大体积混凝土温度控制分析.pdf

建筑技术开发 B u i l d i n g T e c h n o l o g y De v e l o p me n t 建筑论坛 Ar c h i t e c t u r a 1 Fo r u m 第4 3 卷第9 期 2 0 1 6 年9 月 大体积混凝土温度控制分析 张喜磊 ( 中铁十九局集团第一工程有限公司，辽宁辽阳 1 1 1 0 0 0 ) 摘要 大体积混凝土裂缝防治是建筑施工的重点，同时也是控制的难点。近年来随着各类施工技术混凝土的引进，大体 积混凝土裂缝防治已 取得一定成效。由于混凝土温度差异导致的裂缝问题 占 据重要因素。如何有效控制混凝土浇筑及养护过程 的温度变化是大体积混凝土裂缝防治的重点。 关键词 】建筑施工 ；大体积混凝土 ； 温度控制 ； 裂缝防治 中图分类号 T u 7 5 5 7 文献标志码 B 文章编号 1 0 0 1 5 2 3 X ( 2 0 1 6 )0 9 0 1 6 7 0 2 An a l y s i s o f Te mp e r a t u r e Co n t r o l f o r M a s s Co n c r e t e Zh a ng X i l e i A b s t r a c t L a r g e v o l u me c o n c r e t e c r a c k p r e v e n t i o n i s t h e f o c u s o f b u i l d i n g c o n s t r u c t i o n ， b u t a l s o i s t h e d i ffic u l t y o f c o n t r o 1 I n r e c e n t y e a r s ， wi t h the i n t r o d u c t i o n o f v a r i o u s t y p e s o f c o n c r e t e c o ns t r u c t i o n t e c h n o l o g y ,l a r g e v o l u me c o n c r e t e c r a c k p r e v e n t i o n h a s a c h i e v e d c e r t a i n r e s u l t s T h e c r a c k s c a u s e d b y t e mp e r a t u r e d i f f e r e n c e s i n t h e c o n c r e t e o c c u p i e s a n i mp o r t a n t f a c t o r Ho w t o e ffe c t i v e l y c o n t r o l t h e t e mp e r a t u r e c h a n g e o f c o n c r e t e p o u ti n g a n d c u r i n g p r o c e s s i s t h e k e y p o i n t o f ma s s c o n c r e t e c r a c k p r e v e n t i o n K e y wo r d s b u i l d i n g c o n s t r u c t i o n ； 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 ； c r a c k p r e v e n t i o n 这几年我国经济及城市化建设发展迅速，大力筹建各类公 共设施建设为日益增长的物质文化需求提供了必要物质条件。 地铁站地板施工、桥梁承台施工均涉及大体积混凝土施工技术。 随着我国建筑规模的加大，大体积混凝土施工已成为 目前建筑 施工的重点控制对象，控制大体积混凝土施工过程中的质量有 利于提高建筑主体施工质量控制。经大量施工数据分析，大体 积混凝土裂缝的产生基本是由温度控制不合理导致内外温差大 造成的。因此控制大体积混凝土在施工浇筑过程中温度的变化， 并采取适当的措施减少温度变化对建筑施工带来的巨大影响， 对大体积混凝土裂缝的防治具有重要意义。 1 大体积混凝土概述 关于 大体积混凝土 的定义，各 国都有 明确且不同的定 义。如 日本建筑学会标准规定的当结构断面厚度大于8 0 c m 以上，并 由于水化热引起混凝土内部最高温度 与外界气温之 差超过2 5 的混凝土浇筑物称为大体积混凝土 ；美国混凝土 协会规定当任意体积的混凝土只要其尺寸大小在混凝土浇筑 过程中须采取措施减小由于体积变形引起的裂缝的均可称作 大体积混凝土。 众所周知，混凝土构造强度大但韧性低，即混凝土虽然 具有较强的抗压性能但其抗拉性能差。因此在大体积混凝土 施工中须具备钢筋增强抗拉、抗剪性能。但混凝土裂缝 ( 尤 其对大体积混凝土来讲)属于施工质量通病，其主要原因是 由温度差异造成，严重影响钢筋混凝土结构寿命，因此只有 严格控制混凝土温度裂缝，才 能使钢筋混凝土构筑物具有较 强的稳定性 。 2 大体积混凝土温度裂缝产生原因及分类 2 1 水泥水化热的影响导致大体积混凝土裂缝产生 水泥在凝结过程中产生水化热是不可避免的，对于大体积 混凝土结构由于体积大，断面层厚，水化热聚集在混凝土内部 不易扩散使得内部温度急剧升高，加之与周围及外部温度差异 大，随着混凝土养护时间的加长，混凝土强度越来越大，内外 温度之间的差异也越来越大，使得混凝土结构 自身抗拉强度无 法抵抗由于温度升高产生的膨胀应力致使温度裂纹产生。 2 2 外界 气温变化导致大体积混凝土裂缝产生 由于建筑施工作业环境的特殊性，施工受各类天气等因素 收稿日期 ： 2 0 1 6 q ) 5 1 7 作者简介 ： 张 喜磊 ( 1 9 8 2 一 ) ， 男， 吉林德 惠人，工程 师 ，主要研 究 方 向为桥梁工程、房建工程 。 的影响多，大体积混凝土受外部环境的影响大。水化热的升温 及散热的不均匀，当外界温度较高时，混凝土结构温度也较高， 如遇外界环境骤降，由于散热的不均匀性导致外界与混凝土内 部产生温度梯度，表面混凝土的收缩及 内部混凝土由于高温的 膨胀使得混凝土抗拉应力不足以抵抗膨胀应力致使产生混凝土 表层开裂，严重者能导致贯穿裂纹，使混凝土强度受到重大影 响，甚至造成工程返 工等情况发生 。 2 3 混凝土收缩变形导致大体积混凝土裂缝产生 随着建筑规模的扩大及机械化程度的加大，泵送混凝土浇 筑已成为目前施工主要趋势。采用这种方式，要求混凝土流动 性较好 ( 坍落度较大) ，但选用好的流动性意味着混凝土抗裂 能力较 差。由于混凝土 中水分含量的增多导致混凝土浮浆 量增 大。而减少水灰比，降低水化热是控制混凝土内部温度升高的 主要方法。水泥凝结过程中的体积变形会随水分含量的增多而 加大 ；由于混凝土收缩变形产生的应力使裂纹产生。 3 大体积混凝土温 度控制与裂缝防治 大体积混凝土施工属于一项系统工程，其温度变化及裂 纹控制受到多方面 因素的影响，因此施工企业在施工过程中 应做好各方面的管理与把控，杜绝由于温度变化导致的裂缝 产生，给项目工程造成重要的影响。 3 1 合适的原材料及正确的配比有利于温度裂缝的防治 混凝土原材料的选择及合理的配合 比是控制温度裂缝产 生的基本方式。首先水泥的种类选择及添加的数量对温度裂缝 的控制具有重要作用。为防止水化热的影响，可选用水化热 低的水泥如矿渣水泥、火山灰水泥等，且通过适当的配合 比 降低水泥添加量可适当减少水化热的产生，有利于温度控制。 其次选用热膨胀系数小、含泥量少的骨料并使骨料连续级配， 使用大骨料有利 于防止温 度裂缝 。在大体积 混凝土浇筑中可适 当加入一定规格的毛石减少水泥用量及散发热量。 3 2 施工方法及工艺的选择有利于温度 裂缝的防治 混凝土浇筑施工中合理的施工工艺可对温度裂缝的防治 起到重要作用。选用分段、分块浇筑的方法有利于水化热 的 释放，对裂缝控制具有重要影响 ； 其次控制混凝土浇筑温度 可减少温度应力的产生 ； 再者采用预埋水管对混凝土进行降 温可有效控制混凝土凝结过程中的温度升高 ； 还有选用外蓄 内散的养护措施可在提高表面温度的情况下保障内部热量的 散失 ，有利于 降低温 度差 。最 后控制 混凝 土的浇筑 速度 及入 模温度并采取有效措施防止温度突变可对温度裂缝防治起到 保障作用。 l 6 7 第4 3 卷第9 期 2 0 1 6 年9 月 建筑论坛 At c h i t e c t u r a 1 F o r u m 建筑技术开发 Bu i ld i n g T e c h n o l o g y De v e l o p me n t 3 3 正确的地基处理有利于温度裂缝的防治 适当的地基处理可有效减少地基对混凝土基础的额阻力， 对减少温度应力具有一定作用。当基层处于软弱层时可采用 砂垫层加固，砂垫层的使用可在提高地基承载力的基础上，减 少地下水 的影 响。若地基为岩石 时 可铺 设滑 动层 改善 地基性 能。合理配置预应力钢筋也是控制温度裂缝的主要方面。钢 筋的设置可提高混凝土的抗拉强度，增加混凝土的承载能力 ； 当产生温度应力时，由于钢筋的设置可有效的对抗及消除温 度应力，降低温度裂纹产生的频率及严重程度，有利于混凝 土强度的提高，对建筑工程质量的提升有重要作用。 3 4 合理的养护方法有利于温度裂缝的防治 混凝土合理养护是温度裂缝控制的重点。( 1 )混凝土侧 面模板应设保温层以减少表面温度的突变 ； ( 2 )在蓄水养护 混凝土时，混凝土初凝后应覆盖塑料薄膜，终凝后注水，蓄 水深度不应小于 8 c r n 。当表面温度 与养护水温度差超过 2 0 时 应注入热水并保持温差 I O C 左右 ；( 3 )蓄热法养护混凝土时， 混凝土终凝后立即覆盖塑料薄膜，常温浇水养护，当混凝土 内部温差或内外温差超过2 0 时再覆盖保温层，在可能降雨 雪时，为保持保温层的干燥状态，保温层上表面应覆有不透水 ( 上 接 第 1 6 6 页 ) 进行失效模式分析，即风险分析。风险分析的结果称为风险 系数 ，它是 风 险严重 性 、发 生频 率及 可侦 测性这 3 个 因数 的 乘积。每个因数的取值范围为1 1 O ，如果某个失效模式的风险 系数大于等于1 0 0 ，说明风险很高，所以须采取控制改进行动。 2 2风险 的控 制 2 2 1 传感器撞击感应板 机械原 因导 致传感器损坏 ，包 括减 震垫过渡压 缩 ，从而 导致传感 器撞 击感应 板。首先，通 过传感器 的振动 和坠 落试 验的验 证来控 制 ，保证在 正常的 安装或 运输过程 中 ，传 感器 不会损坏。其次，对于由于急停或轿厢冲击缓冲器时减震垫 过渡压缩的情况，在减震垫中增加支撑柱。支撑柱到内轿底 的距离为 ，传 感器 到感应板的距 离为 ，因为 明显小于 ， 所 以， 当减震垫过渡压缩时， 支撑 柱将率先接触并撑起 内轿底 ， 从而防止传感器撞击感应板。 2 2 2 内轿底局部受力超标 轿厢装修采用大理石等重材料及轿内人员集 中在一点， 使得内轿底局部受力超标。针对这个风险，首先考虑的方案是 增加 内轿底强度 ，但是轿内重量是随着乘客的重量和 装修 重量 变化的。因此，若想适应所有情况，就得把轿底强度做得很大， 但其成本就会很高。所以，一味增加强度不是一个好办法。经 过细致思考，采用再建一个内轿底参考面的方案，它能够反应 减震垫的变形 ，且不会 因为内轿底强度不足变形而变形 。 3 试 验验证 3 1定义风 险 用试验方法定义风险，减震垫无法过滤振动和噪声。减震 垫的下面是振动噪声源的输入端， 减震垫的上面， 即轿厢内轿底， 是振动噪声源 的输 出端 。因为在 同一 台样机上做测试，所以输 入端 的振动噪 声是相同的。因此 ，只要分别测试、对 比输出端 的振动噪声即可。用 P MT( 电梯振动噪声测试工具)分别测试 轿内的振动噪声，对测量的结果作傅里叶变换，对比结果如下： ( 1 )尽管在低频区间整体表现不如旧减震垫，但新减震垫 在整机系统固有频率 1 6 H z上表现好于 旧减震垫 ； ( 2 )新减 震垫在中、高频区 间的振动 噪音过滤能力 明显优 于旧减震垫 。 总之 ，新 减 震垫振动 噪音 过滤 能力优 于 旧减 震垫 ，通过 1 68 的遮 盖 ； ( 4 )混凝 土养护 期 间需进行 其它 作业 时，可掀开保 温层 施 工，但 当完成作业 后应尽 快恢 复保温 层 ； ( 5 )应控制 混凝 土 降温速度 不大于 1 5 d ，撤除保温 层时混凝士表面 与 大气温差应小于 1 5 ；( 6 )使用普通硅酸盐水泥不少于1 4 d ， 使用 其他水泥不少于 2 l d ，炎热天气适 当延 长 ； ( 7 )养护期 内 混凝土表面应始终保持热潮湿状态，对掺有膨胀剂的混凝 尤应富水养护。但气温低于5 时，不得浇水养护。 4 结束语 随着我国经济的不断发展及城镇化进程的推进，大体积 混凝土的应用范围逐步扩大。为确保建筑工程整体质量安全， 施工 企业 须采取相应 措施预 防大体 积混凝 土开裂 。在 实际施 工中，大体积混凝土结构裂缝产生的原因是复杂的，如何控 制大体积混凝土水化热的影响和结构物体内外温差是大体积 混凝土裂缝防治的关键。施工企业应在施工中采用多种预防 和处理措施控制裂缝的产生。 参考文献 1 王 德春，姜崇奎 大体积混凝土 开裂的原因分析及 防裂策略 J J 科 技 信息 ，2 0 1 2( 1 7 )： 3 6 7 3 6 7 试验排 除了风险。 3 2 通过试验验证方案的有效性 试 验通常是验证 设计方案最 有效的方法 ，表 1 ， 2 分别总结 了称 重传感器和复合减震 垫试验验证 的结果 。 表1 减震垫试验报告 描述 接受标准 结果 弹簧硬度试验 GB， r1 2 9 2 2 0 0 9 弹簧疲 劳试验 GB ， r 1 6 9 4 7 2 O O 9 热老化试验 E N G 0 0 0 8 4 通过 潮 湿老化试验 E NG0 0 0 8 5 静态 压缩模量试验 E N G 0 0 0 2 1 减震垫的孤立性 E N G 0 0 0 2 3 表2 传感器试验结果 描述 接受标准 结果 振 动试验 5 l 6 2 8 A 2 跌 落试验 5 1 6 2 8 A3 温湿试验 5 1 6 2 8 A5 通过 冷启动 5 】 6 2 8 A 8 电源通断试验 5l 6 2 8 A9 抗干扰试验 5 l 6 2 8 - A】 l I P试验 I EC 6 0 5 2 9 4 结束语 ( 1 )非接触感应式工作模式，自身无机械运行，无需改 变电梯轿厢结构。 ( 2 )复合型减震垫减震效果更优， 有效改善电梯运行质量。 ( 3 )新称重控制系统 具有 自学 习能力 ，现场 调试 方便 。 ( 4 )新称重系统体积小，安装方便，结构简单。 新的称重系统的贡献不仅如此，还展示 了中国电梯专业 人员的研发能力，说明中国人完全能够在掌握西方的研发成 果 的基 础 上，冲破 西方 的 技术 壁垒 。在 电梯 领域 不断创 新 ， 研 发 出国际领先的技术 成果。 参考文献 【 1 王云 午， 魏宗寿 基于 CA N 总线 的通信节点设计 J 现代 电子技术 ， 2 0 08 ， 3 】 ( 3)：7 2 - 7 4