河北农业大学城建学院
本 科 毕 业 论 文
题 目:
学 院:
专业班级:
学 号:
学生姓名:
指导教师姓名:
指导教师职称:
二O一四年 六 月 九 日
论水化热对大体积混凝土的影响及控制措施
摘要
随着建筑领域的发展,大体积混凝土工程规模越来越大,基础结构形式日趋复杂。由于大体积混凝土截面面积大、水泥用量大、混凝土浇筑时间过长,内外温差大,温度易收缩而产生裂缝,施工难度较大,水化热的问题也逐步显现出来。因此,本文在分析了水化热对大体积混凝土结构影响基础上,从原材料选择、混凝土养护和设置混凝土后浇带等几个方面,探讨大体积混凝土温度裂缝控制的措施。
关键词:大体积混凝土;水化热;裂缝;预防;控制
Influence of heat of hydration of mass concrete and control
measures
Abstract
Along with the world development in the field of development, large volume concrete project scale is more and more big, infrastructure form are complex with each passing day, technical level is more and more complex, tall building box foundation and raft foundation are large reinforced concrete floor, they often have larger deep beam. Because of the large volume concrete cross section area, large consumption of cement, concrete pouring time is too long, the temperature difference between inside and outside, easy temperature contraction crack, difficulties in construction. Therefore, this paper is to analyze the temperature cracks of large volume concrete, and then the two vibrator, then analyzed the maintenance method and effect analysis of after-pouring zone, with processing and concrete temperature monitoring, study the fine stone concrete filled, finally the common construction quality problems are analyzed. In this paper, although the character is brief, for beginners of big volume concrete has a profound understanding, it has profound theoretical significance and wide practical application.
Keywords: Large volume concrete,hydration heat of mass concrete,Control
目 录
1综述 .............................................................................................................................................. 1
1.1研究现状 ............................................................................................................................. 1
1.2研究背景 ............................................................................................................................. 1
2水化热对大体积混凝土影响 ...................................................................................................... 1
2.1大体积混凝土的概述 ........................................................................................................ 1
2.1混凝土结构的温度裂缝 .................................................................................................... 2
3大体积混凝土的温度监测 .......................................................................................................... 2
4控制水化热措施 .......................................................................................................................... 3
4.1混凝土原材料的选用 ......................................................................................................... 3
4.1.1水泥 .......................................................................................................................... 4
4.1.2外掺剂 ...................................................................................................................... 4
4.1.3骨料 .......................................................................................................................... 4
4.2.分层浇筑 ............................................................................................................................. 4
4.3大体积混凝土养护 ............................................................................................................. 5
4.3.1大体积混凝土的养护要求 ...................................................................................... 5
4.3.2大体积混凝土的养护措施 ...................................................................................... 6
4.4后浇带的留置与处理 ......................................................................................................... 6
4.4.1后浇带的留置优点 .................................................................................................. 6
4.4.2后浇带的留置要求与处理方法 .............................................................................. 6
5结论 ........................................................................................................................................ 7
参考文献 ......................................................................................................................................... 8
谢辞 ................................................................................................................................................. 9
1综述
由于建筑物额规模越来越大,基础的体积也越来越大,为了满足大体积混凝土对基础作出的要求,现在通常采用的基础形式结构为大体积筏板基础。而浇筑大体积筏板基础又会带来一些问题,其中水化热就是人们着手解决的问题之一。
1.1研究现状
黄永昌依据温度裂缝控制的要求,对大体积混凝土内部温度、由温度引起的温度应力以及最大伸缩缝间距进行了理论分析,给出了控制裂缝的主要措施,为高层建筑基础大体积混凝土施工提供重要的指导作用。段峥通过超大体积混凝土在水泥水化时,会形成内低外高的温差,这种温差会使超大体积混凝土内部温度分布不均,会引起质点发生的变形不一致,从而产生内约束。超大体积混凝土中心由于温度较高,所产生的热膨胀也比较大,因而在混凝土中心产生压应力,而表面则产生拉应力。当表面拉应力超过混凝土的抗拉强度时,就会在大体积混凝土的外表面产生裂缝[1]。杨嗣信分析了现浇混凝土早起性能特点和早期应力、应变发展规律介绍了结构特性、环境因素对混凝土性质变化作用机理。提出了混凝土结构的时变应力分析理论。对早期裂缝控制的基本理论与实际应用方法进行了阐述。
1.2研究背景
我所在的工程基础为大体积筏板基础,本项目工程为保定直隶餐饮文化博物馆及五星级酒店项目,位于河北省保定市朝阳北路东侧,规划羲和路南侧, 地下二层,地上22层,建筑高度为94.8m,总建筑面积为:53448m2,该工程结构形式为剪力墙结构,基础形式为筏板基础。纵观国内外的各种探讨和研究,大体积混凝土产生裂缝的原因皆是因水化热所引起的。故针对此项目,从原材料的选用、分层浇筑、养护、等等。这些方法都有效的解决或缓解了水化热所带来的问题。
本文将从水化热与水化热产生的问题几方面对大体积混凝土进行探讨、研究。
2水化热对大体积混凝土影响
2.1大体积混凝土的概述
《普通混凝土配合比设计规程》(JGJ55一2000)关于大体积混凝土的定义是这样的:混凝土结构物实体最小尺寸等于或大于lm或预计会因水泥水化热引起混凝土内外温差过大而导致裂缝的混凝土称为大体积混凝土。而大体积混凝土具有如下特点:1)、混凝土是脆性材料,抗拉强度只有抗压强度的1/10左右;拉伸变形能力也很小。2)、大体积混凝土结构断面尺寸比较大,混凝土浇筑以后,由于水泥的水化热,内部温度急剧上升,此时混凝土弹性模量很小,徐变很大,升温引起的压应力并不大;但在日后温度逐渐降低时,弹性模量比较大,徐变较小,在一定的约束条件下会产生相当大的拉应力。3)、大体积混凝土通常是暴露在外面的,表面与空气或水接触,一年四季中气温和水温的变化在大体积
混凝土结构中会引起相当大的拉应力[2]。
水泥水化过程中要放出一定的热量。而大体积混凝土结构物一般断面较厚,水泥放出的热量聚集在结构物内部不易散发。通过实测,水泥水化热引起的温升,在水利工程中一般为15~25℃,而在建筑工程中一般为20~30℃,甚至更高水泥水化热引起的绝热温升,是与混凝土单位体积中水泥用量和水泥品种有关,并随混凝土的龄期(时间)按指数关系增长,一般在10~12天接近于最终绝热温升[3]。
但由于结构物有一个自然散热条件,实际上混凝土内部的最高温度,多数发生在混凝土浇筑后的最初3~5天。由于混凝土的导热性能差,浇筑初期混凝土的强度和弹性模量都很低,对水化热引起的急剧温升约束不大,相应的温度应力也较小。随着混凝土龄期的增长,弹性模量的增高,对混凝土内部降温收缩的约束也就愈来愈大,以至产生很大的拉应力。当混凝土的抗拉强度不足以抵抗这种拉应力时,便开始出现温度裂缝。而要解决温度裂缝需研究清其属于哪一种裂缝。
2.1混凝土结构的温度裂缝
混凝土结构的温度裂缝主要是由于温差引起,温度控制主要是两个方面:一是最大温升,二是内外温差。要解决水化热对大体积混凝土结构产生的影响,必须要先清楚其内部的温度分布情况。同时在温差一定的情况下,外约束将对温度应力影响很大。下面将主要从水化热的危害,分层浇筑的影响等几方面进行分析。但是通常在采取了措施之后几乎每个工程中都依然会出现混凝土裂缝问题。
常见的温度裂缝问题分为两类:
(1)早期温度裂缝:在混凝土浇筑后由于早期内外温度差过大(25℃以上)的影响,大体积混凝土将会产生以下两种温度裂缝:1)表面裂缝:大体积混凝土浇筑后水泥的水化热量大,由于体积大,水化热聚集在内部不易散发,混凝土内部温度显著升高,而表面散热较快,这样形成较大的内外温差,内部产生压应力,表面产生拉应力,而砼的早期抗拉强度很低,因而出现裂缝。这种温差一般仅在表面处较大,离开表面就很快减弱,因此裂缝只在接近表面的范围内发生,表面层以下结构仍保持完整。2)贯穿性裂缝:由于结构温差较大,受到外界的约束而引起的。当大体积砼浇筑在约束地基(例如桩基)上时,又没有采取特殊措施降低、放松或取消约束,或根本无法消除约束时易导致拉应力超过混凝土的极限抗拉强度而在约束接触处产生裂缝,甚至会贯穿整个表面产生贯穿性裂缝[4]。
(2)早期温度裂缝控制:温度裂缝对大体积混凝土的危害性是很大的(特别对防水有特殊要求的基础工程),为防止混凝土产生裂缝(表面裂缝和贯穿性裂缝),就必须从降低混凝土温度应力和提高混凝土本身抗拉性能这两个方面综合考虑。
3大体积混凝土的温度监测
温度控制是大体积混凝土施工中的一个重要环节,也是防止水化热产生裂缝的关键。加强施工监测工作在大体积混凝土的凝结硬化过程中,及时摸清大体积混凝土不同深度温度场升降的变化规律,随时监测混凝土内部的温度情况,以便有的放矢地采取相应的技术措施,确保混凝土不产生过大的温度应力,避免温度裂缝的发生,具有非常重要的作用。
在国内外,检测大体积混凝土的普遍做法都是按设计要求布置一定数量的传感器外,
并且确保埋入混凝土中的每个传感器具有较高的可靠性。因此,必须对传感器进行封装,封装的工序一般包括:初筛、热老化处理、绝缘试验、馈线焊接和密封。但是在民用建筑行业中,由于大体积混凝土都只是局限于大基础底板位置,所以为了考虑到经济性,一些相关的技术措施便没有必要全部应用到温度监测这个措施中来。
在实际工程中采用预设测温孔测温,测温孔应预留在最具代表意义的测温点。集水坑混凝土厚度最大,混凝土中心温度最高的地方也在集水坑处。依据规范来进行测温工作如图:
4控制水化热措施
大体积混凝土裂缝是大体积施工中必须控制的一道重要工序,裂缝产生的原因可分为两类:一是结构型裂缝,是由外荷载引起的,包括常规结构计算中的主要应力以及其他的结构次应力造成的受力裂缝。二是材料型裂缝,是由非受力变形变化引起的,主要是由温度应力和混凝土的收缩引起的。
在本文中探讨的为材料型裂缝。并且在当今的建筑行业中解决水化热产生的裂缝问题的方法无外乎为:原材料的用、分层浇筑、留置后浇带等做法。
4.1混凝土原材料的选用
原材料的选用是控制大体积混凝土水化热的首要问题,是需要最先解决的。良好的和易性、安定性和坍落度关系到控制水化热的好坏。所以控制水化热应从源头抓起。工民建混凝土配合比需满足工程技术性能及施工工艺的要求才能保证混凝土顺利施工及达到工程要求的强度等性能。改善混凝土性能,提高混凝土强度,达到工程各位置对混凝土各种性能的要求,在混凝土中掺入不同类型的外加剂,改善混凝土性能的科学配制, 优化混凝土的配合比,在施工中效果明显。科学配制混凝土,早期强度明显提高,并能够减小水化热的产生和加快施工速度[5]。在我参与的实际工程中施工方从水泥的选用,外掺剂的添加和选用骨料的三个方面进行了调整以确保水化热达到最低。
4.1.1水泥
水泥应选用中、低热硅酸盐水泥或低热矿渣硅酸盐水泥,大体积混凝土施工所用水泥其3d天的水化热不宜大于240kJ/kg,7d天的水化热不宜大于270kJ/kg。 当混凝土有抗渗指标要求时,所用水泥的铝酸三钙含量不宜大于8%; 所用水泥在搅拌站的入机温度不应大于60℃。因水泥在水化过程中产生大量的水化热,水泥用量的多少直接影响砼内的温度变化,每立方米混凝土水泥用量,每增 减10kg,其水化热将使混凝土的温度相应升降约1℃,因此必须控制好水泥用量,降低水化热。优先选用较低水化热的水泥品种(如火山灰水泥、矿渣水泥、粉煤灰水泥、复合水泥等),水灰比应小于0.55。坍落度要求160~180mm, 拌和水用量不宜大于175kg/m3[6]。
4.1.2外掺剂
为推迟水化热的峰值期、减低水化热及延长凝结时间,适于泵送砼要求掺缓凝外加剂和高效减水剂。为减少水泥量,可掺加适量的粉煤灰。粉煤灰掺量不超过胶凝材料用量的40%;矿渣粉的掺量不超过胶凝材料用量的50%;粉煤灰和矿渣粉掺合料的总量不大于混凝土中胶凝材料用量的50%。 水胶比不宜大于0.55。拌合物泌水量宜小于10L/m3[7]。
4.1.3骨料
骨料应选用非碱活性的粗骨料:1)粗骨料碎石:粗骨料宜选用粒径5~31.5mm,并连续级配,含泥量不大于1%。2)细骨料砂:细度模量2.6~3.0,含泥量少于3%。3)适当延长混凝土终凝时间,混凝土终凝时间不得少于8小时。经过这几方面的调整初步对水化热的产生进行了预防和控制。
4.2分层浇筑
在实际施工时,大体积混凝土的浇筑过程通常采用分块分层分批的形式,设浇筑第i批混凝土的体积为Ri ( i =1,2,3,…,n),那么在体积Ri中混凝土温度场的定解:
⎛∂2T∂2T∂2T⎫∂θi∂T=a +2+2⎪+2 ⎪∂t∂Y∂Z⎭∂t⎝∂X
式中:a——导温系数,θi 为浇筑第 i 批混凝土的绝热温升
通过上面这个公式我们能计算出混凝土内部的理论温度,再考虑到混凝土的绝热温升其实际的温度应大于理论温度,又因为设计中明确不能留置施工缝,所以我们采用了分层浇筑的办法。并在浇筑混凝土过程中派相关人员随时监测跟进,这样能够有效的减少水化热的产生,并减少了不必要的开支。
大于4m
700
厚
板论水化热对大体积混凝土的影响及控制措施 由西向东分层浇筑方向 基础顶标高
700厚筏板浇筑示意图厚筏板由南到北浇筑第三层500,700,900厚筏板浇筑方式大于4m900厚筏板浇筑示意图大于4m1800厚筏板每层浇筑厚度4501800厚筏板浇筑示意图
4.3大体积混凝土养护
4.3.1大体积混凝土的养护要求
防止水泥水化热引起结构物开裂,在温控工艺上一般有两大类。第一类是降温法, 即在混凝土浇筑成型后,通过循环冷却水进行降温,以减少混凝土内外温差;第二类保温法(又称蓄热法),即在混凝土浇筑成型后,通过保温材料、碘钨灯或定时喷浇水等方法,提高砼表面及四周散热面的温度。 降温法由于它的实用性和灵活性,以及能控制整个结构物内部的温度,所以在国内外水利工程中得到广泛应用。但其耗钢量大,造价高,在建筑工程中很少用。建筑工程中常采用保温法。这种方法施工方便,价格低廉。保温法所用的保温材料种类较多。养护过程中需注意以下几点:
(1)在大体积混凝土保温养护过程中,应对混凝土浇筑块体的里外温差和降温速度进行监测,现场实测是控制大体积混凝土施工中是一重要环节:根据现场实测结果可随时掌握与温控施工控制数据有关的数据(里外温差、最高温升及降温速度等),可根据这些实测结果调整保温养护措施以满足温控指标的要求。
(2)保温养护的时间,应根据温度应力(包括混凝土收缩产生的应力)加以控制确定,如何时开始覆盖保温材料对保温最有利呢?目前施工单位大都在混凝土表层终凝后就开始覆盖保温层,这无疑偏早,合理的保温时间应从混凝土降温时开始,这是因为:1)混凝土在升温阶段基本上处于受压状态(表面拉应力非常小),混凝土出现裂缝的机会非常小;2)如果在升温阶段开始保温,这实际上是进行混凝土蓄热,势必提高了混凝土的最高温升,根据多年经验,混凝土保温开始至少在混凝土浇筑3d以后进行;3)大体积混凝土的养护期不得少于28天,保温层覆盖层的拆除应分层逐步进行。
(3)保温养护过程中,应保持混凝土表面湿润。保湿可以提高混凝土的表面抗裂能力。有资料表明,潮湿养护时,混凝土极限拉伸值比干燥养护时要大20%—50%。
(4)具有保温性能良好的材料可以用于混凝土的保温养护中。在大体积混凝土施工中可因地制宜地采用保温性能好,又便宜的材料作为大体积混凝土的保温养护,如塑料薄膜、草袋等。
(5)在大体积混凝土养护过程中,不得采用强制、不均匀的降温措施。否则,易使大体积混凝土产生裂缝。
(6)在大体积混凝土拆模后,应采取预防寒潮袭击、突然降温和剧裂干燥等措施。当采用木模板,而且木模板又作为保温养护措施的一部份时,木模板的拆除时间应根据保温养护的要求确定。
4.3.2大体积混凝土的养护措施
(1)蓄水养护。混凝土终凝后,在其表面蓄存一定深度的水,采取蓄水养护是一种较好的方法。我国许多工程曾经采用,并取得良好的效果。水的导热系数为0.58w/(m•K),具有一定的隔热保温作用。这样可以延缓混凝土内部水化热的降温速率,缩小混凝土中心和表面的温度差值,从而可防止混凝土的裂缝开展。
(2)表面保温层养护。在混凝土的表面铺设各种保温材料,可以有效地防止混凝土表面的热量散失,降低新浇筑混凝土的表面与内部之间的温差,延缓混凝土的降温速率。
(3)尽快回填土。在大体积混凝土结构拆模后,宜尽快回填土,用土体保温避免气温骤变时产生有害影响,亦可延缓降温速率,避免产生裂缝。我国有的大体积混凝土结构工程就因为拆模后未回填土而长期暴露在外,结果引起裂缝。
在实际工程中因考虑的经济性,实际采用的保温方法通常都是混凝土在初凝后,开始覆盖保温养护。(1层薄膜+2层毛毡)预计混凝土水化热在混凝土浇筑3天后出现峰值(具体时间可由测温点读得),养护总时间不得少于14天,防止出现温度裂缝。养护3天后,墙柱的钢筋绑扎、侧壁模板、梁板模板及支撑的施工正常进行[8]。
4.4后浇带的留置与处理
4.4.1后浇带的留置优点
大体积混凝土施工中,合理分缝分块,不仅可以减轻约束作用,缩小约束范围;同时也可利用浇筑块的层面进行散热,降低混凝土内部的温度。另外,尚可满足绑扎钢筋、预埋螺栓等工序的操作需要,但接缝的处理必须满足防止渗漏水的要求[9]。
4.4.2后浇带的留置要求与处理方法
后浇带的设置和处理如设计无规定时,其间距一般为20 m~30 m,缝宽1 m,可在后浇带形成40 d后封闭,冬期可适当延长。封闭前,应仔细凿毛,并将钢筋按设计要求连接好,再用补偿收缩混凝土(亦可在普通混凝土中掺入膨胀剂)将缝灌注密实。后浇带施工
缝处宜用钢筋网或木模板作堵头侧模,对地下室较厚的底板、大梁等属于大体积混凝土的后浇带,两侧堵头板应按钢筋间距上下设置专用模板及支撑,以防止混凝土漏浆而造成后浇带底部剥离不开[10]。(特别要注意基础下反梁必须及时清除漏浆,初凝后及时排除支撑和堵头模板),对有防水抗渗要求的还应设置止水带或其它止水材料,以防后浇带处渗水。 5结论
(1)针对大体积混凝土易产生裂缝本论文采用的多种控制裂缝措施,经过时间证明是有效可行的,并对本人今后其它工程的施工有借鉴和参考作用。本文还对大体积混凝土常见质量通病进行分析,并编写具体控制措施,这样能提前预防后期工程类似问题的出现,对出现问题能做出好的对策。
(2)混凝土配合比选用低热微膨胀水泥、粉煤灰替代部分水泥、掺加减水剂、合理布置循环冷却水管及采用混凝土分层浇筑施工工艺等措施,温度控制效果明显,节省混凝土直接成本及工期,社会及经济效益显著。
(3)大体积混凝土施工是一个系统工程。不仅要有技术措施。而且还要有组织措施和管理措施.为保证施工处于受控状态。浇筑时应建立由施工、监理、甲方等多方共同组成的现场质量保证体系机构。对保证混凝土的浇筑质量和连续施工有很好的作用:后期的监测、养护最为关键。在时间、人员、材料、设备上一定要予以保证。
参考文献
[1]周齐. 浅议大体积混凝土结构裂缝产生的原因与控制措施[J]. 黑龙江科技信,2003,(09):12
[2]石小忠. 大体积混凝土结构裂缝成因及预防措施[J]. 科技情报开发与经济,2006,(19):7
[3]张少锋.大体积混凝土温度裂缝的控制[J].土木工程,2002,(2):15
[4]陈宇. 混凝土施工过程中温度控制与监测的必要性[J].广东科技 , 2007,(01):2
[5]黄永昌. 大体积混凝土施工防裂措施[J]. 中国科技信息 , 2007,(01):15
[6]段峥 现浇大体积混凝土裂缝的成因与防治.混凝土,2003:3
[7] 杨嗣信 高层建筑建筑施工手册[J].中国建筑工业 1992:7
[8] 陈宇. 混凝土施工过程中温度控制与监测的必要性[J]. 广东科技 , 2007,(01):9
[9] 陈琼. 浅析对控制大体积混凝土结构温度裂缝问题的探讨[J]. 中国科技信息 ,2005,(17):6
[10] 王东方, 刘建伟. 大体积混凝土裂缝的分析与控制[J]. 科技资讯 , 2007,(10):6
谢 辞
经过反复的斟酌与修改,论文终于完成了。从搜集文献,到实证考察,再到定夺论文内容,论文写作过程中无不充满着我和指导老师的辛勤汗水。首先我要由衷得感谢孟志良老师,因为论文是在老师的指导下完成的,没有老师的谆谆教诲,我的论文将不会进行的如此顺利。
孟老师平易近人的人格魅力深深吸引着我,在与孟老师进行沟通时,我感受到了孟老师那渊博的专业知识,严谨的治学态度,精益求精的工作作风和诲人不倦的高尚师德。孟老师宽厚的人格、敏捷的思维、渊博的知识、积极向上的人生态度深深地感动着我,他的谆谆教导使我深受启迪,并永远铭记在心。他不仅对我的论文写作提供了重要的理论指导,还教我以做人的道理,这些教诲必将惠及一生。值此论文完成之际,请允许我向他致以崇高的敬意和衷心的感谢!
此外,本文在写作过程中,得到了河北农业大学城乡建设学院多位恩师的指导、支持和鼓励,使我受益匪浅。同时,我也感谢帮助过我的各位师兄师姐和周围的同学,他们给了我很大的资源支持。论文的顺利完成也离不开所参考的文献资料,这都是编著者们的辛勤劳动成果,文献中充满了研究人员的汗水。在此,我由衷的感谢所有国内外学者。
最后,请允许我再次向所有帮助过我的人表示衷心的感谢!
杨佳月 2014年6月
河北农业大学城建学院
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摘要
随着建筑领域的发展,大体积混凝土工程规模越来越大,基础结构形式日趋复杂。由于大体积混凝土截面面积大、水泥用量大、混凝土浇筑时间过长,内外温差大,温度易收缩而产生裂缝,施工难度较大,水化热的问题也逐步显现出来。因此,本文在分析了水化热对大体积混凝土结构影响基础上,从原材料选择、混凝土养护和设置混凝土后浇带等几个方面,探讨大体积混凝土温度裂缝控制的措施。
关键词:大体积混凝土;水化热;裂缝;预防;控制
Influence of heat of hydration of mass concrete and control
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Abstract
Along with the world development in the field of development, large volume concrete project scale is more and more big, infrastructure form are complex with each passing day, technical level is more and more complex, tall building box foundation and raft foundation are large reinforced concrete floor, they often have larger deep beam. Because of the large volume concrete cross section area, large consumption of cement, concrete pouring time is too long, the temperature difference between inside and outside, easy temperature contraction crack, difficulties in construction. Therefore, this paper is to analyze the temperature cracks of large volume concrete, and then the two vibrator, then analyzed the maintenance method and effect analysis of after-pouring zone, with processing and concrete temperature monitoring, study the fine stone concrete filled, finally the common construction quality problems are analyzed. In this paper, although the character is brief, for beginners of big volume concrete has a profound understanding, it has profound theoretical significance and wide practical application.
Keywords: Large volume concrete,hydration heat of mass concrete,Control
目 录
1综述 .............................................................................................................................................. 1
1.1研究现状 ............................................................................................................................. 1
1.2研究背景 ............................................................................................................................. 1
2水化热对大体积混凝土影响 ...................................................................................................... 1
2.1大体积混凝土的概述 ........................................................................................................ 1
2.1混凝土结构的温度裂缝 .................................................................................................... 2
3大体积混凝土的温度监测 .......................................................................................................... 2
4控制水化热措施 .......................................................................................................................... 3
4.1混凝土原材料的选用 ......................................................................................................... 3
4.1.1水泥 .......................................................................................................................... 4
4.1.2外掺剂 ...................................................................................................................... 4
4.1.3骨料 .......................................................................................................................... 4
4.2.分层浇筑 ............................................................................................................................. 4
4.3大体积混凝土养护 ............................................................................................................. 5
4.3.1大体积混凝土的养护要求 ...................................................................................... 5
4.3.2大体积混凝土的养护措施 ...................................................................................... 6
4.4后浇带的留置与处理 ......................................................................................................... 6
4.4.1后浇带的留置优点 .................................................................................................. 6
4.4.2后浇带的留置要求与处理方法 .............................................................................. 6
5结论 ........................................................................................................................................ 7
参考文献 ......................................................................................................................................... 8
谢辞 ................................................................................................................................................. 9
1综述
由于建筑物额规模越来越大,基础的体积也越来越大,为了满足大体积混凝土对基础作出的要求,现在通常采用的基础形式结构为大体积筏板基础。而浇筑大体积筏板基础又会带来一些问题,其中水化热就是人们着手解决的问题之一。
1.1研究现状
黄永昌依据温度裂缝控制的要求,对大体积混凝土内部温度、由温度引起的温度应力以及最大伸缩缝间距进行了理论分析,给出了控制裂缝的主要措施,为高层建筑基础大体积混凝土施工提供重要的指导作用。段峥通过超大体积混凝土在水泥水化时,会形成内低外高的温差,这种温差会使超大体积混凝土内部温度分布不均,会引起质点发生的变形不一致,从而产生内约束。超大体积混凝土中心由于温度较高,所产生的热膨胀也比较大,因而在混凝土中心产生压应力,而表面则产生拉应力。当表面拉应力超过混凝土的抗拉强度时,就会在大体积混凝土的外表面产生裂缝[1]。杨嗣信分析了现浇混凝土早起性能特点和早期应力、应变发展规律介绍了结构特性、环境因素对混凝土性质变化作用机理。提出了混凝土结构的时变应力分析理论。对早期裂缝控制的基本理论与实际应用方法进行了阐述。
1.2研究背景
我所在的工程基础为大体积筏板基础,本项目工程为保定直隶餐饮文化博物馆及五星级酒店项目,位于河北省保定市朝阳北路东侧,规划羲和路南侧, 地下二层,地上22层,建筑高度为94.8m,总建筑面积为:53448m2,该工程结构形式为剪力墙结构,基础形式为筏板基础。纵观国内外的各种探讨和研究,大体积混凝土产生裂缝的原因皆是因水化热所引起的。故针对此项目,从原材料的选用、分层浇筑、养护、等等。这些方法都有效的解决或缓解了水化热所带来的问题。
本文将从水化热与水化热产生的问题几方面对大体积混凝土进行探讨、研究。
2水化热对大体积混凝土影响
2.1大体积混凝土的概述
《普通混凝土配合比设计规程》(JGJ55一2000)关于大体积混凝土的定义是这样的:混凝土结构物实体最小尺寸等于或大于lm或预计会因水泥水化热引起混凝土内外温差过大而导致裂缝的混凝土称为大体积混凝土。而大体积混凝土具有如下特点:1)、混凝土是脆性材料,抗拉强度只有抗压强度的1/10左右;拉伸变形能力也很小。2)、大体积混凝土结构断面尺寸比较大,混凝土浇筑以后,由于水泥的水化热,内部温度急剧上升,此时混凝土弹性模量很小,徐变很大,升温引起的压应力并不大;但在日后温度逐渐降低时,弹性模量比较大,徐变较小,在一定的约束条件下会产生相当大的拉应力。3)、大体积混凝土通常是暴露在外面的,表面与空气或水接触,一年四季中气温和水温的变化在大体积
混凝土结构中会引起相当大的拉应力[2]。
水泥水化过程中要放出一定的热量。而大体积混凝土结构物一般断面较厚,水泥放出的热量聚集在结构物内部不易散发。通过实测,水泥水化热引起的温升,在水利工程中一般为15~25℃,而在建筑工程中一般为20~30℃,甚至更高水泥水化热引起的绝热温升,是与混凝土单位体积中水泥用量和水泥品种有关,并随混凝土的龄期(时间)按指数关系增长,一般在10~12天接近于最终绝热温升[3]。
但由于结构物有一个自然散热条件,实际上混凝土内部的最高温度,多数发生在混凝土浇筑后的最初3~5天。由于混凝土的导热性能差,浇筑初期混凝土的强度和弹性模量都很低,对水化热引起的急剧温升约束不大,相应的温度应力也较小。随着混凝土龄期的增长,弹性模量的增高,对混凝土内部降温收缩的约束也就愈来愈大,以至产生很大的拉应力。当混凝土的抗拉强度不足以抵抗这种拉应力时,便开始出现温度裂缝。而要解决温度裂缝需研究清其属于哪一种裂缝。
2.1混凝土结构的温度裂缝
混凝土结构的温度裂缝主要是由于温差引起,温度控制主要是两个方面:一是最大温升,二是内外温差。要解决水化热对大体积混凝土结构产生的影响,必须要先清楚其内部的温度分布情况。同时在温差一定的情况下,外约束将对温度应力影响很大。下面将主要从水化热的危害,分层浇筑的影响等几方面进行分析。但是通常在采取了措施之后几乎每个工程中都依然会出现混凝土裂缝问题。
常见的温度裂缝问题分为两类:
(1)早期温度裂缝:在混凝土浇筑后由于早期内外温度差过大(25℃以上)的影响,大体积混凝土将会产生以下两种温度裂缝:1)表面裂缝:大体积混凝土浇筑后水泥的水化热量大,由于体积大,水化热聚集在内部不易散发,混凝土内部温度显著升高,而表面散热较快,这样形成较大的内外温差,内部产生压应力,表面产生拉应力,而砼的早期抗拉强度很低,因而出现裂缝。这种温差一般仅在表面处较大,离开表面就很快减弱,因此裂缝只在接近表面的范围内发生,表面层以下结构仍保持完整。2)贯穿性裂缝:由于结构温差较大,受到外界的约束而引起的。当大体积砼浇筑在约束地基(例如桩基)上时,又没有采取特殊措施降低、放松或取消约束,或根本无法消除约束时易导致拉应力超过混凝土的极限抗拉强度而在约束接触处产生裂缝,甚至会贯穿整个表面产生贯穿性裂缝[4]。
(2)早期温度裂缝控制:温度裂缝对大体积混凝土的危害性是很大的(特别对防水有特殊要求的基础工程),为防止混凝土产生裂缝(表面裂缝和贯穿性裂缝),就必须从降低混凝土温度应力和提高混凝土本身抗拉性能这两个方面综合考虑。
3大体积混凝土的温度监测
温度控制是大体积混凝土施工中的一个重要环节,也是防止水化热产生裂缝的关键。加强施工监测工作在大体积混凝土的凝结硬化过程中,及时摸清大体积混凝土不同深度温度场升降的变化规律,随时监测混凝土内部的温度情况,以便有的放矢地采取相应的技术措施,确保混凝土不产生过大的温度应力,避免温度裂缝的发生,具有非常重要的作用。
在国内外,检测大体积混凝土的普遍做法都是按设计要求布置一定数量的传感器外,
并且确保埋入混凝土中的每个传感器具有较高的可靠性。因此,必须对传感器进行封装,封装的工序一般包括:初筛、热老化处理、绝缘试验、馈线焊接和密封。但是在民用建筑行业中,由于大体积混凝土都只是局限于大基础底板位置,所以为了考虑到经济性,一些相关的技术措施便没有必要全部应用到温度监测这个措施中来。
在实际工程中采用预设测温孔测温,测温孔应预留在最具代表意义的测温点。集水坑混凝土厚度最大,混凝土中心温度最高的地方也在集水坑处。依据规范来进行测温工作如图:
4控制水化热措施
大体积混凝土裂缝是大体积施工中必须控制的一道重要工序,裂缝产生的原因可分为两类:一是结构型裂缝,是由外荷载引起的,包括常规结构计算中的主要应力以及其他的结构次应力造成的受力裂缝。二是材料型裂缝,是由非受力变形变化引起的,主要是由温度应力和混凝土的收缩引起的。
在本文中探讨的为材料型裂缝。并且在当今的建筑行业中解决水化热产生的裂缝问题的方法无外乎为:原材料的用、分层浇筑、留置后浇带等做法。
4.1混凝土原材料的选用
原材料的选用是控制大体积混凝土水化热的首要问题,是需要最先解决的。良好的和易性、安定性和坍落度关系到控制水化热的好坏。所以控制水化热应从源头抓起。工民建混凝土配合比需满足工程技术性能及施工工艺的要求才能保证混凝土顺利施工及达到工程要求的强度等性能。改善混凝土性能,提高混凝土强度,达到工程各位置对混凝土各种性能的要求,在混凝土中掺入不同类型的外加剂,改善混凝土性能的科学配制, 优化混凝土的配合比,在施工中效果明显。科学配制混凝土,早期强度明显提高,并能够减小水化热的产生和加快施工速度[5]。在我参与的实际工程中施工方从水泥的选用,外掺剂的添加和选用骨料的三个方面进行了调整以确保水化热达到最低。
4.1.1水泥
水泥应选用中、低热硅酸盐水泥或低热矿渣硅酸盐水泥,大体积混凝土施工所用水泥其3d天的水化热不宜大于240kJ/kg,7d天的水化热不宜大于270kJ/kg。 当混凝土有抗渗指标要求时,所用水泥的铝酸三钙含量不宜大于8%; 所用水泥在搅拌站的入机温度不应大于60℃。因水泥在水化过程中产生大量的水化热,水泥用量的多少直接影响砼内的温度变化,每立方米混凝土水泥用量,每增 减10kg,其水化热将使混凝土的温度相应升降约1℃,因此必须控制好水泥用量,降低水化热。优先选用较低水化热的水泥品种(如火山灰水泥、矿渣水泥、粉煤灰水泥、复合水泥等),水灰比应小于0.55。坍落度要求160~180mm, 拌和水用量不宜大于175kg/m3[6]。
4.1.2外掺剂
为推迟水化热的峰值期、减低水化热及延长凝结时间,适于泵送砼要求掺缓凝外加剂和高效减水剂。为减少水泥量,可掺加适量的粉煤灰。粉煤灰掺量不超过胶凝材料用量的40%;矿渣粉的掺量不超过胶凝材料用量的50%;粉煤灰和矿渣粉掺合料的总量不大于混凝土中胶凝材料用量的50%。 水胶比不宜大于0.55。拌合物泌水量宜小于10L/m3[7]。
4.1.3骨料
骨料应选用非碱活性的粗骨料:1)粗骨料碎石:粗骨料宜选用粒径5~31.5mm,并连续级配,含泥量不大于1%。2)细骨料砂:细度模量2.6~3.0,含泥量少于3%。3)适当延长混凝土终凝时间,混凝土终凝时间不得少于8小时。经过这几方面的调整初步对水化热的产生进行了预防和控制。
4.2分层浇筑
在实际施工时,大体积混凝土的浇筑过程通常采用分块分层分批的形式,设浇筑第i批混凝土的体积为Ri ( i =1,2,3,…,n),那么在体积Ri中混凝土温度场的定解:
⎛∂2T∂2T∂2T⎫∂θi∂T=a +2+2⎪+2 ⎪∂t∂Y∂Z⎭∂t⎝∂X
式中:a——导温系数,θi 为浇筑第 i 批混凝土的绝热温升
通过上面这个公式我们能计算出混凝土内部的理论温度,再考虑到混凝土的绝热温升其实际的温度应大于理论温度,又因为设计中明确不能留置施工缝,所以我们采用了分层浇筑的办法。并在浇筑混凝土过程中派相关人员随时监测跟进,这样能够有效的减少水化热的产生,并减少了不必要的开支。
大于4m
700
厚
板论水化热对大体积混凝土的影响及控制措施 由西向东分层浇筑方向 基础顶标高
700厚筏板浇筑示意图厚筏板由南到北浇筑第三层500,700,900厚筏板浇筑方式大于4m900厚筏板浇筑示意图大于4m1800厚筏板每层浇筑厚度4501800厚筏板浇筑示意图
4.3大体积混凝土养护
4.3.1大体积混凝土的养护要求
防止水泥水化热引起结构物开裂,在温控工艺上一般有两大类。第一类是降温法, 即在混凝土浇筑成型后,通过循环冷却水进行降温,以减少混凝土内外温差;第二类保温法(又称蓄热法),即在混凝土浇筑成型后,通过保温材料、碘钨灯或定时喷浇水等方法,提高砼表面及四周散热面的温度。 降温法由于它的实用性和灵活性,以及能控制整个结构物内部的温度,所以在国内外水利工程中得到广泛应用。但其耗钢量大,造价高,在建筑工程中很少用。建筑工程中常采用保温法。这种方法施工方便,价格低廉。保温法所用的保温材料种类较多。养护过程中需注意以下几点:
(1)在大体积混凝土保温养护过程中,应对混凝土浇筑块体的里外温差和降温速度进行监测,现场实测是控制大体积混凝土施工中是一重要环节:根据现场实测结果可随时掌握与温控施工控制数据有关的数据(里外温差、最高温升及降温速度等),可根据这些实测结果调整保温养护措施以满足温控指标的要求。
(2)保温养护的时间,应根据温度应力(包括混凝土收缩产生的应力)加以控制确定,如何时开始覆盖保温材料对保温最有利呢?目前施工单位大都在混凝土表层终凝后就开始覆盖保温层,这无疑偏早,合理的保温时间应从混凝土降温时开始,这是因为:1)混凝土在升温阶段基本上处于受压状态(表面拉应力非常小),混凝土出现裂缝的机会非常小;2)如果在升温阶段开始保温,这实际上是进行混凝土蓄热,势必提高了混凝土的最高温升,根据多年经验,混凝土保温开始至少在混凝土浇筑3d以后进行;3)大体积混凝土的养护期不得少于28天,保温层覆盖层的拆除应分层逐步进行。
(3)保温养护过程中,应保持混凝土表面湿润。保湿可以提高混凝土的表面抗裂能力。有资料表明,潮湿养护时,混凝土极限拉伸值比干燥养护时要大20%—50%。
(4)具有保温性能良好的材料可以用于混凝土的保温养护中。在大体积混凝土施工中可因地制宜地采用保温性能好,又便宜的材料作为大体积混凝土的保温养护,如塑料薄膜、草袋等。
(5)在大体积混凝土养护过程中,不得采用强制、不均匀的降温措施。否则,易使大体积混凝土产生裂缝。
(6)在大体积混凝土拆模后,应采取预防寒潮袭击、突然降温和剧裂干燥等措施。当采用木模板,而且木模板又作为保温养护措施的一部份时,木模板的拆除时间应根据保温养护的要求确定。
4.3.2大体积混凝土的养护措施
(1)蓄水养护。混凝土终凝后,在其表面蓄存一定深度的水,采取蓄水养护是一种较好的方法。我国许多工程曾经采用,并取得良好的效果。水的导热系数为0.58w/(m•K),具有一定的隔热保温作用。这样可以延缓混凝土内部水化热的降温速率,缩小混凝土中心和表面的温度差值,从而可防止混凝土的裂缝开展。
(2)表面保温层养护。在混凝土的表面铺设各种保温材料,可以有效地防止混凝土表面的热量散失,降低新浇筑混凝土的表面与内部之间的温差,延缓混凝土的降温速率。
(3)尽快回填土。在大体积混凝土结构拆模后,宜尽快回填土,用土体保温避免气温骤变时产生有害影响,亦可延缓降温速率,避免产生裂缝。我国有的大体积混凝土结构工程就因为拆模后未回填土而长期暴露在外,结果引起裂缝。
在实际工程中因考虑的经济性,实际采用的保温方法通常都是混凝土在初凝后,开始覆盖保温养护。(1层薄膜+2层毛毡)预计混凝土水化热在混凝土浇筑3天后出现峰值(具体时间可由测温点读得),养护总时间不得少于14天,防止出现温度裂缝。养护3天后,墙柱的钢筋绑扎、侧壁模板、梁板模板及支撑的施工正常进行[8]。
4.4后浇带的留置与处理
4.4.1后浇带的留置优点
大体积混凝土施工中,合理分缝分块,不仅可以减轻约束作用,缩小约束范围;同时也可利用浇筑块的层面进行散热,降低混凝土内部的温度。另外,尚可满足绑扎钢筋、预埋螺栓等工序的操作需要,但接缝的处理必须满足防止渗漏水的要求[9]。
4.4.2后浇带的留置要求与处理方法
后浇带的设置和处理如设计无规定时,其间距一般为20 m~30 m,缝宽1 m,可在后浇带形成40 d后封闭,冬期可适当延长。封闭前,应仔细凿毛,并将钢筋按设计要求连接好,再用补偿收缩混凝土(亦可在普通混凝土中掺入膨胀剂)将缝灌注密实。后浇带施工
缝处宜用钢筋网或木模板作堵头侧模,对地下室较厚的底板、大梁等属于大体积混凝土的后浇带,两侧堵头板应按钢筋间距上下设置专用模板及支撑,以防止混凝土漏浆而造成后浇带底部剥离不开[10]。(特别要注意基础下反梁必须及时清除漏浆,初凝后及时排除支撑和堵头模板),对有防水抗渗要求的还应设置止水带或其它止水材料,以防后浇带处渗水。 5结论
(1)针对大体积混凝土易产生裂缝本论文采用的多种控制裂缝措施,经过时间证明是有效可行的,并对本人今后其它工程的施工有借鉴和参考作用。本文还对大体积混凝土常见质量通病进行分析,并编写具体控制措施,这样能提前预防后期工程类似问题的出现,对出现问题能做出好的对策。
(2)混凝土配合比选用低热微膨胀水泥、粉煤灰替代部分水泥、掺加减水剂、合理布置循环冷却水管及采用混凝土分层浇筑施工工艺等措施,温度控制效果明显,节省混凝土直接成本及工期,社会及经济效益显著。
(3)大体积混凝土施工是一个系统工程。不仅要有技术措施。而且还要有组织措施和管理措施.为保证施工处于受控状态。浇筑时应建立由施工、监理、甲方等多方共同组成的现场质量保证体系机构。对保证混凝土的浇筑质量和连续施工有很好的作用:后期的监测、养护最为关键。在时间、人员、材料、设备上一定要予以保证。
参考文献
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谢 辞
经过反复的斟酌与修改,论文终于完成了。从搜集文献,到实证考察,再到定夺论文内容,论文写作过程中无不充满着我和指导老师的辛勤汗水。首先我要由衷得感谢孟志良老师,因为论文是在老师的指导下完成的,没有老师的谆谆教诲,我的论文将不会进行的如此顺利。
孟老师平易近人的人格魅力深深吸引着我,在与孟老师进行沟通时,我感受到了孟老师那渊博的专业知识,严谨的治学态度,精益求精的工作作风和诲人不倦的高尚师德。孟老师宽厚的人格、敏捷的思维、渊博的知识、积极向上的人生态度深深地感动着我,他的谆谆教导使我深受启迪,并永远铭记在心。他不仅对我的论文写作提供了重要的理论指导,还教我以做人的道理,这些教诲必将惠及一生。值此论文完成之际,请允许我向他致以崇高的敬意和衷心的感谢!
此外,本文在写作过程中,得到了河北农业大学城乡建设学院多位恩师的指导、支持和鼓励,使我受益匪浅。同时,我也感谢帮助过我的各位师兄师姐和周围的同学,他们给了我很大的资源支持。论文的顺利完成也离不开所参考的文献资料,这都是编著者们的辛勤劳动成果,文献中充满了研究人员的汗水。在此,我由衷的感谢所有国内外学者。
最后,请允许我再次向所有帮助过我的人表示衷心的感谢!
杨佳月 2014年6月