大体积混凝土硬化过程中的温度检测和应力计算.pdf
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1、2 0 1 0 年 第 7 期 (总 第 2 4 9 期 ) N u mb e r 7 i n 2 0 1 0 ( T o t a l No 2 4 9 ) 混 凝 土 Co n c r e t e 实用技术 P RACTI CAL TECHNOL OGY d o i : 1 0 3 9 6 9 0 i s s n 1 0 0 2 3 5 5 0 2 0 1 0 0 7 0 4 5 大体积混凝土硬化过程中的温度检测和应力计算 林永秋,苏晓樟,孙林柱 ( 温州大学 ,浙江 温州 3 2 5 0 3 5 ) 摘要: 大体积混凝土结构需要解决的主要问题是胶凝材料在水化中释放大量的水化热而不易散发引起
2、温度变化和混凝土收缩对结构 产生作用导致混凝土出现裂缝。 通过对大体积混凝土硬化过程中热胀冷缩应力状态分析 , 提出大体积混凝土温度控制相关措施。 结合工程 实例, 介绍使用计算机和温度热流量检测仪检测大体积混凝土温度温差变化的方法。 并根据检测数据, 计算分析混凝土的应力。 总结得出 若干控制温度引起裂缝的方法, 为大体积混凝土施工提供指导作用。 关键词: 大体积混凝土; 水化热;温度;应力;裂缝 中图分类号 : T U5 2 8 0 7 文献标志码 : A 文章编号 : 1 0 0 2 3 5 5 0 ( 2 0 1 0 ) 0 7 0 1 3 5 0 4 Te mper a t ur e
3、 de t e c t i on an d s t r e s s c a l c ul a t i on of mas s c onc r et e dur i n g h ar d eni ng pr o c es s L Yo n g- q i u S UXi a o - z ha n g SUNLi n- z hu ( We n z h o uUn i v e r s i t y , We n z h o u 3 2 5 0 3 5 , C h i n a ) Abs t r a c t :Th e ma in p r o b l e m , wh i c h ha s t o b e
4、 s o l v e d f o r t h e c o n s t r u c t i o n o f ma s s c o nc r e t e , i S the a 口 p e a r a n c e o f c r a c k o f c o nc r e t e d u e t o the t e mp e r a t u r e c h a n g e r e s u l t i n g f r o m the e m i s s i o n d i ffi c u l t y o fh u g e h y d r a t i o n he a t o f g e l l e d
5、 ma t e r i a l a n d the c o n c r e c o n t r a c t i o n e f f e c t s o n t h e c o n s t m c t i o n I n t h i s p a p e r , thr o u g h t h e s tre s s a n a l y s i s o ft he h e a t - e x p an s i o n an d c o l d- c o n t r a c t i o n d u r i n g h a r d e n i n g p r o c e s s o fma s s c
6、 o n c r e t e, we pr o - p o s e s o me s p e c i f i c p r o c e d u r e s and me a s u r e s t o c o n tr o l the t e mp e r a tur e o f ma s s c o n c r e t e wi m t h e e n g i n e e r i n g p r o j e c t s w e i n tr o d u c e h o w t o u s e c o mp u t e r a n d t e mp e r a t u r e h e a t f
7、lu x d e t e c t i n g i n s t r u me n t t o me a s ur e t h e t e mp e r a t u r e c h an g e o fma s s c o n c r e t e an d a c c o r d i n g t he o b s e r v e d d a t a, we c a l c u l a t e a n d a n a l y z e the s t r e s s o f c o n c r e t e We o b t a i n s o me me t h o d s o n c o nt r
8、o l l i n g c rac k c a u s e d b y t e mpe ratur e a nd p r o v i d e g u i d a n c e for c o n s t m c t i o n o fma s s c o n c r e t e Ke y wor d s: ma s s c o nc r e t e ; h y d r a t i o n h e a t ; t e mp e r a tur e ; s t r e s s ; c r a c k 0 引言 1 大体积混凝土温度控制、 应力松弛及应力计算 大体积混凝土浇筑成型后 , 水泥水化产生大
9、量热能引起混 凝土温度升高, 由于混凝土的传热性能低 , 聚集在混凝土内的 热能不易扩散, 相对形成外冷内热的一个温度梯度。随着水泥 水化的进行, 混凝土温度逐渐升高体积膨胀, 一定时间后( 一般 为 3 - 5 d ) 内部温度达到峰值。这个过程是混凝土初凝后的热胀 阶段。这时内部混凝土处于膨胀受压而外侧混凝土处于受拉的 应力状态。随后混凝土内部热量逐步向外扩散, 温度逐渐降低, 体积缩小。这个过程是混凝土初凝后的冷缩阶段, 此时混凝土外 部成形并具有一定的强度对内部混凝土形成约束作用 ,而内部 温度逐渐降低, 体积缩小, 构件内部混凝土处于受拉的应力状态。 在热胀阶段, 当混凝土膨胀产生的
10、拉应力大于混凝土的即 时抗拉强度时和在冷缩阶段 , 当混凝土收缩产生的拉应力大于 混凝土的即时抗拉强度时, 混凝土会产生裂缝。这种裂缝属于混 凝土的早期裂缝, 它可以通过一定的控制措施来避免。水泥水化 热越大, 温度越高, 温度梯度越大, 形成的拉应力就越大, 产生裂 缝的可能性越大。温度引起大体积混凝土裂缝的问题是 3 0多年 来工程界关注并进行研究的课题。根据工程实体检测温度曲线, 动态量性地分析混凝土硬化过程的应力情况,得出混凝土温度 控制量的尺度, 为避免混凝土出现早期裂缝提供科学依据。 收稿 日期 :2 0 1 0 - 0 3 1 0 1 1 大体积 混凝 土温度 控 制 大体积混凝
11、土工程施工技术规程 1】 , 提出温度控制指标如下。 ( 1 ) 混凝土浇筑温度不宜大于 3 5, 不应小于 5。 ( 2 ) 混凝土内外温差不应大于 2 5。 ( 3 ) 混凝土降温速率不宜大于 3 o C d 。 ( 4 ) 高层建筑及大型构筑物的基础, 混凝土表面温度和环 境温度之差不应大于 2 5。 由此混凝土温度控制可以分两个阶段进行。 1 1 1 大体积混凝土配合比设计阶段 普通混凝土采用 2 8 d龄期强度作为设计强度, 而大体积混 凝土宜采用 6 0 d或 9 0 d龄期强度作为设计强度, 配合比要通过 计算和试配确定并应遵循以下原则 : 最小水泥用量; 最大 堆积密度 ; 合
12、理水胶比。水泥品种宜选用水化热低的水泥, 例 如矿渣水泥、 火山灰水泥、 粉煤灰水泥等。同时选用级配良好卵 石( 碎石) , 采用中粗砂掺入外加剂等方法亦可降低混凝土配合 比中水泥用量。通过配合比设计可以降低混凝土绝热温升, 延 迟温升峰值到来时间和延缓降温速率。 1 1 2 大体积混凝土施工阶段 大体积混凝土应采用预拌混凝土 , 且应由同一家供应商供 1 3 5 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 应。 浇筑应分层连续进行, 使混凝土沿高度均匀上升, 尽可能不 留施工缝。冬期施工时, 必须在正温下浇筑, 宜利用水泥自身水 化热进行蓄热保温养护。夏季施工时, 混凝土
13、骨料在烈 日的暴 晒下, 温度很高 , 直接搅拌而成对大体积混凝土施工非常不利。 一 般采用低温水或冰水浇淋石子和砂使之达到较低的温度后 , 然后用低温水搅拌而成。这样混凝土成型后整体温度大大降 低, 内外温差减小, 温度梯度亦随之变小 , 夏季高温天气施工, 这措施非常必要、 有效。当预计混凝土内部温度过高时, 可以在 混凝土内设置循环冷却水, 以降低混凝土内部温度峰值。 1 2 混凝土徐变引起的应力松弛 徐变是指混凝土在任意荷载、 任意小的应力作用下随时间 而增加的变形。它在 昆 凝土结构中引起两种现象 : 一种是应力 不变但变形随时间增加, 称为“ 徐变变形” ; 另一种现象是变形 不变
14、 , 但由于徐变作用, 其内力随时间的延长而逐渐减少 , 称为 “ 应力松弛 ” 。 徐变对混凝土抗裂有利。就大体积混凝土而言, 徐变可减 少温差引起的应力。按弹性假定计算出, 在龄期 r 。 施加强迫变 形 s ( r ) 的瞬时产生弹性应力 ( 。 ) , 又求出随时间增加而使应 力降低的松弛应力 ( , 7 - ) , 该松弛应力与弹性应力 ( 。 ) 之 比值 , 即为“ 松弛系数” , 以H( t ) 表示, 它与产生应力的龄期 。有关, 又与延续时间t 有关: H( t , r I ) ( t , n) ( I ) ( 1 ) H( t , r 。 ) 按理论求解积分方程十分复杂,
15、 但文献 2 】 给出一 般常遇条件下的松弛系数表, 可给工程界考虑混凝土徐变的简 便计算方法。 1 3 应力计算及控制 根据裂缝控制原则 , 要求在混凝土硬化过程中任意时刻都 要满足 : mR f ( z ) ( 2 ) 式中: 一混凝土 t 时刻的应力 ; ) 混凝土龄期 t 的抗拉强度。 A o =- E e A T ( 3 ) E= E o ( 1 _ e - O O ) ( 4 ) 尸 H( t , r 1 ) ( 5 ) 基底约束引起的应力计算公式如式( 6 ) ( 8 ) : - Ea A 1 - 1 C h ( 3 L 2 ) 】 ( 6 ) H( f , tr I ) ( 7
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