大体积混凝土温度裂缝分析与防治实例.pdf
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1、2 0 1 0年 第1期 (总 第 2 4 3 期 ) Numbe r l in 20 1 0( To t a l No 2 4 3) 混 凝 土 Co nc r e t e 实用技术 PRACTI CAL TECHN0LOGY d o i : 1 0 3 9 6 9 8 i s s n 1 0 0 2 3 5 5 0 2 0 1 0 O 1 0 4 2 大体积混凝土温度裂缝分析与防治实例 黄子春 ( 青 岛理工大学 ,山东 青岛 2 6 6 0 3 3 ) 摘要: 大体积混凝土都会产生温度裂缝 , 影 响到结构的整体性 、 耐久性和美观 。 结合工程实际分析了温度裂缝产生的原 因及防裂措施
2、。 关键词 : 大体积混凝土 ;温度控制 ;防裂措施 中图分类号: T U5 2 8 0 1 文献标 志码 : A 文章编号: 1 0 0 2 3 5 5 0 ( 2 0 1 0 ) O l 一 0 1 3 2 0 4 Cr a c k s i n ma s s c onc r e t e t empe r a t ur e a na l ys i s a nd pr e v en t i o n of c a s e s HUA NG 一 曲 u n ( Qi n g d a oT e c h n o l o g i c a l U n i v e r s i t y, Qi n g d a
3、 o 2 6 6 0 3 3 , C h i n a ) Abs t r a c t : Ma s s c o n c r e t e c o n s t r u c t i o n wi l l h a v e a t e mp e r a t u r e o f c mc k s a f f e c t i n g s t r u c tur a l i n t e g r i t y, d u r a b i li ty a n d a e s t he t i c s P r a c t i c a l e n g i n e e r i n g a n a l y s i s o f
4、 t h e c a u s e s o f t e mp e r a tu r e c r a c ks a n d c r a c k c o n t r o l m e a s u r e s Ke y wor ds : ma s s c o n c r e t e ; e mp e r a tur e c r a c k s ; c r a c k c o n t r o l me a s u r e s 0 引言 结构性裂缝, 带来 严重的 危害。 青岛某工程基础底板为板式筏基, 厚度有 2种, 其中塔楼 板厚 1 8 0 0 n l n l , 塔楼与裙房过渡带板厚 1 0 0 0
5、 m i r l 。 根据底板后 浇带位置划分 6 个流水段, 底板采用 C 4 0 P 1 0预拌混凝土, 混凝 土总用量共计 1 8 5 0 0 m3 。施工要求每个流水段都进行一次浇 筑, 不设置施工缝, 最大一次性浇筑 6 0 0 0 m 混凝土。这么大量 的混凝土, 技术要求高 , 现场组织和混凝土供应 、 调度难度大 , 为确保底板混凝土的顺利浇筑, 必须经过严格的计算和采取强 力的防裂措施。按照日本建筑学会标准( J AS S 5 ) 规定 : “ 结构断 面最小厚度在 8 0 c m以上, 同时水化热引起混凝土内部的最高 温度与外界气温之差预计超过 2 5 的混凝土, 称为大体
6、积混凝 土” 。 该基础底板为大体积混凝土工程。 大体积混凝土常见的质 量问题是混凝土结构产生裂缝, 通常有二种裂缝。第一种裂缝 是在混凝 土浇 筑后 由于温升产生的 。大体积f 昆 凝 土工程 , 水泥 用量多, 结构截面大 , 混凝土浇筑以后, 水泥放出大量水化热 , 混凝土温度升高。由于混凝土导热不良, 体积过大, 相对散热较 小 , 混凝土 内部水化热积聚不易散发 , 外部则散热较快 , 温度外 低内高 , 形成了温度梯度。混凝土内部产生压应力 , 表面产生拉 应力。当表面拉应力超过混凝土的极限抗拉强度时, 混凝土表 面就产生裂缝。第二种裂缝是收缩裂缝。这种裂缝产生在混凝 土的温降阶段
7、。当混凝土降温时, 由于逐渐散热而产生收缩, 再 加上混凝土硬化过程中, 由于混凝土内部拌和水的水化和蒸发, 以及胶质体的胶凝等作用, 促使混凝土硬化时干缩。这两种收 缩受到基底或结构本身的约束 , 会产生很大的收缩应力, 除了 抵消升温时产生的压应力外, 在混凝土中形成了较高的拉应力, 超过混凝土的抗拉强度就引起大体积混凝土的贯穿裂缝 , 成为 收稿 日期 :2 0 0 9 - 0 8 - 0 6 l 3 2 1 大体积混凝土温度 裂缝分析 1 1 混凝土温度应 力和收缩应力的计算 大体积混凝土施工控制裂缝产生的关键是进行严格的 防裂理论计算, 验算由温差和混凝土收缩所产生的温度应力 是否
8、超过 当时 的基 础混凝 土极限抗 拉强度 , 以便 制定相 应的 防裂措施, 从而确保底板混凝土质量。 根据 C 4 0 P 1 0配合 比设 计 , P O 4 2 5级 水泥 2 2 0 k g m , 7 d水泥发热 量 2 5 0 k J k g , 8 、 9 、 1 0 月份施工平均气温为 2 5, 混凝土浇筑温度控制在 2 8 以内 。 1 1 1 混凝土最大绝热温升 : 一 2 20 x25 0 2 3 7 2 ( 1 ) C y 0 9 6x2 41 5 式中: 一混凝土最大绝热温升; 每立方米混凝土水泥用量; 9 。 一每公斤水泥水化热量; c 一混凝土质量热容; r混凝
9、土密度 。 1 1 2 混凝土内部不同龄期温度 1 1 2 1 求不 同龄期绝热温升 混凝土块体的实际温升, 受到混凝土块体厚度变化的影响, 因此与绝热温升有一定 的差异。 ( 2 ) 式中: 卜混凝土不同龄期的绝热温升; 广一混凝土最高绝热温升; 一 不同龄期水化热温升与混凝土厚度有关值。 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 表 1 不同龄期水化热温升与混凝土厚度有关系数 f 值 1 1 2 2 不同龄期混凝土中心最高温度 ( 3 ) 式中: 一不同龄期混凝土中心最高温度; 卜混凝土浇筑温度 ; 卜不同龄混凝土绝热温升。 经计算不同龄期混凝土中心最高温度结果如表
10、3 。 表 3 不同龄期 混凝土 中心最高温度 由表 3 可知, 混凝土3 6 d左右, 内部温度最高。 1 1 3 混凝土温度应力 1 1 _ 3 1 各龄期 昆 凝土的收缩变形值及收缩当量温差 ( 1 ) 各龄期收缩变形 B y ( t ) ( 1 - e “ ) M2 ( 4 ) 式 中: 8 y ( t ) 龄期 t 时混凝土 的收缩变形值 ; 占 一混凝土的最终收缩值, 取 2 4 1 x 1 0 ; 一 各种非标准条件下的修正系数。 本工程根据用料及施工方式修正系数取值如表 4 。 表 4修正系数 M l M2 M3 M 4 M5 M6 M 7 M8 M9 M 1 2 5 0 9
11、3 1 0 0 1 2l 1 -2 0 1 0 9 1 O 4 】 4 O 1 0 0 0 9 0 各龄期混凝土收缩变形值经计算得出见表 5 。 表 5 各龄期收缩变形值 龄期 d 3 6 9 1 5 2 1 2 7 收缩变形值 ( f ) 1 0 2 3 4 5 5 6 7 1 1 0 8 6 1 4 7 7 1 8 4 6 ( 2 ) 各龄期收缩当量温差 将? 昆 凝土的收缩变形换算成当量温差 T f ) : O ( 5 ) 式中: ( f ) 各龄期混凝土收缩当量温差, ; ( t ) 各 龄期混凝土收缩变形 ; 旷一 混凝土的线膨胀系数 , 取 l x l O 。 各龄期收缩当量温差计
12、算结果如表 6 。 表 6 各龄期收缩当量温差 1 1 3 2 各龄期混凝土的最大综合温度差 1 t ) = + t ) + ( ) 一 ( 6 ) 3 式中: A T ( t ) 各龄期混凝土最大综合温差; 卜混凝土浇筑 温度 , 取 2 8 ; T ( t ) 龄期 t 时的绝热温升 ; T y ( t ) 龄期 t 时的收缩 当量温差 ; 混凝土浇筑后达到稳定时的温度 , 取平均气温 2 5 。 各龄期混凝土最大综合温度差计算结果如表 7 。 表 7 最大综合温度差 1 1 3 3 各龄期混凝土弹性模量 E ( t ) = E h ( 1 - I e ) ( 7 ) 式中: E ( t
13、) 混凝土龄期 t 时的弹性模量, MP a ; 混凝土最终弹性模量 , MP a , C 4 0混凝土取 3 2 5 x 1 0 MPao 混凝土龄期 t 时的弹性模量计算结果见表 8 。 表 8 弹性模 量 龄期 d 3 6 9 1 5 2 1 2 7 弹性模量 E( t ) l O MP a 0 7 8 1 3 7 i 8 3 2 4 4 2 8 0 3 0 1 1 1 3 4 混凝土徐变松弛系数、 外约束系数、 泊桑比及线膨胀系数 ( 1 ) 松弛系数, 根据有关资料取值见表 9 。 表 9混凝土龄期 t 时的松弛 系数 ( 2 ) 外约束系数( ) , 取 _ 0 4 。 ( 3 )
14、 混凝土泊桑 比( ) , 取 0 1 5 。 ( 4 ) 混凝土线膨胀系数( ) , 取 1 x l 0 。 1 1 , 3 5 不同龄期混凝土的温度应力 ( f ) : 一 ! 垒 ( ) 风 l 式中: ( ) 龄期 t 时混凝土温度( 包括收缩) 应力; E( t ) 龄期 t 时混凝 土弹性模量 ; 混凝土线膨胀系数 ; A T ( t ) 龄期 t 时混凝土综合温差; l l - 一 混凝土泊桑比; S ( ) 龄期 t 时混凝土松弛 系数 ; ( 8 ) 1 3 3 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 表 1 O不同龄期混凝土温度 ( 包括收缩 ) 应
15、力 龄期 d 温度应力 t r MP a 1 0m 1 8m 尺 一夕 I- 约束 系数 。 不同龄期混凝土温度( 包括收缩) 应力计算结果见表 1 0 。 1 2 结论 根据温度应力及收缩应力的计算, 把混凝土浇筑后的 1 5 d 作为混凝土开裂的危险期 。 C 4 0混凝土 2 8 d轴拉 强度为( 风 ) = 1 7 MP a 。 而现在 1 5 d 混凝土温度应力 : 底板厚 1 0m处 , _ 0 6 9 MP a 底板厚 1 8 m处 , o - 2 = 0 8 O MP a 因为同龄期混凝土 ( 1 5 d ) = 0 7 5 R L = 1 2 8 MP a 所以: ! : 1
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