蓄水养护在大体积混凝土施工中的应用.pdf

第 3 9卷第 7期 2 0 1 2年 7月 建筑技术开发 Bui l di n g Te c h ni q ue De v e l o p me n t Vo 1 3 9， No 7 J u 1 2 0 1 2 蓄水 养护在大体 积 混凝 土施工 中的应 用 向 晖刘 波 黄 阳 王德博 ( 中建三局 第二建设工程有限责任公 司， 武汉4 3 0 0 7 4 ) 摘 要 沈阳市府恒隆广场项 目 1 1 m厚筏板大体积混凝 土采用蓄水养 护的施工 工艺 。采用 了测温点 监测 温度 同时 保持蓄水深的方法 ， 根据监测数据绘制养护过程的混凝 土及周围环境 温度分 析图 ， 证 明蓄水养护 的方法能保 证混凝土 内外温差不致过大 。 关键词 厚筏板 ； 蓄水养护 ； 温控 中图分类号 T U 7 5 5 7 文献标志码 B 文章编号 1 0 0 1 5 2 3 X( 2 0 1 2 ) 0 7 0 0 4 8 0 4 W ATER CoNS ERVATI oN I N THE APPLI CATI oN I N THE M AS S CoNCRETE CoNS TRUCTI oN Xu Bi n g x i n Xi a ng Hu i Ha n g - Ya n g W a n g De - b o Ke y w o r d s The t e c h n o l o g y O i t he wa t e r c o n s e r v a t i o n i s us e d f o r t he ma s s c o n c r e t e c o n s t r u c t i o n o f 1 1 m t hi c k r a f t b o a r d i n t h e S h e n y a n g C i t y Ha n g L u n g P l a z a P r o j e c t T h e me t h o d i s u s e d t h a t t e mp e r a t u r e me a s u r i n g p o i n t mo n i t o r e s t e mp e r a t ur e wh i l e ma i n t a i n i n g t h e wa t e r de p t h Ac c o r d i ng t o t h e a na l y s i s d r a wn e d t o t h e mo ni t o r i n g d a t a du r i ng t h e ma i n t e n a n c e o f c o n c r e t e a nd t h e t e mp e r a t ur e o f t he s ur r o un d i n g e n vi r o n me n t Th e me t ho d c a n e n s ur e t h a t t e mp e r a t ur e d i f f e r e n c e i s t o o l a r g e i n s i de a nd o u t s i d e o f t h e c o n c r e t e t hi c k r a f t ； wa t e r c o ns e r v a t i o n； t e mp e r a t r u e c o n t r o l 超 高层 建 筑 随 着 我 国经 济 的发 展 即 将 成 为 普 遍 。 由于 承载 力 的需 要 ， 超 高 层建 筑 也 必然 需 要 厚 筏板 。厚 筏板 的浇 筑及 其养护 技术 成为 建筑业 必须 解 决 的一 大施 工 问题 。 由于水 泥 的水 化 反应 ， 浇筑 完成后筏板内外温差大， 需要做好养护 ， 保证筏板内 外 温度 相差 不大 ， 防 止 混凝 土 因为 温度 造 成 收 缩 产 生 裂缝 ， 影 响筏 板 质量 。本 文 以沈 阳 市府 恒 隆 广 场 项 目塔 楼二 筏板 养 护为 例 ， 通 过 蓄 水 养护 来 调 整 温 差 ， 解 决 了混 凝 土浇筑 后 的养护 问题 。 1工程概 况 工程位 于沈 阳， 筏板最大处厚 度为 1 1 1 0 0 m m， 局 部为 6 0 0 0 m m、 5 0 0 0 m m； 筏 板 面积 约 4 6 0 0 i n 。分 二次浇筑 。第一次混凝 土浇 筑最深 处 达 7 i n ， 浇筑 完 成后 蓄水养护 。待混 凝土 达到 一定 强度 后 吊装 钢 柱 脚及 安装筏板 面筋 支撑 体 系 ， 绑扎 完 面筋 ， 抽 干养 护 的水 ， 浇筑混凝 土至 筏板 顶面 ， 再 次混凝 土面采 用 蓄 水养 护 。 2裂 缝产 生原 因分 析 钢筋混凝土厚筏板基础由于结构截面大水泥用 收 稿 日期 ： 2 0 1 2 0 41 5 作者简介 ： 向晖， 中建三局第二建设工程有限责任公 司， 工程师。 48 量 多 ， 水 泥释放 的水 化 热 会 产 生较 大 的温 度 变 化 和 收 缩作 用 ， 由此形 成 的温 度 收 缩 应 力是 导 致 钢 筋混 凝 土厚筏 板 基础产 生裂缝 的主要原 因。 表 面 裂缝 ： 是 由于 混凝 土 表 面 和 内部 散热 条 件 不 同 ， 温度 内高外 低 ， 形 成温 度梯 度使 混凝 土 的内部 产生压 应力 ， 表 面产 生 的拉 应 力 大 于 混凝 土 的抗 拉 强度 而引起 的 贯通 裂 缝 ： 是 由于 厚筏 板 基 础 的混 凝 土 强度 发 展到一定的程度 ， 混凝土逐渐降温 ， 降温的梯度引起 的变形 ， 加上 混凝土 失水 引起 的体积 收缩 变形 ， 并受 到 地基 和其他 结构 边 界 条件 的约 束 ， 引起 的拉 应 力 超 过混凝 土 的抗拉 强 度 ， 由此 可 能 产 生贯 通 整 个 截 面 的裂 缝 。 因此 ， 混 凝 土裂 缝 产生 原 因 主要 是 由于温 差 和 失水。由于水具有保温 隔热的效 果， 因此在一定时 间 内 ， 可 以控制混 凝 土 表 面 与 内部 中心 温度 之 间差 值在 2 0 以内； 同时， 可以防止混凝土失水 ， 故本工 程采 用表 面 蓄水 的方 法对 混凝 土进行 养 护 。 3 施 工工艺 3 1 大 体 积 测 温 3 1 1 测 点选 择 为 了真实 的反 映 出混 凝 土浇 筑 体 内最 高 温 升 、 第3 9卷 向 晖。 等： 蓄水养护在大体积混凝土施工中的应用 第7期 内表温差 ( 不大于 2 0 ) 、 降温速率 ( 不大于 2 d ) 及环境温度。本工程测温点分别设定为环境测点和 混凝土内部测点 ( 第一施工阶段与第二施工阶段) 。 1 ) 环境测点 环境测点分为大气温度测点( A) 与土壤温度测 点( S ) 。A设定 与施 工现场周 围， 用 于监 测施 工过 程中大气温度的变化 ； S布置在底板底层土壤 中， 用 以监测土壤 温度 随时间变化 。根据本工程具 体情 况 环境温度由土壤温度与大气温度两部分组成。 2 ) 混凝土内部测点 第一次浇筑的测温点位布置 ( 图 1 ) 研 一 o 1 0 8 20 3 2 m o 8 E 1 0 2 1 、 1 0 2 2 、 1 0 2 3 1 0 7 1 、 1 0 7 2 、 1 0 7 3 1 0 5 2 1 05 I 1 广 J r J 乙 1 r _ 1 0 4 I 、 1 0 4 2 、 - 。 1 0 1 1 、 f I 1 2 、 1 0 1 1 03 1 O l l , 0 5 3 、l l 【 L 一 J 广 一 J I J t - - I： I iiii I ii ，1 l ，1 i i J 1 ： 图 1 第一施工阶段测点水平布置 第一次浇筑结束后 ， 核心筒位置处混凝土厚度 已经达到 7 i n ， 发热大、 散热慢 ， 为本次测温的重点。 由于筏板左上角处为厚底板 ， 与土壤接触更直 接 ， 与外部环境的热量交换相 对其他几个角点更为 频繁 ， 故设置测点， 着重观察。 点位 1 1 1 1 、 1 1 2 1 、 1 0 3 11 0 3 4布置在混凝 土斜 轴 上 点位 1 0 1 11 0 1 5 、 1 0 4 11 0 4 3 、 1 0 5 11 0 5 4与 点位 1 0 2 11 0 2 3 、 1 0 7 11 0 7 3 、 1 0 8 11 0 8 4分别为 厚底板的半对称轴 ， 这样的测点安排是为 了便于推 算底板整体温度场的情况。监测点的布置范围以所 选混凝土浇筑体平面图对称轴线 的半条轴线为测试 区， 在测试区内监测点按平面分层布置。 1 0 6 1 、 1 0 6 2 、 1 0 6 3 、 1 0 6 4几个测点即与底板对称 中心较为靠 近 又与土壤 直接接触 ， 而且此处为该 底板变形较大处 ， 所 以布置测点予以着重观察 。在 测试 区内 监测点 的位置与数量可根据温凝土浇筑 体内温度场 和应力场 的分布情 况及温控 的要求确 定 ， 经理论计算基本可以确定温度场 和应力场规律 的可以将测点沿最不利位置布置。 点位 1 0 1 11 0 1 5位于厚底板平面中心位置 ， 相 关规范规定沿混凝土浇筑体厚度方 向， 每一点位的测 点数量 宜不少于 5点 ， 在考虑到现场施工的要求后， 大部分点位不同程度的削减了测点， 但是此处温度变 化较大， 故保留5个测点。点位 1 1 3 11 1 3 3设置 3个 测点 ， 在第一个施工阶段的测温中， 大部分测点分布 于厚底板处( 此处温度变化较大) ， 点位 1 0 7 1 1 0 7 3的 特别设定一是要与厚底板处数据进行对 比分析， 二是 加强薄底板位置的测温， 确保施工质量。点位 1 0 9 1 、 1 1 0 1 、 1 1 1 1 、 1 1 2 1 在混凝土表面布置一个测点 ， 以便于控 制混凝土内表温差。此外， B点为测量混凝土压力点 位 该点位由上至下 8 个测点组成， 间距为 1 m。 第二次浇筑 的测温点位布置( 图 2 ) 图 2 第二施工 阶段测点水平布置 第 二次浇筑混凝土各点位 的平面 布置参见下 图。 其 中 2 0 1 12 0 1 5点 位处 布 置 5个测 点 ， 点位 2 0 9 1 、 2 1 0 1 、 2 1 1 1 、 2 1 2 1布置 1个测点 。此外 ，c点 为测量混凝土侧压力的点位 ， 该点位 由上至下 4个 测点组成 ， 间距为 1 I n 。 沿板厚的测 温点位布置 。 各测位沿板厚的测 点布置参见图 3 。 混凝土浇注应临时保 景 。 0 2 3 l ) 1 5 J ) l d l 6 钢 筋 ， ) 2 2 、 丝 r 手 走 一 I 寸 测温导 - 。 ， 图 3 测 点竖 向布置 4 9 第 7期 向 晖 ， 等 ： 蓄水养护在 大体 积混凝土施 工 中的应 用 第 3 9卷 3 1 2监测 程序 监测频率 ： 测温读数要持续至少 3 0 d ， 并采用热 电阻测温仪 一 微机系统进行数据 自动采集记录。在 混凝土入模至温度峰值之前 ， 每 2 h测读一次； 在 降 温期间 ， 每 4 h测读一次， 在监测后期 当降温速率 曲 线趋于平缓时 ， 每夜不少于 2次 。 采集数据频率为每 2 h 1次。具体测温读数 时 间如表 1 。 表 1底板混凝土施工测温项 目和次 数 测温项 目 测温次数 连续 1 0 d 每 2 h 以后 l 0 d 每 4 h 以后 1 0 d 每 8 h 控制标准 ： 根据“ 块体基础 大体积混凝土施工 技术 规程 ” 及 “ 钢筋 混 凝 土 工 程 施 工 与 验 收规 范 ” ， 底 板混 凝土块 体 里外温 差控 制在 2 0 之 内。 3 2养护 水深度 计算 以第一 施工 阶段 为例 ： 根 据 现 场 测 温 可 得 养 护 时 混 凝 土 平 均 温 度 ： 7 0=42 0 ： X=1 42 4=3 3 6 h ； M = V 0 3 2( 1 m) ； 一 Ts=2 0 ； m =3 0 9 k g； K =1 3 Q ( ) =1 9 1 k J k g ； 则 ， 混凝 土 的蓄水深 度 由下式 得到 ： ： ! 二 ： 0 0 61 k W 一7 0 0T o+0 2 8 m。 Q 一 式 中 ： R 混凝 土 表面热 阻 ( K W) ； 混 凝 土 维 持 到 预 定 温 度 的 延 续 时 间 ( h ) ； M 混 凝土结 构 物 的表 面 系数 ( 1 m) ； 混凝 土 的中心 温度 ( K ) ； 混凝 土 的表面 温度 ( K) ； 传热系数修正值； 7 0 0 混凝 土热容量 ， 即比热容与密度之乘 积 ( k J ( m K) ； 7 1n 混 凝 土浇筑 、 振 捣完毕 开始 养护 时 的温 度 ( K ) ； m 每立 方米混凝 土的水泥用量 ( k g m ) Q 混 凝土 在 规定 龄期 内水 泥 的水 化 热 ( k J k g ) ； 则 混凝 土 的蓄水深 度 由下式得 到 ： h =R A =0 0 3 5 m =3 5 e m 式 中 ： 5 0 A 水 的热导 率 ， 取 0 5 8 W ( m - K) 。 为 了 防止 混凝 土 表 面产 生 裂缝 ， 需 控 制 养 护水 水温， 保证养护水水温与混凝土表面温度2 0 C， 可 以通过 用热 水养 护及加 热棒 加热 的方式 。由于根 据 测温数据显示 ， 本工程环境温度与混凝土表面温度 2 0 c I = ， 故采 用常 温水 即可 。 为 了保 证混 凝 土温 度 尽 量分 布 均匀 ， 采 用 钢 管 导热 的方法 。用钢管 脚手 架将 混凝土 分成 长 宽 高 为 6 m 6 m 6 m 的若 干 区域 。 3 3测 温数据 处理 及分析 第一 施工 阶段 温度变 化 曲线 ， 根 据测 温数 据 ， 绘 制 温度 变化 曲线 如 图 4图 6 。 l - _ - 、 f = 一 - 、 、 0 宅 I t , - 、 、 一 ? ，、 【 一 V VV 、 一 一 、 月 塑 5 2 l 堙 ! 2 6 鼍 兰 臻 兰 芎 鬯 品 日 图 4筏板 中心处从上到下温度变化及 环境温度 曲线对 比 、 ， V、 VV 一 - 、 一 ， 6 月2 6 E t 7 月6 137 月1 6 H 7 月2 6 13 8 P l 5 13 8 月1 5 13 8 月2 5 13 9 P 4 13明 1 4 13 9 月2 4 13 一 环境温 筻 一l O 3 1 1 0 3 21 0 3 3 1 0 3 4 图 5 筏板边缘处从上到下温度变化及 环境 温度 曲线对 比 曩 _ l _ 、 - 一 - 、 _ - - - 、 、 f _ -一 一 V、 、厂 、 、 6 月26 137 月6 B 7 ,E J 1 6 13 7 月2 6 138 月5 138 月l 5 日 8 月2 5 139 月4 139 月1 4 日 9 月2 4 13 一 环境温度 1 0 3 2 1 0 2 2 1 0 1 2一l o 6 2 图 6筏板边缘至中心 、 中心至边缘 处 温度变化 曲线对 比 ( 下转第 8 4页) O 0 0 0 O O O O 如 加 m o O O O O 0 O 0 如 m o O O O 0 O O D 觚 弧 第 7期 朱 航 征 ： 混 凝 土 构件 冲 击 波非 破 损 检 测 法 的研 究进 展 近 况 第 3 9卷 4有 关分析 与取 样的探 讨 4 1 利 用 L a m b波的原 理对 I E法 的考察 冲击 弹性 波法 中的“ 厚度频率 F t ： ( H z ) ” 是 由 “ P波 传递 速度 C ( m s ) ” 与“ 混凝 土厚 度 h ( m) ” 求 出。该项关系如 S a n s a l o n e等人推 出的式( 5 ) 所示。 对 于板 状 材 料 式 ( 5 )中 的 修 正 系 数 口 为 形 状 系 数 0 9 6 。 凡： ( 5 ) 二 凡 关于式 中 P波传递速度 的修正 系数 ， G i b s o n 根据 L a mb波 ( 板状 ) 理论 ， 试 用 近似 分析 法 ， 通过 数 据分 析进 行研 究 。结果 表 明 ， I E法 产 生 的厚 度频 率 与 用 L a m b波 理论 导 出板 一 次对 称 模 型所 检 出的波 群 速最 小 值 ( Z e r o波 群 速 ， S Z G V) 频 率 是 一 致 的。 此 外 ， 修 正 系数 值 则 应 随 混凝 土泊 松 比变 化 。图 1 3为板状模型 F E M( 有限元法 ) 所得分析结果求出 的修 正 系数 与 S ， Z G V分 析 所 得 卢呈 一 致 的 ， 并 表示 随? 自 松 比的变 化而变 化 。 0 96 0 0 9 5 8 0 9 5 6 0 95 4 0 9 5 2 啦 0 9 5 0 0 9 4 8 0 9 46 0 94 4 0 94 2 1 I I l I l I I I l I I I l I o S 1 - Z G V L I 1 I I o F E M共振 l I 、 I I l l l I 一一L j 一 一 一 I l I 一 一 一 一 一 一 一 一 I I I I t I I l l 1 I I I 、 I I l l l l l l l I I l I I l 一 一 一 一 L 一 一 一 卜 一 - + 一 一 卜 一 + 一 一 一 一 上 一 一 I l l I l 、 Q I I I I I I I I l l I l I l ：、 l I I I l I I l I I i ； I I l I 1 I l I l I l I I l I I l I l I I I l 1 0 1 5 0 1 6 0 1 7 0 1 8 0 1 9 0 2 0 0 2 1 0 2 2 0 2 3 0 2 4 0 2 5 0 2 6 泊松比 图 1 3 F E M分析与 S - Z G V分析所得 口 与泊松 比变化 的影响 4 2 实际结 构物取样 法的探讨 在 实际结 构物 中 ， 采 用非破 损 检验 时 ， 对 于一些 大型结 构物 ， 由于受时 间和成 本 的限制 ， 多局 限 于有 可能 检查部 位 ， 技 术 人 员 即根 据 有 限 的检 查 结 果 须 对整个结构物作 出评价 ， 但所检查部位如何设定 ， 将 影 响对整 个结 构物 的评定 。 Wi l l i a m s 等人 在 用 I E法 进 行 实 际 结 构 物 的评 价 中 ， 对 统计 取样 法 的结 果 进行 了研 究 。作 为 实 际 结 构 物 ， 他们 以桥 梁 中后 张法 预 应力 梁 内 的空 隙 检 查和 1 2 k m防潮 堤剥离 的检 查为 对象 。采用 简单 不 规则 取样 、 按层 取样 、 适 应 调 节 型 取样 等 不 同 ， 取 样 方法 进行 了比较 。 在 这项研 究 中 ， 结果 表 明 ： 后强 法预应 力梁 内部 空 隙检 查 ， 通 过 占全体 9 的取 样 ， 即可 预测 梁 内空 隙率的平均值 。此外 ， 对于防潮堤剥离的检测 ， 用简 单不规 则取 样 ， 通 过 占整 个 1 0 取 样 板 的试 验 ， 即 可精 确推 断板 中 的剥 离数 。采用 取样 法可 大致设 定 必要的部位和数量 ， 对于简单不规则取样 ， 一般用于 可靠 性 较小 区段 。在 这 次研 究 方 案 中 ， 在 缺 陷发 生 多 而分 散 的区段 ， 由于调 节型 取样 并未 发挥其 功能 ， 有 必要 在其 它结构 物 中作 进 一步探 讨 。 5 结 束语 本项 专题文 献调查 主要 介绍 了有关 冲击 弹性 波 法最近的一些研究情况， 其 中包括： 利用表面波和相 位速 度 同时推 断强 度 和构 件 厚 度 ； 利 用 频 谱数 据 实 现 混凝 土 断 面 可 视 化 ； 利 用 弹 性 波 衰 减 特 性 进 行 D E F评 价 、 钢 筋 与 混 凝 土 附 着 特 性 的 评 价 ； 基 于 L a m b波 理论对 冲击 弹性波 法进 行 的考察 ； 实 际结 构 取样法 研究 结果 等 。 在混 凝 土结 构 物 的老 化 和损 伤 程 度 的诊 断 中 ， 混凝 土 的非 破 损 检 测 法 的普 及 和 发 展 是 不 可 缺 少 的 ， 其 中对 弹性 波 法 和 冲 击 弹 性 波 法 的期 望 很 高 。 为 了今后 的普 及和 发 展 ， 有 关新 的评 价 方 法 和应 用 应继续进行探讨和研究 ， 但有关 方法 的标准化和规 范 化 ， 现场应 用实 例 和经 验 的积 累 以确 立 其 可 靠 性 等 也很 重要 。 ( 上 接 第 5 0页 ) 由图4图 5可知 ， 筏板温度升高最快的阶段 为浇筑的第一个星期 ， 升温阶段持续到浇筑 的第二 个 星 期 。因此 ， 在浇筑 的的两个 星期 内 ， 加 强测温 时 间密度 ， 采用蓄水养护 的方法保证筏板表面温度和 内部 温度 小于 2 0 是非 常必 要 的。 4 结语 根据现场实 际施 工情 况及 测温数 据 ， 理论 算 得 的蓄 水 深 度 符合 现 场 实 际 ， 能 够 满 足 大 体 积 混 凝 土 散 热 的需 求 ， 保 证 了 混 凝 土 内 外 温 差 符 合 规 范 要 求 。 参 考 文 献 1 中 国冶 金建 筑协 会 G B 5 0 4 9 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 2 高海霞 ， 庞 贵宣 用蓄水养护控制混凝土裂缝所需 蓄水深度计算 J 科技信息 ， 2 0 0 9， ( 2 9 ) 3 刘波 ， 孙雪梅 ， 等 1 1 n l 超厚筏板混凝 土测温技术 的应用 J 施 工技术增刊 ， 2 0 1 1