混凝土的温度控制.ppt

第四节混凝土的温度控制与分缝分块 混凝土温度控制 一 混凝土温度控制的基本任务 为了明确混凝土温度控制的基本任务 应首先弄清混凝土的温度变化过程以及与温度变化密切相关的裂缝的问题 一 混凝土的温度变化过程 混凝土在凝固过程中 由于水泥水化 释放大量水化热 使混凝土内部温度逐步上升 对大体积混凝土 大部分水化热将积蓄在浇筑块内 使块内温度达30 50 甚至更高 由于内外温差的存在 随着时间的推移 坝内温度逐渐下降而趋于稳定 与多年平均气温接近 大体积混凝土的温度变化过程 可分为三个阶段 即温升期 冷却期 或降温期 和稳定期 大体积混凝土的温度变化过程线 混凝土内的最高温度Tmax等于混凝土浇筑入仓TP与水化热温升值Tr之和 由TP到Tmax是温升期 由Tmax到稳定温度Tf是降温期 之后混凝土体内温度围绕稳定温度随外界气温略有起伏 Tmax与Tf之差称混凝土体的最大温差 记为 T 要确定Tmax 须先根据水泥品种和用量 确定水泥水化热引起的温升Tr 同时还须确定混凝土的入仓温度TP TP的值等于 TP Tb t式中 t 混凝土自出拌和机到入仓的温度变化值 Tb 混凝土的拌和温度 二 温度应力与温度裂缝 大体积混凝土的温度应力 是由于变形受约束而产生 基础混凝土在降温过程中受基岩或老混凝土的约束 由非线性温度场引起各单元体之间变形不一致的内部约束 在气温骤降情况下 表层混凝土的急剧收缩变形 受内部热胀混凝土的约束等 由于混凝土的抗压强度远高于抗拉强度 在温度压应力作用下不致破坏的混凝土 当受到温度拉应力作用时 常因抗拉强度不足而产生裂缝 随着约束情况的不同 大体积混凝土温度裂缝有如下两种 表面裂缝贯穿裂缝和深层裂缝 1 表面裂缝 混凝土浇筑后 其内部由于水化热温升 体积膨胀 如受到岩石或老混凝土约束 在初期将产生较小的压应力 当混凝土温度继续下降时 混凝土块内将出现较大的拉应力 但混凝土的强度和弹模随龄期而增长 只要对基础块混凝土进行适当的温度控制即可防止开裂 但遇寒潮 气温骤降 表层降温收缩 内胀外缩 在混凝土内部产生压应力 表层产生拉应力 当表层温度拉应力超过混凝土的允许抗拉强度时 将产生裂缝 形成表面裂缝 其深度不超过30cm 特点 这种裂缝多发生在浇筑块侧壁 方向不定 短而浅 数量较多 随着混凝土内部温度下降 外部气温回升 有重新闭合的可能 大量工程实践表明 混凝土坝温度裂缝中绝大多数为表面裂缝 且大多数表面裂缝是在混凝土浇筑初期遇气温骤降等原因引起的 少数表面裂缝是由于中后期受年变化气温或水温影响内外温差过大造成的 表面保护是防止表面裂缝的最有效措施 特别是混凝土浇筑初期内部温度较高时由为注意表面保护 2 贯穿裂缝和深层裂缝 变形和约束是产生应力的两个必要条件 由于混凝土浇筑温度过高 加上混凝土的水化热温升 形成混凝土的最高温度 当降到施工期的最低温度或降到水库运行期的稳定温度时 即产生基础温差 由这种均匀降温产生混凝土裂缝 这种裂缝是混凝土的变形受外界约束而发生的 所以它整个端面均匀受拉应力 一旦发生 就形成贯穿性裂缝 由温度变化引起温度变形是普遍存在的 有无温度应力出现的关键在于有无约束 人们把基岩 老混凝土视为刚性基础 这种基础对新浇不久的混凝土产生温度变形所施加的约束作用 称为基础约束 这种约束在混凝土升温膨胀期引起压应力 在降温收缩时引起拉应力 当此拉应力超过混凝土的极限抗拉强度时 就会产生裂缝 称为基础约束裂缝 由于这种裂缝自基础面向上开展 严重时可能贯穿整个坝段 故又称为贯穿裂缝 此种裂缝宽度随气温变化很敏感 表面宽度沿延伸方向的变化也是很明显的 此外 裂缝在接近基岩部位和顶端 都是逐渐尖灭的 切割的深度可达3 5m以上 故又称为深层裂缝 裂缝的宽度可达1 3mm 且多垂直基面向上延伸 既可能平行纵缝贯穿 也可能沿流向贯穿 三 大体积混凝土温度控制的任务 首要任务是通过控制混凝土的拌和温度来控制混凝土的入仓温度 再通过一期冷却来降低混凝土内部的水化热温升 从而降低混凝土内部的最高温升 使温差降低到允许范围 另一任务是通过二期冷却 使坝体温度从最高温度降到接近稳定温度 以便在达到灌浆温度后及时进行纵缝灌浆 四 大体积混凝土温度控制标准 温度控制标准实质上就是将大体积混凝土内部和基础之间的温差控制在基础约束应力 小于混凝土允许抗拉强度以内 即 式中 p 混凝土的抗拉强度 Pa K 安全系数 一般取1 3 1 8 工程等级高的取大值 等级低的取小值 控制混凝土的极限拉伸值 当下层混凝土龄期超过28天成为老混凝土时 其上层混凝土浇筑应控制上 下层温差 温差要求上下层温差值不大于15 20 确定灌浆温度是温控的又一标准 三 大体积混凝土的温度控制措施 温度控制的具体措施常从混凝土的减热和散热两方面着手 减热就是减少混凝土内部的发热量 如降低混凝土的拌和出机温度 以降低入仓浇筑温度Tp 减少混凝土的水化热温升Tr 以降低混凝土可能达到的最高温度Tmax 散热就是采取各种散热措施 如增加混凝土的散热面 在混凝土温度升期采取人工冷却降低其最高温升 当到达最高温度后 采取人工冷却措施 缩短降温冷却期 将混凝土块内的温度尽快地降到灌浆温度 以便进行接缝灌浆 1 降低混凝土水化热温升 1 减少每立方米混凝土的水泥用量其主要措施有 1 根据坝体的应力场对坝体进行分区 对于不同分区采用不同标号的混凝土 2 采用低流态或无坍落度干硬性贫混凝土 3 改善骨料级配 选取最优级配 减少砂率 优化配合比设计 采取综合措施 以减少每立方米水泥用量 4 掺用混合材料 粉煤灰 掺和料的用量可达水泥用量的25 40 5 采用高效减水剂 高效减水剂不仅能节约水泥用量约20 使28天龄期混凝土的发热量减少25 30 且能提高混凝土早期强度和极限拉伸值 2 采用低发热量的水泥在满足混凝土各项设计指标的前提下 应采用水化热低的水泥 多用中热水泥和低热硅酸盐水泥 近年已开始生产低热微膨胀水泥 它不仅水化热低 且有微膨胀作用 对降温收缩还可以起到补偿作用 减小收缩引起的拉应力 有利于防止裂缝的发生 2 降低混凝土的入仓温度 1 合理安排浇筑时间在施工组织上安排春 秋季多浇 夏季早晚浇 中午不浇 这是最经济有效降低入仓温度的措施 2 加冰或加冷水拌和混凝土混凝土拌和时 将部分拌和水改为冰屑 利用冰的低温和冰融解时吸收潜热的作用 3 降低骨料温度1 成品料仓骨料的堆料高度不宜低于6m 并应有足够的储备 2 搭盖凉棚 用喷雾机喷雾降温 砂子除外 水温2 5 可使骨料温度降低2 3 3 通过地弄取料 防止骨料运输过程中温度回升 运输设备均应有防晒隔热措施 保证达到良好的效果 4 水冷使粗骨料浸入循环冷却水中30 45min 或在通入拌和楼料仓的皮带机廊道 地弄或隧洞中装设喷洒冷却水的水管 喷洒冷却水皮带段的长度 由降温要求和皮带机运行速度而定 5 风冷可在拌和楼料仓下部通入冷气 冷风经粗料的空隙 由风管返回制冷厂再冷 6 真空气化冷却利用真空气化吸热原理 将放入密闭容器的骨料 利用真空装置抽气并保持真空状态约半小时 使骨料气化降温冷却 3 加速混凝土散热 1 采用自然散热冷却降温采用低块薄层浇筑 并适当延长散热时间 即适当增长间歇时间 基础混凝土和老混凝土约束部位浇筑层厚1m 2m为宜 上下层浇筑间歇时间宜为5d 10d 2 在混凝土内预埋水管通水冷却在混凝土内预埋蛇形冷却水管 通循环冷水进行降温冷却 一期通水冷却目的在于削减温升高峰 减小最大温差 防止贯穿裂缝发生 一期通水冷却通常在混凝土浇后几小时便开始 持续时间一般为15d 20d 混凝土温度与水温之差 不宜超过25 通水流速以0 6m s为宜 水流方向应每24h调换1次 每天降温不宜超过1 达到预定降温值方可停止 二期冷却时间一般为2个月左右 通过水温与混凝土内部温度之差 不应超过20 日降温不超过1 通常二期冷却应保证至少有10 15 的温度降 使接缝张开度有0 5mm 以满足接缝灌浆对灌缝宽度的要求 通水冷却应自下而上分区进行 通水方向可以24h调换一次 以使坝体均匀降温 通水的进出口一般设于廊道内 坝面上 宽缝坝的宽缝中或空腹坝的空腹中