K 为 混凝 土的 导热 系数 。 混凝 土计 算厚 度 Hh +2 h = = = 3 9 2 m， 则 龄 期 7 d的混凝 土 内部 与大 气最 大温 差 T7一T 一 T 。一3 3 4 C RoAD CONS TRUCTI ON AND M ACHI NERY 混凝 土表 面温 度 T1 = = =T + ( H h ) AT7 4 0 1 2 c 所 以 ， 混 凝土 中 心最 高温 度 与 表 面 温 度 之差 为 一 T I 一1 8 3， 未超 过 2 5 C。混凝 土 表 面 温度 与大 气温 度之 差 T b T 一1 5 1 2 C， 未 超 过 2 5。 因此 ， 不需 要 采取 其他 措施来 保 证混 凝土 质量 。 3 6混 凝土侧 表 面温 度 混凝 土侧 表 面保温 层保 温材 料 的总传 热 系数 卢一 1 6 2 + 壶 取 K一0 6 6 6 ， A 一2 3 3 ， 混 凝 土 虚 铺 厚 度 h 一 K 一 0 9 6 m 。 混凝 土计 算 厚 度 H= = = h +2 h 一3 8 2 m， T 一 丁 一 T 一2 5 2 5 C； 混 凝 土 侧 面 温 度 T 一 T + 一 M 。 2 h ( H h ) AT = = = 4 4 。C 。 所 以混凝 土 中心 最 高 温 度 与 表 面 温 度 之 差 为 T 一 T b =5 0 2 5 4 4 = = = 6 2 5 ， 未超 过 2 5 C。混 凝土 表 面温度 与 大气 温 度 之 差 为 T T 一1 9 C， 未超 过2 5 C。 因此 ， 不 需 要 采 取 其 他 措 施 来 保 证 混 凝土 质量 。 4 浇筑方案 混凝 土施 工 时 ， 先 浇筑 大底 板 ， 后 浇筑 基 础环 台 座 。考虑 到基 础体 积较 大 ， 为 防止 出现冷 缝 ， 采 用集 中搅 拌站 自拌 混凝 土 ， 混凝 土输 送车 运输 ， 施工 时采 取 斜 面分层 、 依 次 推进 、 整 体 浇 筑 的方 法 ， 使 每次 叠 合 层 面 的浇筑 间 隔 时 间 不 大 于 5 h ， 比混 凝 土 的初 凝时间短 。汽车泵采取 “ 一” 字形行走路线 ， 两 台汽 车泵同时运行 ， 每台汽车泵浇筑约 1 2 m 宽， 浇筑速 度 为 4 0 m。 h 一 。考 虑 汽 车 运输 混 凝 土 的 时 间 间 隔 ， 混 凝土 初凝 时 间为 5 8 h 。 采 用机 械 振 捣 ， 振 捣 棒 的 操 作 要 做 到 “ 快 插 慢 拔 、 上 下抽 动 、 均匀振 捣 ” 。插 点排 列均 匀 ， 采用 并列 式 和交 错 式均 可 ， 插 点 间距 为 3 0 0 4 0 0 mm。插 入 到 下层 尚未 初 凝 的 混 凝 土 中约 5 O 1 0 0 mm， 振 捣 时应依次进行 ， 不要跳跃式振捣， 以防发生漏振 。每 一 振点 的振 捣延 续 时 间 为 3 0 S ， 至混 凝 土表 面 水 分 不再显著下沉 、 不出现气泡、 表面泛出灰浆为止 。为 使? 昆凝 土振捣 密实 ， 每 台混 凝 土 泵 出 料 口配 备 4根 振捣 棒 ， 分 3道布 置 。第一 道布 置在 出料 点 ， 使 混凝 土形成 自然流淌坡度 ； 第二道布置在坡脚处 ， 确保? 昆 凝土 下部 密实 ； 第 三 道 布 置 在斜 面 中部 。斜 面上 各 点要 严格 控制 振 捣 时 间 、 移 动距 离 和插 入 深 度 。 由 于表 面水 泥浆 较 厚 ， 且 泌 水 现象 严 重 ， 应 仔 细 处 理 。 对于 表 面泌水 ， 当每层 混凝 土浇 筑接 近尾声 时 ， 应 将 水 引 向低 洼边 处 ， 缩 为 小水潭 ， 然 后用 小水 泵将水 抽 至 附近 的排水 井 。在混 凝土 浇筑后 4 8 h内 ， 将 部 分浮 浆清 掉 ， 初 步用 长 刮尺 刮平 ， 撒少许 干 净 的细碎 石 ， 然后用 木 抹子 搓 平 、 压 实 。在初 凝 以后 ， 混 凝 土 表 面会 出现龟 裂 ， 终凝 前要 进行 二次抹 压 ， 以便将 龟 裂纹 消 除 ， 注 意宜 晚不 宜早 。 5 结 语 大体 积混 凝 土 在 凝 固 过 程 中将 产 生 大 量 水 化 热 ， 在混凝 土 的外 表 面 ， 热 量 很 快散 发 ， 而 内部 产 生 的大 量水 化热 无法 在短 时 问 内排 出 ， 造 成 内外温 差 ， 导致混凝 土开 裂 。施 工 过程 中必 须采 取 措施 降低 水 化热 ， 并在混凝土外表面采取保温措施， 降低 内外温 差 。为了达到上述 目标 ， 施工前必 须先进 行水 化热计 算 ， 验算 内外温差 。 由于在计算过 程 中参 数 的设 定与 施工现场 环境温度 有关 ， 所 以理论 计算 与实 际情 况会 有偏差 ， 必须加强现 场保 温监测 和做好必 要 的应 急预 案， 以便当内外温差超过规范要求时及时处理。 参 考文献 ： 1 蒋 应军 重 载交通 水泥混 凝土路 面材 料与结构 研究 D 西 安 ： 长安大学 ， 2 0 0 5 2 梁峰 高性能路面混凝土配合比设计及路 用性 能研究 E D 西安 ： 长安大学 ， 2 0 0 2 3 熊剑平 ， 申爱琴 ， 魏越强 聚合 物水泥混凝 土的路用性 能 J 长安大学学报 ： 自然科学版 ， 2 0 0 7 ， 2 7 ( 6 ) ： 2 4 2 9 4 过镇海 ， 时旭东 钢筋混凝土原理和分析 M 北京 ： 清华大学 出版社 ， 2 0 0 3 5 过 镇海 混 凝 土强 度 和变 形 M 北 京： 清 华 大学 出版 社 ， l 9 9 7 6 李潘武， 曾宪哲 ， 李博 渊， 等 浇筑温 度对大体积混凝土温度应 力的影响 J 长安大学学报 ： 自然科学版 ， 2 0 1 1 ， 3 1 ( 5 ) ： 6 8 7 1 7 GB 5 0 4 9 6 2 0 0 9 ， 大体积混凝土施工规范 s 8 GB 5 0 2 0 4 2 0 0 2 ， 混凝土结构施工质量验收规范E s 9 GB 5 0 6 6 6 2 O 1 1 ， 混凝土结构施工规范 S 责任编辑 ： 王玉玲 5 3