大体积混凝土裂缝控制方法的研究

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摘　要：通过大体积混凝土温度变化机理，给出了大体积混凝土的结构计算温差及温度应力计算的方法；并对温度监测、施工措施进行了探讨。 结合工程实例，介绍了某大体积混凝土工程的裂缝控制方法。 关键词：大体积混凝土；裂缝控制；温度应力 大体积混凝土结构的截面尺寸较大，由外荷载引起裂缝的可能性很小，但水泥在水化反应中释放的水化热所产生的温度变化和混凝土收缩的共同作用，会产生较大的温度应力和收缩应力，将成为大体积混凝土结构出现裂缝的主要因素。 大体积混凝土工程的条件比较复杂，施工情况各异，加上混凝土原材料的材性差异较大，因此控制温度变形裂缝不是单纯的结构理论问题，而是涉及结构计算、构造设计、材料组成、物理力学性能及施工工艺等多学科的综合性问题。 玉带河畔大厦转换层采用2.0 m厚混凝土整板结构，根据工程特点，运用裂缝控制理论，研究裂缝原因，提出了施工防治措施，效果较好。 1工程概况 玉带河畔大厦占地面积1386m2 ，总建筑面积21804m2 ；地下一层，地上26层，建筑总高86. 6 m；是集商业、办公、住宅为一体的综合性建筑。 工程结构设计选用了转换层形式。 2转换层结构形式特征

转换层结构形式：第四层顶板为一块实心混凝土整板，将上部23层结构荷载过渡转换到板下框架体系。 转换层标高17. 1～19. 1 m，板厚2.0 m，转换层面积723m2 ，板内上下各两层设纵横双向Ф32mm、@200mm ×200mm 钢筋网片； 中间又有两层Ф22mm、@200mm ×200mm 钢筋网片； 网片间@600mm ×600mm，设Ф22mm立筋，混凝土总量1610m3 ，混凝土采用C50的商品混凝土。 板下框架柱网尺寸： 8.6 m ×8.8 m～8.4 m ×12 m不等。 转换板按施工组织设计分两层浇筑， 2 m厚C50混凝土转换板分二次浇筑，第一层先浇0. 8 m厚，等它达到90%设计强度后，再浇第二层1. 2 m厚混凝土。 结构符合规定：“结构断面最小尺寸在0。 8 m厚以上、水化热引起混凝土内的最高温度与外界气温之差预计超过25 ℃的混凝土，称为大体积混凝土”。 [ 1 ]11

3大体积混凝土施工 该工程转换层混凝土的施工在六月中旬，当地日平均温度在21℃左右，混凝土最高温度的峰值一般出现在混凝土浇筑后的第三天，对混凝土浇筑后的内部最高温度与气温温差要控制在25℃内，以免因温差和混凝土的收缩产生裂缝。 我们对混凝土质量控制指标提出如下要求： (1)采用水化热低的矿渣水泥；(2)掺入适量的Ⅰ级粉煤灰； (3)混凝土在满足泵送要求的坍落度的前提下，最大限度控制水灰比； (4)掺AEA微膨胀剂。 由于使用的是商品混凝土，厂家采用散装硅酸盐水泥，而且当地当时Ⅰ级粉煤灰紧缺，无法及时提供，因此，只能满足以上(3) 、(4)两条要求。 这样对解决混凝土早期温度应力和后期收缩应力问题，并控制混凝土裂缝的产生，提出了更高的技术要求，对此采取了以下混凝土裂缝控制措施。 3.1　混凝土温度的计算　 (1)混凝土的绝热温升[ 1 ]14 ： T = W ×Q 0 ×(1 - e- m t ) / cr 式中： T —混凝土的绝热温升( ℃) ； W —每m3水泥用量， W = 530 kg； Q 0 —每千克水泥最终水化热量( J /kg) ， 28 d的累计水化热Q 0 = 460 240 J /kg； c —混凝土比热容， c = 993.7 J / ( kg·K) ； r —混凝土密度， r = 2 400 kg /m3 ； t —混凝土龄期( d) ； m —常数，与水泥品种、浇筑时温度有关。 混凝土最高绝热温升： T max = 530 ×460 240 / (993.7 ×2 400) = 102. 28℃ (2)混凝土中心温度： T h = T j + T maxζ 式中： T h—混凝土中心温度( ℃) ； T j—混凝土浇筑温度( ℃) ； ζ—不同浇筑混凝土块厚度的温度系数，对1 m厚混凝土3d时ζ = 0.36。 (3)混凝土浇筑温度： 式中： T C —混凝土拌合温度(它与各种材料比热容及初温度有关) ，按多次测量资料，有日照时拌合温度比当时温度高4～6 ℃，无日照时拌合温度比当时温度高2～3 ℃，我们按3℃计； T P —混凝土浇筑时的室外温度，六月中旬，室外平均温度以21 ℃计； A 1 +A 2 +A 3 —温度损失系数[ 1 ]33。 其中混凝土装卸时，每次为0.032 (装车、出料二次计) ， A 1 = 0.032 ×2 = 0. 064；混凝土运输时， A 2 =Q t (Q为6 m3 滚动式搅拌车每min温升系数0.0042 (即- 0.0042) ，混凝土泵送不计； t为运输时间，以min计算，从商品混凝土公司到工地约30min) ；浇筑过程中A 3 =0.003 ×60 =0.18 (每次温度损失系数值取0.003，转运60次)。 则混凝土内部中心温度： 从温度计算得知，在混凝土浇筑后第三天内部实际温升为66℃，比当时室外温度( 21℃)高出45℃，必须采用相应的措施，防止大体积钢筋混凝土板因温差过大产生裂缝。 3.2　温度应力计算　 计算温度应力的假定： (1)混凝土等级为C50 ，水泥用量较大， 530 kg/m3 ； (2)混凝土配筋率较高，对控制裂缝有利； (3)底模对混凝土的约束可不考虑； (4)几何尺寸不算太大，水化热温升快，散热也快。 因此，降温与收缩的共同作用是引起混凝土开裂的主要因素。 先验算由温差和混凝土收缩所产生的温度应力σmax是否超过当时厚板的极限抗拉强度Rc 。 采用公式：式中： E —混凝土各龄期时对应的弹性模量Et = Ec (1 - e- 0。 9 t ) ( e = 2. 718自然对数的底， t - 混凝土龄期( d) ， Ec —混凝土28d时C50的弹性模量， Et = 3. 5 ×105 Mpa[ 1 ]26 ) ； a —混凝土的线膨胀系数1. 0 ×10- 5 ； L —结构长度， 本工程厚板长度L = 44 m； T —结构计算温度： 该厚板最大绝热温升T max =102.26 ℃，实际温升最高在混凝土浇筑后第三天T 3 = T max ×ζ= 102. 26 ℃ ×0。.36 = 36. 82 ℃； s —混凝土应力松弛系数[ 2 ] ； coshβ—是双曲余弦函数，其中 H —结构厚度，本工程厚板厚度H = 0。 8， H /L = 0. 8 /44 = 0。 018 ≤ 0. 2，符合计算假设； C x —混凝土板与支承面滑动阻力系数，对竹胶模板，比较砂质土的阻力系数，取C x = 30 N /mm2。 根据以上公式代入相应数据，得σmax = 1.18MPa≤1.89MPa， 可知不会因降温时收缩引起裂缝。 3.3　配制混凝土时，采取双掺技术　 (1)掺高效减水剂，使混凝土缓凝，要求初凝时间大于9h，以推迟水泥水化热峰值出现，使混凝土表面温度梯度减少； (2)加AEA微膨胀剂(掺量为水泥用量的10% )补偿混凝土收缩； (3)保证混凝土浇筑速度，不产生人为冷缩； (4)设加强带，在加强带处微膨胀剂掺量增加14%。 3.4　保温、保湿及补偿措施　 根据气象预报，拟浇筑三天后的均温为21℃。 为防止因混凝土内外温差超过25℃而开裂，经研究、比较，在不可能降低水泥用量、掺粉煤灰及选用矿渣水泥的条件下，采取下列措施。 (1)底模：除因模板支撑结构需要，满铺100mm ×50mm ×2000 mm木枋外，在木模板上满铺一层塑料薄膜，再铺一层竹胶板。 在浇筑前三天，浇水湿透； (2)在三层与转换板之间，四周用塑料编织布围护，使板下形成温棚，减少空气流动，达到保温作用； (3)在浇筑混凝土表面12h后，加塑料薄膜一层、麻袋二层覆盖； (4)设温度测试点，在有代表性的位置设测温点，随时了解混凝土浇筑后(特别是第二天)开始升、降温情况，随时准备增、减覆盖物； (5)加强对混凝土的保养，不断观察混凝土保湿状况，定时浇水保湿。 在浇筑第二层1.2 m厚混凝土3d后，混凝土内部温度达56 ℃，更要加强保温保湿措施。 考虑到第一层混凝土板对上面第二层温度变形的约束，除认真控制混凝土内外温差外，该板结构设计在1.2 m厚板下， 400 mm处，设一层Ф22mm、@200mm ×200mm的钢筋网片，以防上层混凝土变形时拉裂下层混凝土。 3.5　温度测试　 本工程采用建筑电子测温仪测温。 两次浇筑分别设了10个和7个测温断面，每个测温断面分别在上、中、下及覆盖层下埋设测温传感器，在浇筑混凝土后的5d内，每2h测读一次温度，同时监测气温。 实测结果与理论计算(中间断面点)对比如表1，可看出，理论计算与实测数据很接近，可作为以后制定保温保湿措施的依据。 4结束语 在不可能掺粉煤灰和不允许减少水泥用量的条件下，运用裂缝温度控制理论，找到影响裂缝的主要原因，采取有效措施。 。本工程转换板C50大体积混凝土施工，经质监部门验收，未出现裂缝，施工质量优良。 在结构工程的设计与施工中，对于大体积混凝土结构，为防止其产生温度裂缝，除需要在施工前进行认真计算外，还要做到在施工过程中采取一系列有效的技术措施。 各项技术措施并不是孤立的，而是相互联系、相互制约的，设计和施工中必须结合实际，全面考虑，合理采用，才能起到良好的效果。

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