摘要：简述大体积混凝土施工的理论热工计算,通过混凝土的理论热工计算数据控制现场混凝土的入模温度并结合施工技术措施防止温度裂缝的产生,保证大体积混凝土的施工质量。
关键词：温差；大体积混凝土
前言
近年来，随着工程建设的发展，大体积混凝土在建设中的运用越来越多，主要是用在大中型桥梁及厂矿设备的基础及桩基承台上。其特点为混凝土设计强度高，单方水泥用量较多，水化热引起的混凝土内部温度较一般混凝土要大得多，结构断面内配筋较多，整体性要求较高。基础结构大多埋在地下，要求抗渗性能较高。而混凝土的温升和温降与表面系数有关，单面散热的结构断面最小厚度在75cm以上，双面散热在100cm以上，水化热引起的混凝土内外最高温差预计超过25℃的混凝土结构，可按大体积混凝土施工。
1 工程概况
本工程位于重庆市长寿区江南镇―――重钢环保搬迁工程2＃高炉系统工程,我单位主要负责施工2＃高炉系统工程，含厂房、设备基础、介质管道、电气及设备安装等，本次主要针对2＃高炉基础进行分析。2＃高炉基础：下部承台：28m×30m×3.6m；上部为圆柱体：直径18m, 高6m。
2 大体积混凝土施工温度计算
2.1 混凝土配合比的选择
图纸设计混凝土为C35混凝土、为了降低混凝土的水化热，混凝土配合比选用矿渣水泥并掺入一定量的掺合料,配合比为:330(水泥):680(砂子):1095(碎石):165(水):23.5(外加剂):138(掺合料);
2.2 混凝土施工温度计算:
⑴、砼拌和温度计算:
⑵、混凝土出机温度TI
由于搅拌机棚为敞开式,故TI= T0=26.37℃。
⑶、混凝土浇筑温度Tj
Tj=T0+(Ta-T0)(θ1+θ2+θ3+••••••+θn)
Ta—室外气温,考虑为25℃
θ1、θ2、θ3、••••••θn—温度损失系数,按以下规定取用:
①、混凝土装卸和运转,每次θ=0.032,
②、混凝土运输时,θ=At,t为运输时间(min),A查表得0.0042
③、浇筑过程中,θ=0.003t,t为浇筑时间(min)
混凝土装卸和运转考虑3次,混凝土运输时间为45min,浇筑时间为40min。
∑θ=θ1+θ2+θ3=0.405
混凝土浇筑温度Tj=26.37+(25-26.37)×0.405=25.8℃
⑷、水化热绝热温升值:
计算公式:T(t)=(1-e-mt)mcQ/Cρ
Tmax= mcQ/Cρ
T(t)—浇筑一段时间,混凝土的绝热升温值,℃;
mc—每立方米混凝土水泥用量,Kg/m3;
Q—水泥水化热量,J/Kg;
C—混凝土的比热,一般取0.92～1.00,取0.96 J/Kg.K;
ρ—混凝土的质量密度,取2400 Kg/m3;
m—与水泥品种,浇捣时与温度有关的经验系数,一般为0.2～0.4;
t—混凝土浇筑后至计算时的天数,d。
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Tmax—混凝土的最大水化热温升值,℃
由水泥厂提供试验报告知,水泥3d水化热为274 J/Kg,7d水化热为305 J/Kg(计算时在此基础上调30 J/Kg)
3d的绝热温升 :Tmax(3)=39.6℃
7d的绝热温升 :Tmax(7)=43.6℃
⑸、混凝土内部实际最高温度Tmax
Tmax=Tj+T(t)•ζ
ζ—不同浇筑厚度的降温系数,浇筑厚度为0.6m,查表的3d,ζ=0.36;7d,ζ=0.29
计算得:3d的Tmax=25.8+39.6×0.36=40.1℃
7d的Tmax=25.8+43.6×0.29=38.4℃
⑹、混凝土表面温度Tb(t)
Tb(t)=Ta+(4/H2)h’(H- h’)△T(t)
Ta—大气平均气温,15℃
H—混凝土的计算厚度H=h+2 h’
h—混凝土的实际厚度
h’—混凝土的虚厚度,h’=Kλ/β
λ—混凝土的热导系数,取2.33W/m•K
β—热传导系数,混凝土表面用岩棉被保温,
β=1/(δ/λ+1/βa)
δ—保温材料厚度,取0.05m
λi—材料导热系数,岩棉0.03～0.047,取0.04
βa—空气传热系数,取23 W/m•K
K—计算折减系数,取0.666
△T(t)—龄期t时,混凝土内部最高温度与外界气温差
β=1/(δ/λ+1/βa)=1/(0.05/0.04+1/23)=0.77
混凝土的虚厚度h’=0.666×2.33÷0.77=2.01m
混凝土计算厚度H=0.6+2×2.01=4.62m
内部最高温度与外界最低气温差:
3d:△T(3)=40.1-15=25.1℃
7d:△T(7)=38.4-15=23.4℃
混凝土表面温度:
3d:Tb(3)=39.7℃;Tmax-Tb(3)=0.4℃<25℃
7d:Tb(7)=38℃;Tmax-Tb(7)=0.4℃<25℃
结论:混凝土中心最高气温与表面温度差未超过25℃,表面温度与气温差3d、7d时也未超过25℃,混凝土温度梯度能满足防裂要求,因此混凝土采用表面覆盖毛毡撒水养护及中间布设水冷管循环冷却,能够保证混凝土内部、表面、环境三者之间的温度梯度在25℃以内。
3 混凝土的浇筑
3.1 混凝土的运输及浇筑顺序:
①、混凝土的运输
混凝土运输时尽量缩短运输时间,尽量避免混凝土因运输时间过长造成坍落度损失过大,混凝土坍落度控制在14～18cm,初凝时间在10h以上。采用混凝土运输搅拌车运输,在运输过程中以2～4r/min的慢速搅拌,卸料前快速搅拌30s后再卸料。
混凝土拌和物运输时间限制表气温(℃) 无搅拌设施运输(min) 有搅拌设施运输(min)
20～30 30 60
10～19 45 75
5～9 60 90
②、混凝土的浇筑:
为避免出现收缩裂缝及冷缝,基础增加4层钢筋网片（φ8@150），下部承台混凝土采取一次性浇筑。承台混凝土浇筑时配备4台混凝土输送泵。对每台混凝土输送泵分区域进行浇筑,确保上下层及交接带处前后混凝土浇筑间隔不超过初凝时间,确保混凝土在初凝前接茬(不超过10h),不出现冷凝缝。混凝土斜向分层浇筑,每层厚度控制在30cm左右。为避免出现冷缝,每台泵车每小时浇筑约25m3,4台泵车每小时共浇筑约100m3。
混凝土振捣采用直径70mm的插入式振捣器,振捣棒操作遵循“快插慢拔”的原则。振捣中控制好振动棒的移动间距不超过振动棒作用半径的1.5倍,既要防止漏振,也要防止过振,特别注意加强各区浇筑的汇合区,防止漏振。每点振捣时间已20～30s为宜,视混凝土表面呈水平不再显著下沉、不再出现气泡及表面泛浆为准。振动器与侧模保持5～10cm的距离,插入下层混凝土10cm左右,并保证在下层混凝土初凝前进行振捣,使混凝土具有良好的密实度和整体性,防止出现施工冷缝。严禁振捣棒触及钢筋、预埋件等,在必要位置悬挂警示牌。对捣固人员要认真划分施工区域,明确责任,以防漏捣。
③、混凝土防温度裂缝的措施
根据规范要求,混凝土内外温差不得超过25℃。为满足此要求,在保证混凝土强度等级的前提下减少水泥用量,用添加剂代替,减小水泥水化热。
严格控制混凝土的入模温度,使其不高于27℃(根据计算得出),如入模温度高于27℃,拌和站必须采取降温措施,确保混凝土入模温度不大于27℃。
在混凝土养护程中,及时调整混凝土养护措施,尤其是加强保温措施,延缓混凝土升降温速率,减小混凝土的温差梯度。为了保证新浇筑的混凝土有适宜的硬化条件，防止在早期由于干缩而产生裂缝，大体积混凝土浇筑后，要在12h内加以覆盖，并蓄水20cm养护不少于3天。
结构中间布设2层水冷管，且在养护期间控制入水温度，并循环冷却。在±0.000，－1.8m及－3.6m设置电子测温计，在温度上升阶段（1-3天龄期内）第2-4h测一次，温度下降阶段第8h测一次，同时应测大气温度。在测温过程中，当发现温度差超25℃时，若在混凝土温升阶段，要尽量减少覆盖，尽量让其降温;若在混凝土降温阶段，要及时加强保温或延缓拆除保温材料。在养护中通过测温记录,来指导降温、保温工作的进行,控制混凝土内表温差从而将混凝土内外温差控制在25℃左右。
大体积混凝土施工时，模板承受着混凝土的侧压力及振捣的振动力，因此必须保证模板及其支撑体系的可靠性，防止模板产生过大的变形。在浇捣前必须认真检查，并要充分湿润。
4 结束语
水泥在水化过程中产生大量的热量，每克水泥放出的热量达502.42J/g，因而使混凝土内部的温度升高，它在1～3天内放出的热量是总热量的一半。混凝土内部的最高温度多发生在浇筑后3～5天内，当混凝土内部与表面温差过大时，就会产生温度应力和温度变形，温度应力与温度成正比。而混凝土内部的温度与混凝土及水泥用量有关，即混凝土结构尺寸越大，温度应力也越大，因而引起裂缝的可能性也越大，当这种温度应力超过混凝土内外的约束力时，就会产生裂缝。因此，防止混凝土出现裂缝的关键就是控制混凝土内部与表面的温差。
混凝土的收缩变形包括混凝土的塑性变形、体积变形、干燥收缩和混凝土匀质性的影响。混凝土中80%的水分要燕发，20%的水分是水泥硬化所必需的。随着混凝土的继续干燥而使20%的吸附水逸出，就会出现干燥收缩。而表面比中心干燥得快，因而在表面产生拉应力而出现裂缝。
混凝土内部温度是由于水泥水化热的绝对温度、浇筑温度和混凝土的散热温度三者的叠加。其中浇筑温度与外界气温有直接关系。外界气温越高，浇筑温度也越高。当温度下降快，会大大增加外层与内部混凝土的温度梯度。从而产生温差和温度应力，使大体积混凝土出现裂缝。因此控制混凝土表面温度与外界气温温差，也是防止裂缝的重要一环。
因此，通过混凝土施工的温度计算来采取相应措施控制混凝土的入模温度,通过混凝土内布置水冷管通水降温、顶面蓄水养护及连续测温等技术措施来控制各个界面的温度梯度,并采取相应的技术措施来防止温度裂缝的出现,可以保证大体积混凝土构件的质量。
参考文献
[1]GB50496—2009 《大体积混凝土施工规范》——中国计划出版社
[2]江正荣•建筑施工计算手册——中国建筑工业出版社
[3]《大体积混凝土施工期的水化热温度场及温度应力研究》——《混凝土》
论文作者:林天胜,李刚
论文发表刊物:《基层建设》2017年6期
论文发表时间:2017/6/15
标签：混凝土论文; 温度论文; 水化论文; 温差论文; 体积论文; 裂缝论文; 水泥论文; 《基层建设》2017年6期论文;