某特种结构大体积混凝土温控技术简介.pdf

2 0 1 2年第 1 0期 l O月 混 凝 土 与 水 泥 制 品 CHI NA C 0NC RE T E AN D CE MEN T P RODUC 201 2 No 1 O 0c t o b e r 某特种结构大体积混凝土温控技术简介 李少彬 ( 西安 铁路 工程 职工 大学 ， 7 1 0 0 6 1 ) 摘 要 ： 结合西安 市某大型污水处理 厂生物池的结 构特 点 ， 介 绍 了该工程 大体积混凝 土施 工过 程 中温度裂缝 的控制措施 ， 以及所采取 的测温方法。 关 键 词 ： 大 体 积 混 凝 土 ； 温 度 控 制 ； 绝 热 温 升 ； 测 温 方 法 Ab s t r a c t ：C o mb i n i n g w i t h t h e s t r u c t u r e c h a r a c t e ri s t i c s o f o n e l a r g e b i o l o g i c a l t a n k o f t h e s e wa g e t r e a t me n t p l a n t i n Xi a n ， t h e c o n t r o l l i n g me a s u r e s f o r t h e t e mp e r a t u r e c r a c k s d u rin g t h e ma s s c o n c r e t e c o n s t ru c t i o n p r o c e s s a r e i n t r o d u c e d ， a s w e l l a s t h e t e mp e r a t u r e me a s u ri n g me t h o d Ke y wo r d s ： Ma s s c o n c r e t e ； T e mp e r a t u r e c o n t r o l ； Ad i a b a t i c t e mp e r a t u r e ri s e ； T e mp e r a t u r e me a s u ri n g me t h o d 中图分类号 ： T U 5 2 8 文献标识码 ： B 文章编号 ： 1 0 0 0 4 6 3 7 ( 2 0 1 2 ) 1 0 - 6 9 0 3 0前 言 自混凝土诞生 以来 ， 裂缝就一直是 困扰工程界 的问题。从素混凝土到钢筋混凝土再到预应力钢筋 昆 凝土以及 目前正推广应用的高性能混凝土 ， 都在 朝减 少裂 缝方 向努 力 。导 致混凝 土 开裂 的裂缝 种类 很多 ， 如干缩裂缝 、 温度裂缝 、 碱一 骨料反应裂缝 、 钢 筋锈蚀裂缝 、 超载裂缝等 ， 其特点、 防治措施也各不 相 同【 ” 。本文结合西安市某大型污水处理厂生物池 的结构特点 ， 介绍该特种结构 大体积混凝土施工过 程中对结构影响最大的温度裂缝的控制措施 。 1 工程概 况 工程为西安市某大型污水处理厂的生物池。该 生物池为半地下整体现浇钢筋混凝土结构 ， 共 由两 个系列组成 ， 每个系列全长均为 9 6 4 m， 宽 4 9 2 m， 池 深 9 m， 其中有效水深 8 0 I n 。设计混凝土底板厚度 为 1 3 m， 强度等级为 C 2 5 ， 抗渗等级为 S 6 ， 抗冻等级 为 F 1 5 0 。属大体积特种结构混凝土工程。 2特种 结构 混凝 土温度 裂缝 的成 因及 温控指 标 此类 特种结构大体 积混凝 土的开 裂主要是 由 于混凝土 内外温差过大引起的 ， 因此 ， 首先要考虑 的就是 由于温差而引起的开裂应力。在此类大体积 混凝 土结构构件 中， 构件 尺寸厚大 ， 极易引起因 内 外温度差过 大而产生开裂 ； 同时 ， 构 件混凝土 由于 水化热引起 的温升 ，会随时间的推移而产生收缩 ， 并与底板之间的摩阻力形成外部约束引起开裂 。在 考虑大体积混凝土 内部约束影 响时 ， 主要是控制混 凝土的内外温差 ， 而这个温差值与混凝土的组成材 料 、 强度等级和表面温度测定点的位置有关。目前 ， 测定表面温度一般分为混凝土表面处测温 、 混凝土 保护层处 ( 通常为表面以下 3 5 m m处) 测温和混凝土 表面下 l O O mm处测温三种情况。笔者认为 ， 比较合 理的应该是在混凝土表面以下 1 0 0 m m处测温 。 我们从大体积混凝土 的温度应力预测来判断 混凝土是否会产生裂缝时 ， 要根据结构物要求的水 密 性 和气 密性 的功 能 、 裂 缝对 耐 久 性及 承 载 力 的影 响程度 ， 以及结构物所处 的环境而决定 。大体积混 凝土是否会产生裂缝 ， 通常用下面五个温度控制指 标来衡量 ： 混凝土浇筑时 ， 人模温度在 1 5 以下 ； 在混凝土浇筑入模温度基础上 ， 最大温升值 不宜 大于 3 5 o C； 浇筑完成后 ， 规定龄期内混凝土的内外温差 不宜 大于 2 5 ； 混凝土的表面温 度与大气 温度 间的温差不 宜大 于 2 0 o C； 整个结构大体积混凝 土的降温速度不宜大 于 1 5 q C d 。 但对于本工程污水 处理厂生物池 这样在具有 强烈腐蚀性环境中使用的大体积混凝土 ， 对耐久性 的要求很 高， 这就势必要选择更为合理的混凝土温 度控制指标 ， 才能满足使用要求 。 3本 工程 混凝 土温 度裂缝 控 制方法 本工程属特种结构多功能混凝土 ， 温度裂缝控 制的主要 目的是 ：降低混凝土内部最高温度 ， 减 小总降温差 ； 提高混凝土表面温度 ，降低混凝土 内、 表温度差 ； 延缓混凝土降温速度 ， 充分发挥混 一 6 9 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 2 0 1 2年第 l 0期 混凝土与水泥制品 总第 1 9 8期 凝 土的徐 变特性 。 为此 ， 本工程主要采取 了下面的具体措施来控 制大体积混凝土的温度裂缝 。 ( 1 ) 在设计方面 ， 以增加 配筋率或减小钢筋直 径的方式来增加混凝土的极 限拉伸。因此 ， 结构设 计时 ， 在节点应力集 中处或混凝土 中沿截面处均匀 配置了细密 的构造钢筋或钢筋网片 ， 以利于提高构 件的抗裂能力。 ( 2 ) 选择适当的水泥品种 ， 特别选用了中、 低热 水泥， 并尽量降低水泥用量。经优化设计 ， 本工程水 泥用量为 2 8 0 k g m3 ， 同时 ， 每 m3 混凝土中用 8 0 k g粉 煤灰代替部分水泥， 以降低水化热 。 ( 3 ) 提高混凝土本身的抗裂性 能 ， 也是 防止混 凝土开裂的重要方面。因此 ， 本 工程还使用 了能提 高混凝土抗裂性 能的矿物质掺合料沸石粉替 换部分水泥。 ( 4 ) 使用抗裂泵送防水剂 ， 以缓和水泥 的凝结 硬化时间。本工程选用了河北省某公司生产的 T B 一 2 2型抗裂泵送 防水剂 ，并按 3 5 气温时 8 h初凝时 间来调整外加剂的掺量 ， 本工程最终的外加剂掺量 为 3 2 k g m 。 ( 5 ) 提高施工质量 ， 降低混凝土的浇筑温度 ， 尽 量在夜间施工 ， 并在水中加 冰 ， 以降低混凝 土拌合 物 的温度 。 ( 6 ) 加强混凝土后期养护 ， 混凝 土浇筑完毕后 立即用塑料薄膜覆盖 ， 为混凝土表面蓄热保温。当 混凝土的内外温差接近 1 9 1 时 ，在塑料薄膜上覆 盖一定厚度的棉毡。 4 本工程混凝土温度监控全过程 4 1 温度计算圈 混凝土 的绝热温升是衡 量混凝 土本 身放热能 力的依据 ， 也是大体积混凝土温度控制的一个重要 指标。粉煤灰 、 矿粉等矿物掺合料可 以有效地降低 混凝土的绝热温升 ， 缓凝型高效减水剂可以有效地 延缓混凝土的放热过程。 大体积混凝土温度控 制最关键 的是 在混凝 土 浇筑完成后 7 d内，此 阶段是水化热释放最多 的时 间段， 故本工程求取 了混凝土 7 d绝热温升 ： ( ) =wq ( 1 一 e - U r ) C p =3 9 2 2 7 1 X ( 1 一e 蜘) ( 0 9 6 2 4 4 0 ) ：4 2 6 C 上述计算中考虑 了粉煤灰和 T B 一 2 2抗裂泵送 防水剂的掺量 。 当混凝土的绝热温升超过 4 2 6 1 2 时， 对混凝土的内外温差必须加以有效控制 ， 使 内外温 差 不大 于 2 5 c C 。 一 70 4 2 混凝土 内外温差控制指标 在水池类特种混凝土结构 中， 裂缝的控制非常 关键 ，规范要求 一般水池 的裂缝 宽度 不大 于 0 2 m m， 而对于生物池这样 的特种结构水池 ， 对裂缝的 要求更为严格 ， 必须满足下列公式计算结果： ( ) = 7 I 1 - 1 e o s h L 2 ) H( r t ) ( ) 2 8 0 0 0 1 0 1 0 h T 1 一 l e o s h ( 1 8 5 3 1 0 3 2 1 3 3 2 ) x O 2 9 6 0 9 7 1 7 8 1 1 5 即 ： T1 9 1 o C 也就是说 ， 由于本大体积混凝土工程使用 的混 凝土强度等级 比较低 ， 从而导致了混凝土的极 限抗 拉强度也较低 ， 故需要将混凝土的内外温差控制在 1 9 1 以内，控制出来的温度裂缝才能满足设计使 用要求。 4 3 测温方 法 的选 择3 1 目前 ， 对大体积混凝土的测温大体有下面三种 方法 ， 这三种方法各有千秋 ， 均 可为控制混凝土 的 裂缝发展提供具体数据和分析依据。 ( 1 ) 埋设测温管法 此法为常规 的传统测温方法 ， 也是最简单实用 的一种方法。就是混凝土浇筑前在预先设定的位置 埋设竖直钢管或 P V C管 ， 使用常规温度计 ， 由专人 按照施工组的要求在预留洞 口进行测温记 录， 然后 对所有数据进行人工分析和处理。这种测温方法虽 然存在劳动强度较大 、 检测误差相对较 大 ， 效率又 较低的缺点 ， 但是对于一般的工程结构来说是能够 满足要求的 ， 且该法简单易掌握 ， 经济实 惠， 有较强 的市场适应能力。 ( 2 ) 电子测温仪法 此法 为 目前一些要求较高的工程或大型施工 企业经常采用的一种较为先进 的测温方法。就是采 用 电子测温仪配合预埋测温导线进行测温 ， 配合计 算机和应用软件可基本实现 自动化测温并记录。热 敏电阻埋于混凝土中， 测得电位差经计算机处理后 即可得到测点的温度。此法虽然准确、 高效， 但存在 测温导线布线困难 ， 且一次性使用 、 传输距离受 限 等问题 、 仪器较贵的缺陷， 在无特殊要求的情况下 ， 一 般工程不会采用 。 ( 3 ) 无线 测温 法 此法为 目前工程界使用的最先进测温法 ， 适合 于特别 巨大或施工现场条件极为复杂的大体 积混 凝土工程 。无线测温技术是一种全天候 、 实时测量 、 全 自动多点温度采集的高新技术 ，设备具有体积 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 李少彬 某特种结构大体积混凝土温控技术简介 小 、 精度高的优点 ， 避免 了现场布线 的繁琐工作 ， 但 整个系统成本昂贵。故该测温法 目前多应用于电力 高压设备 、 炼钢炉、 水泥窑等场所 ， 在混凝 土界也开 始应用 ， 如宝钢高炉重型设备基础混凝土施工时就 曾使用该技术。 通过经济分析和实用性 、 现场施工条件及其它 各方面因素综合考虑 ， 本工程最终采用了传统 的埋 设测 温管 的测 温方法 。 根据本工程生物池底板 的特点 ， 在每一个分区 区域 内设置了六个测温孔 ， 每个测温孔设置内外两 个测点 ，计 1 2个测点，整个生物池底板设置了 7 2 个测 温孔 。 4 4 测温点的埋设与测温结果 生 物池底板 A 3分区 的测温点 布置如 图 1所 示 ， 6个测温点均匀布置在四周 ， 每个点分别测量基 础 中心和上表面温度 ， 共 1 2个测温点 。全部 l 2个 6 O 5 0 4 O 赠3 0 粪2 0 1 0 0 图 1 生 物池 底 板 测 温 点 布 置 不 意 图 施工分区的测温方法和i 贝 0 温点布置均同此分区。 混凝土浇筑后 1 2 h开始测温 ，从浇筑之 日起 2 5 d内 ，每 2 h测温一次 ； 6 l O d内 ，每 6 h测温一 次 ； 1 l 1 5 d内， 每 1 2 h测温一次。 A 3区 6个测温孔所测得的温度平均值变化 曲 线 如 图 2所示 。 6 1 8 3 0 4 2 5 4 6 6 7 8 9 0 1 0 2 1 1 4 1 2 6 1 3 8 1 5 0 1 6 2 1 7 4 1 8 6 1 9 8 21 0 22 2 2 3 4 累计时间 l l 图 2 各测温点温度平均值 变化 曲线 5测温结 果分 析 由施工温控过程和图 2可见 ， 几乎所有测点的 内、表温差基本上都控制在 1 9 1 o C 以内，只有 8月 2 8日9时号点 内外温差为 2 2 ， 、 号点内外 温差为 2 0 。 但整个生物池底板无任何温度裂缝产 生， 说明温度控制是成功的。 从 图 2中还可以看到 ， 混凝土浇筑后 的第二天 出现 了小幅度的温度峰值和内外温差峰值 ， 随后便 进入了降温和缩小温差阶段 。这是因为本工程所用 的混凝土强度等级不高 ， 且水泥用量较少并掺加了 粉煤灰的缘故。 6结语 本工程生物池底板面积 为 9 4 8 9 m ，混凝土总 量为 1 2 3 3 6 m 。 ， 属特种结构大体积混凝土工程。 混凝 土设计强度等级 为 C 2 5 ， 抗渗等级为 S 6 ， 抗冻等级 为 F 1 5 0 ， 采用 了 4 2 5级普通硅酸盐水泥 ， 水泥用量 为 2 8 0 k m ，同时掺加 了 8 0 k g m 。 的 级粉煤灰和 3 2 k m 的 T B 一 2 2抗裂泵送防水剂 ， 水胶 比为 0 4 0 。 在这样 的配合比下 ，没有采取特别的降温措施 ， 仅 靠合理的施工安排和保温措施控制 ， 成功地将混凝 土的内外温差在 了 2 5 c I = 以下。施工后 ， 整个生物池 底板未出现温度裂缝 ， 完全满足设计要求。 参考文献 ： 1 】 冯乃谦 商 品混凝土施工 应用中的裂缝与对策 J 混凝 土 2 0 0 0 ( 9 ) 2 】 王铁梦主编 工程结 构裂缝控制【 M】 北京 ： 中国建工 出版 社 ， 2 0 o 7 【 3 赵卫华大体积混凝土测温技术 在宝钢工程 中的应 用【 J 混凝 土与水泥制 品， 2 0 1 0 ( 6 ) ：9 1 4 收稿 日期 ： 2 0 1 2 0 9 0 3 作者简介 ： 李少彬 ( 1 9 7 7 一 ) ， 男 ， 讲 师、 硕士研究生。 通讯地址 ： 西安市太 白南路 1 8 9号 联 系电话 ： 1 5 3 3 2 4 1 2 7 0 2 E- ma i l ： d a l i e r 6 1 4y a h o o t o m o n 一 71 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m