大體積混凝土溫度裂縫計(jì)算及控制

盛文仲

(中冶南方工程技術(shù)有限公司，湖北武漢 430223)

1 混凝土溫度裂縫計(jì)算

采用商品混凝土站供應(yīng)，拌合出料溫度不小于10℃，入模溫度T≥5℃。水泥發(fā)熱量:Q=461 kJ/kg;混凝土比熱:0.96 J/(kg·℃)。混凝土配比如表1所示。

表1 混凝土配比 kg/m3

1.1 混凝土內(nèi)部中心溫度(絕熱溫升)計(jì)算

1)混凝土的最高絕熱溫升。

Tmax=T+W/10=5+486×1.15/10=61 ℃。

混凝土3 d，7 d的絕熱溫升分別為:

T(t)=Tmax(1 －e－mt)。其中，m=0.013;t為混凝土齡期，h。

T(3)=37℃。

T(7)=54℃。

2)混凝土內(nèi)部中心溫度計(jì)算。

大體積混凝土內(nèi)實(shí)際最高溫度(按5.7 m計(jì)算厚度):

T1max=T+T(t)×ξ。

其中，ξ為不同澆筑塊厚度的溫降系數(shù)，3 d取0.7，7 d取0.68。3 d:Tmax=5+37 ×0.7=30.9 ℃，7 d:Tmax=5+54 ×0.68=41.72 ℃。

1.2 表面溫度計(jì)算(考慮混凝土表面覆蓋一層草袋，周邊設(shè)兩層帆布)

Tb=Tq+4h′(H － h′)ΔT/H2。

其中，H 為混凝土的計(jì)算厚度，H=5.7+2h′=6.7 m;h為混凝土的實(shí)際厚度，5.7 m;h′為混凝土的虛厚度，h′=kλ/V=0.666 ×2.33/3.112=0.5 m，λ 為混凝土的導(dǎo)熱系數(shù)，取 2.33 W/(m·K)，V為模板及保溫層的傳熱系數(shù)，W/(m2·K)，V=1/(∑δi/αi+Rw)=1/(0.018/0.17+0.01/0.058+0.043)=1/0.321=3.112。ΔT(t)為各齡期混凝土內(nèi)最高氣溫與外界氣溫之差。

ΔT(3)=Tmax－Tq=30.9－8=22.9 ℃。

ΔT(7)=Tmax－Tq=41.72 －8=33.72。

則3 d表面溫度為 Tb(3)=8+0.5×4×(4.4－0.5)×22.9/4.42=17.2 ℃。

7 d表面溫度為T(mén)b(7)=8+0.5×4×(4.4－0.5)×33.7/4.42=21.6 ℃。

1.3 體積內(nèi)外溫差引起的溫度應(yīng)力

1)各齡期的混凝土的彈性模量:

E(13)=E0(1 － e－0.09t)=3.45 ×104×0.236=8.163 ×103N/mm2。

E(17)=E0(1 － e－0.09t)=3.45 ×104×0.467=1.613 ×104N/mm2。

2)混凝土的二維溫度應(yīng)力計(jì)算式如下:

σ =E(1t)αΔTsh(t)Rk/(1－μ)。

混凝土的最大綜合溫度差:

3 d為ΔT=T0+2×T(15)/3+T1(t)=5+2×37/3+2=31.667 ℃。

7 d為ΔT=T0+2×T(15)/3+T1(t)=5+2×54/3+2=43℃。

混凝土的松弛系數(shù) sh(t)，3 d 取0.57，7 d 取0.502;

混凝土的外約束系數(shù)Rk取0.3;

混凝土的泊松比μ取0.15。

則3 d應(yīng)力為 σ =8.163×103×10－5×31.667×0.57 ×0.3/(1 －0.15)=0.52 MPa。

7 d應(yīng)力為 σ =1.613×104×10－5×43×0.502×0.3/(1－0.15)=1.22 MPa，符合要求。

結(jié)論:從3 d及7 d的計(jì)算結(jié)果可以看出，3 d時(shí)混凝土內(nèi)外溫差相差7℃，7 d時(shí)混凝土內(nèi)外溫差相差21℃，在此養(yǎng)護(hù)保溫條件下，能夠保證混凝土的冬季施工質(zhì)量，再加上冷卻循環(huán)水管不斷的進(jìn)行降溫，使內(nèi)外溫差進(jìn)一步縮小，保證混凝土澆筑后的質(zhì)量控制。

2 基礎(chǔ)混凝土塊體內(nèi)循環(huán)水導(dǎo)熱降溫

2.1 循環(huán)水溫要求

承臺(tái)混凝土塊體內(nèi)敷設(shè)φ50@2 m循環(huán)水管，利用循環(huán)水將混凝土塊體內(nèi)的熱量帶出。為避免產(chǎn)生不良效應(yīng)，循環(huán)水進(jìn)水溫度不宜低于所測(cè)塊體最低溫度的平均值，且與塊體內(nèi)所測(cè)最高溫度之差不超過(guò)25℃。而循環(huán)水的進(jìn)出水溫差，升溫階段不大于20℃;降溫階段應(yīng)控制在10℃左右。采用循環(huán)水導(dǎo)熱降溫后，應(yīng)控制混凝土內(nèi)部降溫速率不大于1.5℃/d。

2.2 溫度監(jiān)控

塊體基礎(chǔ)大體積混凝土的養(yǎng)護(hù)效果，關(guān)鍵在溫度監(jiān)控。

一般情況下溫控指標(biāo)不大于以下數(shù)值:混凝土澆筑塊體內(nèi)的最大溫升值為35℃;混凝土澆筑塊體的里外溫差不大于25℃;混凝土澆筑塊體的降溫速度控制在1.5℃/d以內(nèi)。

養(yǎng)護(hù)階段的溫度監(jiān)測(cè)采用水銀溫度計(jì)，監(jiān)測(cè)點(diǎn)布置圖及監(jiān)測(cè)點(diǎn)詳見(jiàn)圖1，圖2。

溫度監(jiān)測(cè)過(guò)程主要記錄或反映在養(yǎng)護(hù)過(guò)程中混凝土塊體各部位的升降溫情況、里外溫差、降溫速度及環(huán)境溫度等。

監(jiān)測(cè)的頻度:混凝土澆筑完畢的當(dāng)天即進(jìn)行量測(cè)，前7 d，每6 h測(cè)溫一次，以后每天2次;以量測(cè)的數(shù)據(jù)或監(jiān)測(cè)資料為依據(jù)及時(shí)調(diào)整溫控措施。保溫養(yǎng)護(hù)的持續(xù)時(shí)間和循環(huán)水導(dǎo)熱降溫的持續(xù)時(shí)間，均視溫度監(jiān)測(cè)結(jié)果而定。

圖1 溫度監(jiān)測(cè)點(diǎn)平面布置圖

圖2 測(cè)溫管布置點(diǎn)圖

2.3 混凝土塊體養(yǎng)護(hù)的后期處理

1)保溫保濕養(yǎng)護(hù)的持續(xù)時(shí)間一般不少于15 d，確切時(shí)間視溫度監(jiān)測(cè)結(jié)果，并結(jié)合實(shí)時(shí)氣溫而定。當(dāng)混凝土里表溫差不大于20℃時(shí)，可選擇適宜時(shí)機(jī)拆除保溫棚。拆除保溫棚前特別留意天氣變化，必須保證3 d內(nèi)不出現(xiàn)強(qiáng)降溫天氣。

2)保溫棚拆除后立即回填四周基坑，而承臺(tái)上部外露面則覆蓋兩層草袋，上再蒙一層塑料薄膜，進(jìn)行后期養(yǎng)護(hù)。

3 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)對(duì)大體積混凝土溫度下降的控制，使其不會(huì)因?yàn)樗嗨療?，外界氣溫變化，混凝土的收縮而產(chǎn)生裂縫，影響結(jié)構(gòu)安全和正常使用，保證施工質(zhì)量。

［1］ 王鐵夢(mèng).工程結(jié)構(gòu)裂縫控制［M］.北京:中國(guó)建筑工業(yè)出版社，1997.

［2］ 《建筑施工手冊(cè)》編寫(xiě)組.建筑施工手冊(cè)［M］.第4版.北京:中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2003.

［3］ 劉秉京.混凝土技術(shù)［M］.北京:人民交通出版社，2004.

［4］ 朱伯芳.大體積混凝土的溫度應(yīng)力與溫度控制［M］.北京:中國(guó)電力出版社，1999.

［5］ 侯景鵬，熊 杰，袁 勇.大體積混凝土溫度控制與現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)［J］.混凝土，2004(5):88-89.

［6］ 梁 文.簡(jiǎn)析大體積混凝土裂縫的控制［J］.山西建筑，2011，37(5):91-92.