高强度大体积混凝土及温度控制措施.doc

论文摘要 在大体积混凝土施工过程中 由于内外温差较大 容易形成裂缝 进而 影响混凝土浇筑质量 为了避免裂缝的产生 提高混凝土浇筑质量 有必要 对混凝土的温度进行有效的控制 温度控制的基本要求是 控制混凝土内 表温差及控制混凝土降温速率 本文从控制混凝土的内 表温差及降温速率 三方面对温度控制进行了分析 内部温度从选用水泥及混凝土入模温度等方 面进行控制 其中入模温度从控制混凝土原材料 砂石 温度 拌合水温度 以及运输过程进行控制 表面温度以及降温速率从覆盖养护方面进行控制 最后在工程实例中对以上方式进行了实际应用 并获得成功 充分证明了措 施的可行性 且此温控措施更易于操作及普及 关键词 大体积混凝土 裂缝 内表温度 降温速率 温度控制 目 录 一 前言 1 二 温度控制的理论基础及其基本要求 1 一 温度控制的理论基础 1 1 温度裂纹的分类 1 1 温度上升阶段的裂纹 1 2 降温阶段的收缩裂纹 2 2 混凝土内部最高温度的计算 2 二 温度控制的基本要求 3 1 识别需要进行温度控制的结构或部位 3 2 温度控制的基本要求 3 三 温度控制的措施和方法 3 一 控制混凝土内部最高温度 3 1 精选水泥 降低水化热 3 2 控制混凝土入模温度 4 二 优化浇捣方法 4 三 通过冷却水降低混凝土内部温度 4 四 保持混凝土表面温度 5 五 控制混凝土的降温速率 5 六 低温下的混凝土保温措施 6 四 工程实例 6 一 温度控制过程 6 二 注意事项 7 三 结论 8 五 结论 8 参考文献 9 高强度大体积混凝土的温度控制措施 一 前言 对于土建施工来说 混凝土为C40以上的泵送混凝土 属于典型的高水 泥用量 高水化热的 双高 大体积混凝土 温度裂缝是这类结构较为严重 的质量通病 影响混凝土的抗渗性和耐久性 混凝土裂缝产生的原因很多 混凝土温度失控而产生裂缝是其中的一个主要因素 故有效的温度控制是避 免混凝土出现裂缝的一个主要手段 为了解决温度控制问题 我利用现有的 施工条件和技术力量进行了一些探索 总结出了一套简便易行的温控方法 并在工程实际应用中取得了良好的效果 归纳整理 形成本文 二 温度控制的理论基础及其基本要求 一 温度控制的理论基础 大体积混凝土 由于体积大 水泥用量多 水化热大 内外散热不均 并且表面积大 混凝土表面水分损失快 因此产生的裂纹绝大多数是温度裂 纹和干缩裂纹 为了有的放矢地进行温度控制 有必要探讨一下温度裂纹的 种类和产生条件 大体积混凝土在施工阶段 它的浇筑温度随着外界气温的变化而变化 特别是气温骤降 会大大增加内外层混凝土温差 这对大体积混凝土裂缝控 制是极为不利的 温度应力是由于温差引起温度变形而造成的 温差愈大 温度应力也愈大 同时 在高温条件下 大体积混凝土不易散热 混凝土内 部的最高温度一般可达60 65 并且有较长的延续时间 因此 应采取温度 控制措施 防止混凝土内外温差引起的温度应力 1 温度裂纹的分类 温度裂纹可以按裂纹产生的阶段分为以下两类 1 1 温度上升阶段的裂纹 混凝土浇筑后 水化作用产生大量的水化热 使混凝土温度上升 由于 混凝土内部与表面的散热条件不同 因而中心温度高 膨胀变形大 表面温 度低 膨胀变形小 从而使混凝土内部产生压应力 表面产生拉应力 表面 拉应力一旦超过此时混凝土的极限抗拉强度 就会产生裂纹 拉应力随着表 面开裂而释放 裂纹开展也随之停止 因此 温度上升阶段产生的裂纹是表 面裂纹 1 迟培云 钱强 高昆著 大体积混凝土开裂的起因及防裂措施 混凝土 2001年第12期 2 降温阶段的收缩裂纹 在混凝土浇筑以后的3 5天 混凝土水化作用显著减弱 混凝土也由升 温阶段转入降温阶段 此时混凝土温度越高 混凝土降温幅度越大 混凝土 的收缩越显著 与之同时 混凝土还存在水分蒸发引起的干缩变形 降温收 缩变形与干缩变形同时进行 如果此时结构受到边界条件的约束 如地基或其 它相邻结构的外约束 不可避免地在结构中产生拉应力 如果这一收缩应力 超过结构的抗拉强度 将会沿结构的薄弱断面发生贯穿性裂缝 这种裂缝对 结构存在着较大的危害 2 混凝土内部最高温度的计算 无论升温阶段的内表温差还是降温阶段的温降幅度 都与混凝土内部的 温度密切相关 因此 估算混凝土内部最高温度 对于温度控制具有重要意 义 那么 混凝土的内部温度与哪些因素有关呢 研究表明 假定混凝土周围没有散热条件 即没有热量损失的情况下 水泥水化作用产生的水化热全部转化为温升后的最高温度 可按下面经验公式进行简化计算 2 式中 最高绝热温升 maxT W 每公斤水泥的水化热 kJ kg 水泥厂可以提供 Q 每立方米混凝土中水泥的用量 kg m3 C 混凝土的比热 一般取0 96kJ kg r 混凝土的容重 kg m3 F 每立方米混凝土中粉煤灰的用量 kg m3 由于混凝土内部散热条件接近于绝热温升条件 升温阶段混凝土内部最 高温度Tmax 可以近似计算为入模温度T0与最高绝热温升T max的迭加 即 式中 2 江正荣著 建筑施工计算手册 中国建筑工业出版社 第 2 版 2007 年 7 月 1 日 公式二 500maxFrCQWT 公式一 50maxFrCQWT 混凝土入模温度 混凝土入模振实时的温度 其他符号意义同0T 前 二 温度控制的基本要求 1 识别需要进行温度控制的结构或部位 大体积混凝土都需要进行温度控制 在施工之前 应把结构最小边尺寸 等于或大于1m以上 可能会因混凝土内外温差变化而导致裂缝产生的混凝土 应识别为大体积混凝土 列入温控清单 并在施工方案和施工计划中予以明 确 2 温度控制的基本要求 1 控制混凝土内外温差 一般内外温差不超过 25 2 控制混凝土降温速率 一般不高于 2 天 满足上面两条要求 基本可以消除温度上升阶段的表面裂纹和降温阶段 混凝土的收缩裂纹 3 三 温度控制的措施和方法 一 控制混凝土内部最高温度 要控制混凝土内表温差 就要对混凝土内部最高温度进行限制 混凝土 内部温度来源于混凝土入模温度和水泥水化产生热量引起的温度上升 因此 就从这两方面采取措施 1 精选水泥 降低水化热 其一 选用优质集料 优化配合比设计 可以在满足设计强度的条件下 降低水泥用量 减少水化热 其二 选用水化热较低的水泥 可以显著降低混凝土内部温升 优先选 用矿渣水泥 低热水泥 在满足强度要求的条件下优先选用较低强度等级的 水泥 选择水泥品种时可以通过计算 比较3天水化热引起的混凝土内部温 升来确定 例如 某C50大体积混凝土结构有2种配合比设计方案 方案一 选用普通52 5 水泥 3天水化热W1 297Kj kg 水泥用量 Q1 430kg 粉煤灰用量F1 70kg 方案二 选用普通42 5 水泥 3天水化热W2 252kJ kg 水泥用量 Q2 460kg 粉煤灰用量F2 50kg 其它材料相同 其中混凝土比热C 0 96 kJ kg 混凝土容重r 2450 kg m3 3 中国建筑工业出版社编 建筑施工手册 第四版 中国建筑工业出版社 2003年9月 按公式一计算混凝土内部绝热温升 方案一的内部温升 T1 W1 Q1 c r F1 50 55 7 方案二的内部温升 T2 W2 Q2 C r 十F2 50 50 3 由于水化热的差异 方案一尽管比方案二少用30kg水泥 但是混凝土内 部温升却要高5 4 而在温度控制中 这区区5 4 却是十分宝贵的 其三 充分利用混凝土的后期强度 例如粉煤灰混凝土 早期强度低 后期强度高 可以按粉煤灰混凝土设计规程在不同环境中采用60天强度 90 天强度甚至180天强度进行强度评定 不但降低了水泥用量 减少了水化热 而且也可以节约一定的成本 2 控制混凝土入模温度 遇到高温季节施工 要控制混凝土入模温度不高于30 低温天气施工 要保证混凝土入模温度不低于5 降低混凝土入模温度 可以直接降低混凝土内部最高温度 降低混凝土入模温度的措施有 1 控制水泥温度 防止水泥存放期过短 温度过高时搅拌混凝土 2 控制砂石材料温度 高温季节 应对砂石材料采取遮荫 冲水等 降温措施 3 降低拌和水温度 可以在拌和水中加冰冷却 4 降低模板温度 通过遮荫 洒水降低模板温度 5 降低混凝土运输途中的温度上升 车辆运输时 通过遮荫 冷却 车厢可以降低温度 泵送混凝土应包裹泵管 并保持泵管湿润 防止温度上 升 二 优化浇捣方法 大体积混凝土施工段的划分及浇筑顺序应根据具体工程结构确定 大体 积混凝土必须根据当地中长期天气预报 选择最佳天气条件进行浇筑 应尽 量安排在低温时段浇筑 以最大限度降低混凝土的初凝温度 在浇筑过程中 应遵循 同时浇捣 分层推进 一次到顶 循序渐进 的成熟工艺 4 振 捣时重点控制两点 即混凝土流淌的最近点和最远点 振动点振动时不能 漏振 采用两次振捣工艺 以提高混凝土的密实度 为控制混凝土沉陷及收 水作用产生的非结构性的表面裂缝 混凝土面层采取二次抹压 即在刚振捣 完毕的混凝土的初凝前和终凝前两个时期对混凝土进行抹压 三 通过冷却水降低混凝土内部温度 在混凝土中布置冷却水管是一种直接 有效的降温措施 但是 冷却水 4 谢建民著 建筑工程施工技术交底典型实录 中国建筑工业出版社 1997 年 10 月 01 日 管的布置应科学合理 冷却水的供应要严格控制才能发挥预期的效果 布置 冷却水管有以下几点建议 1 冷却水管的内径以25 40mm为宜 间距以60 80cm为宜 2 冷却水管的通水长度宜为150 200m 太短不能充分发挥冷却水的 作用 太长后管内水温过高 影响冷却效果 3 冷却水管应安装流量表 随时控制通水量 冷却水管的通水 应通过理论计算事先制定流量计划 再根据实测温度 进行调整 始终保持混凝土内表温差不超过25 降温速率不超过2 天 四 保持混凝土表面温度 控制内表温差 除了尽量降低混凝土内部温度以外 还应该尽量保持混 凝土表面温度 使之不至于下降过快引起温差过大 同内部温度控制相比 保持混凝土表面温度虽然要简单得多 通常采取的措施 有以下几条 1 延迟拆模时间 必要时还应该对模板进行包裹 覆盖 2 合理安排拆模时间 应该尽量将拆模安排在气温较高的时候进行 3 拆模之后立即严密覆盖 高温天气时还应随时浇水 使之保温保 湿 防止表面温度下降过快 4 在混凝土浇筑完成两天后 在混凝土面上搭设保温棚或遮阳棚 以避免混凝土表面温度受外界影响过大 保证温度适宜 5 高温天气下 条件允许时 进行蓄水养护也是一种很好的方法 混凝土终凝后 在其表面蓄存一定深度的水 一般不小于80mm 具有很好的 隔热保温保湿效果 在这些措施中 最容易被忽视的关键环节是对模板的及时覆盖 一般的 温度控制措施都会着眼于混凝土外露面 但如果模板覆盖的不及时 或者覆 盖效果不理想 也会引起温度的剧烈变化 甚至在拆模之前就会产生裂纹 五 控制混凝土的降温速率 控制降温速率的方法 就是在温度峰值出现之后加大温度观测频率 观 察降温速度 形成测温记录 在降温速率异常时 在保证上文中的温控基本 要求的前提下采取必要的措施进行控制 如 在混凝土浇筑3 5天进入降温 阶段后 日温度下降不明显时 可适当拆除保温材料 并加大浇水力度 人 为的降低混凝土表面温度 进而加速降温 反之当降温速率大于2 天时 需采取与上述相对的措施控制温度 六 低温下的混凝土保温措施 建筑工程冬期施工规程 5 规定 当室外日平均气温连续5天稳定低 于5 时即进入冬期施工 因混凝土强度增长主要依靠水化作用 水结冰时 水化作用停止 且水结冰时体积会膨胀 促使混凝土结构松散破坏 同时冬 期施工的混凝土内外温差极大 若施工控制措施不到位 极易引起质量问题 因此在实际施工中应避免在冬期进行混凝土浇筑施工 但在工程建设施工过 程中 由于工程建设的进度需要 有时不可避免的要进行冬期施工 故应采 取一定的保温措施进行施工 例如 1 加温水搅拌 2 对混凝土原材料进行覆盖保温 必要时加设电热装置 3 在模板背楞中加设泡沫板或直接用棉被覆盖 4 搭设保温棚等等 四 工程实例 2013年06月10日 福清核电3 4 PX泵房鼓网区0m板混凝土浇筑 0m板 平面尺寸为23 5 52 4m 板厚最大为2 5m 混凝土强度等级为C45 P10 共浇 筑约1600m3 外界大气平均温度为30 为典型的高温天气下的高强度大体 积混凝土施工 为避免产生温度裂缝 保证混凝土质量 必须采取必要的温 度控制措施 在原材料方面 因本工程采用的是统一的配合比 故在混凝土原材料选 用方面不做变动 主要的温控均在现场浇筑过程中及浇筑后进行控制 一 温度控制过程 1 对混凝土原材料洒水并设置两台鼓风机进行降温 2 加冰水拌制混凝土 3 控制拌制及浇筑速度 保证混凝土罐车的浇筑等待时间不超过30 分钟 减少混凝土在罐车等待时间内的升温趋势 4 选择浇筑时间 本工程的预计浇筑时间为27个小时 实际浇筑时 间为28个小时 现场施工时选择下午5点开始浇筑 浇筑至第二天夜间 减 少日间高温浇筑时间 5 终凝后立即铺设塑料布 并浇水养护保温保湿 6 测温点共布置9个 分上中下3层 每层沿对角线自中心向外侧均 布3个 测温点处在钢筋绑扎完成后固定温度传感器 同时开始测温 测温 5 中华人民共和国住房和城乡建设部发布 建筑工程冬期施工规程 2011年04月22日 间隔为2小时一次 7天后为4小时一次 同时测出大气温度 7 本工程在浇筑后第1 3天均处于升温阶段 浇筑2天后开始铺设 第一层麻袋 至第3天全部两层麻袋及两层塑料布铺设完毕 8 覆盖洞口及侧模板 防止海风吹过致使降温过快 9 在14天的最少养护时间后 同时满足温度稳定及混凝土表面与大 气温差小于20 的条件下拆除养护 二 注意事项 1 因为水泥在水化过程中1 3天放出的热量是总热量的一半 前4d 混凝土按要求2小时测温一次 以观察所达到的效果 2 若发现混凝土内部温度过高 内外温差超过25度 应及时采取措 施 如适当加减混凝土表面覆盖等 以尽快稳定内外温差 3 现场必须有专业人员负责对混凝土温度的监测 并认真填写大体 积混凝土测温记录表 内容包括浇筑部位 时间 大气温度 混凝土表面温 度 混凝土内部温度 最大温差等 浇筑 3 天后养护铺设情况 三 结论 经过实测 混凝土入模温度为20 23 混凝土内部最高温度为64 3 同一点的降温速率始终保持在2 天以下 养护至 15天后 内外温差最大为 11 6 表面与大气温差最大为6 具体的温度变化可见下图表 下图表为 选取某一测温点的测温记录制作的温度变化曲线 混凝土强度达到75 开 始拆除养护及侧模板 养护及侧模板拆除后 经监理方见证 表面未出现裂纹 可以证明温控 措施是切实可行的 可以达到预期效果的 五 结论 本文对混凝土温度控制进行了理论和实践上的初步探讨 并得到了以下 几点结论 1 判断大体积混凝土结构的主要标准是结构的最小边尺寸和内外温 差 如果不采取温控措施 必将引起混凝土开裂 危害结构的抗渗性和耐久 性 2 在选择水泥时 除了要比较不同类别间的水化热差别 还应该比 较同类水泥不同强度等级之间的水化热差别 3 施工单位利用现有条件 进行简便的温度控制 通过工程中的实 际应用证明 本文中所提到的温控措施是可以取得令人满意的效果的 而且 从某种意义上说 此方法更容易普及 对于提高大体积混凝土施工质量具有 积极的作用 近年来 学术界对于混凝土裂缝的成因和计算方法有很多种不同的论述 0 0 10 0 20 0 30 0 40 0 50 0 60 0 70 0 0 2 4 6 8 10 12 14 16 鼓网区零米板5 测温点测温记录 时间 天 温度 上部测温点中部测温点 底部测温点 但对温度控制可以直接减少裂缝产生几率的意见还是比较统一的 同时在实 践中的应用效果也是比较好的 在具体施工中 我们应多观察 多比较 出 现问题后要多分析 多总结 结合多种控制措施 这样混凝土的裂缝是完全 可以避免的 参考文献 1 迟培云 钱强 高昆著 大体积混凝土开裂的起因及防裂措施 混凝 土 2001年第12期 2 江正荣著 建筑施工计算手册 中国建筑工业出版社 第2版 2007 年7月1日 3 中国建筑工业出版社编 建筑施工手册 第四版 中国建筑工业出 版社 2003年9月 4 谢建民著 建筑工程施工技术交底典型实录 中国建筑工业出版社 1997 年 10 月 01 日 5 中华人民共和国住房和城乡建设部发布 建筑工程冬期施工规程 2011年04月22日 6 张秀芳 许鹤力 韩素芳著 普通混凝土配合比设计规程 修订 施工技术 2011年6月第30卷第6期 7 史巍 张雄著 相变储能大体积混凝土的控温性能 同济大学学报 自然科学版 2010年04期 8 王冲 蒲心诚著 超高强大体积混凝土的水化温升及温差测试 重庆 大学学报 2008年01期 9 刘杏红 周创兵 常晓林 周伟著 大体积混凝土温度裂缝扩展过程 模拟 岩土力学 2010年08期 10 钱季骏著 浅析大体积混凝土施工技术 城市建设理论研究 2011 年第28期