浅析大体积混凝土降温保温措施浅析大体积混凝土降温保温措施

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工学院土木工程系 土木工程施工课程小论文 题 目 浅析大体积混凝土降温保温措施 学生姓名 泮 伟 志 学 号 09134119 班 级 土 木 091 指导教师 王 伟 成 绩 完成日期 2012 浅析大体积混凝土 温控 措施 摘要 本论文以大体积混凝土保温降温为研究对象。在大体积混凝土工程中,温度 应力及温度控制具有重要意义。大体积混凝土浇筑后水泥水化热不易散发,混凝土内部温度显著升高,造成混凝土内外温差较大,混凝土表面易产生裂缝 。降温阶段,混凝土逐渐散热收缩,混凝土内部易出现贯穿性裂缝。总之混凝土的升降温过程会引起混凝土内部应力剧烈变化而导致结构混凝土产生有害裂缝。因此,温度应力的分析、温度的控制和防止裂缝的措施,是混凝土结构设计、施工十分重要的课题。 主要研究内容包括 ( 1) 大体积混凝土工程中温度裂缝的危害和它的形成机理,论证了大体积混凝土 温控 措施的必要性和可行性; ( 2) 大体积混凝土 温控 措施研 究; ( 3) 通过以上研究提出大体积混凝土 温控 措施技术建议。 关键词 大体积混凝土 温控 措施 1、 大体积混凝土的界定 所谓大体积混凝土 [1],一般理解为尺寸较大的混凝土,大体积混凝土施工规范( 的定义混凝土结构实物最小几何尺寸不小于 1m 大体量混凝土 ,或预计会因混凝土中胶凝材料水化引起的温度变化和收缩而导致有裂缝产生的混凝土 。 2、大体积混凝土病害分析 大体积混凝土,具有结构厚、体型大、钢筋密 、混凝土用量多、工程条件复杂和施工技术要求高等 特点。除了必须满足强度、、刚度、整体性和耐久性要求以外还必须控制温度变形裂缝的开展。由于大体积混凝土截面大,水泥用量多,水泥水化释放的水化热会产生较大的温度变化,由此形成的温度应力及混凝土的收缩是施工阶段产生裂缝的主要原因 [2]。 这种裂缝主要有以下四种 ( 1) 混凝土浇筑初期升温阶段,水化产生大量水化热,使混凝土的温度上升很快,混凝土表面散 热条件较好,热量可向大气中散发,温度上升较小;混凝土内部由于其传热系数较小,热量散发较小,温度上升较多,这样就形成了内外温度梯度,导致内约束,其结果是混凝土内部产生压应力,面层 产生拉应力,当该拉应力超过混凝土的抗拉强度时,混凝土表面产生裂缝。 ( 2) 混凝土硬化后期降温阶段(一般为混凝土浇筑 34 天后),水泥水化热基本已全部释放,混凝土从最高温度逐渐降温,产生冷缩。由于存在较大的内外温度差,混凝土内部温度下降较多,外部降温数值较小,导致外约束,使得内部混凝土中形成较大的拉应力而导致开裂 。 ( 3) 在升温阶段,由于混凝土没有硬化产生强度,故地基、基础等边界条件对其不形成约束应力。在降温阶段,混凝土已硬化产生了强度并且与边界条件形成一体,当混凝土冷缩时,受到边界 条件的约束,产生拉应力而导致开裂 ( 4) 混凝 土的收缩(干缩)受到边界条件的约束产生拉应力而导致开裂。 后三种裂缝严重时会形成贯穿裂缝,破坏结构的整体性、耐久性和防水性,影响正常使用。 3、大体积混凝土温控措施 为了保证大体积混凝土施工质量,其一是通过调整混凝土配合比,使混凝土在水化及硬化过程中尽量减少收缩;其二是采取适当的工艺措施,降低大体积 混凝土的内部温升及内外温差,最大降低混凝土的冷缩值及内外温差应力。 选原材料 混凝土原材料、配合比选择是大体积混凝土温控工作的首要环节。 泥 由于温差主要是由水化热产生的,所以为了减少温差 就要尽量降低水化热,为了降低水化热,要尽量采取水化热低的水泥。由表 3知矿渣硅酸盐水泥的水化热低,对于大体积混凝土宜采用矿渣硅酸盐水泥。 表 3泥的水化热 [3] 28 天发热量 单位水泥 28 天的累积水化热( J/ 水泥标号 325 425 525 普通硅酸盐 288700 376560 460240 矿渣硅酸盐 247000 3347220 混凝土的强度等级越高,水化热通常也越高,产生裂缝的概率就越高。在地下室外墙施工中,除了保证设计要求的条件下尽量降低混凝土的强度等级以减少水化热 外,还应该充分利用混凝土的后期强度。 实验数据表明,水化热与水泥 用量成正比,每立方米的混凝土中水泥用量每增减 10泥水化热使混凝土的温度相应升降 1℃。因此,可通过采取适当的措施减少水泥用量来控制混凝土的温升,降低温度应力,减少混凝土开裂的可能性。 料 ( 1)粗骨料 宜采用连续级配。 尽量扩大粗骨料的粒径,因为粗骨料粒径越大,级配越好,孔隙率越小,总表面积越小,每立方米的用水泥砂浆量和水泥用量就小,水化热随之降低,对防止裂缝的产生有利。 ( 2)细骨料 宜选用 中砂 ,并且对砂进行过筛,严格控制砂子 的含泥量不超过 2%,这是由于含泥量对于混凝土的抗拉强度与收缩都有很大的影响,在某些控制不是很严格的情况下,振捣混凝土的过程会发现有泥块,这会降低混凝土的抗拉强度,引起结构的严重开裂。 加剂 加入外加剂后能减少混凝土收缩开裂的机会,采用高效减水剂,可起减水、缓凝、引气的作用,对改善混凝土的和易性,可泵性、提高混凝土的耐久性十分有利,同时达到了降低水灰比,延缓混凝土放热峰值出现的时间,从而减少裂缝出现的机率的作用 。 物掺合料 矿物掺合料包括粉煤灰、矿渣。硅灰、沸石芬等,矿物掺合料的加入可以明显降低交接材料的水化热,但是矿物掺合料的种类、数量及掺和方式的不同,水化热差别很大。 凝土的拌制、运输 混凝土的拌制、运输必须满足连续浇筑施工以及尽量降低混凝土的出罐温度等方面的要求 。可以采取以下措施 [4] ( 1) 尽量缩短混凝土运输时间,以减少水化热的继续温升; ( 2) 尽可能安排混凝土的搅拌、浇筑在夜间进行; ( 3) 混凝土搅拌场站宜对砂、石骨料采取遮阳、送冷风, 石骨料用水冲洗降温等措施 对拌合物进行冷却降温。 ( 4) 必要时可以对拌合水加冰降温 或用地下水拌和 ; ( 5) 对混凝土运输车采取隔热措施车顶设遮阳蓬、车辆两侧设保温被,甚至拌合楼停车处设喷雾设施,以减少混凝土外界温度倒灌; 凝土 浇筑 、振捣 凝土的浇筑 混凝土浇筑采用分层浇筑 ,可以加快热量散发并使温度的分布较均匀。一般有三种浇筑方案 [5],见图 3 ③ ② ① 图 3面分层 ④ ③ ② ① 图 3段分层 图 3面分层 凝土振捣 混凝土终凝前采用二次振捣法,排除混凝土因泌水在粗骨料及水平钢筋下部生成的水分和空隙,提高混凝土与钢筋的握裹力,并防止因混凝土沉落而出现的裂缝,提高混凝土抗裂性能。 3. 4 混凝土养护 混凝土浇筑 12h 以后的养护是防止其产生裂缝大的重要措施,因此及时养护 [6]]对新浇筑的混凝土的保护是必须的。 ( 1) 水浴法大体积混凝土构筑物在夏季施工中遇到的突出矛盾是在强烈的日光照射下,干燥混凝土表面温度可达到 60℃之高,采取水浴法施工不仅能提供混凝土强度发展中所需要的用水,满足养护要求,而且从构筑物顶部流经构筑物表面,带走大 量热量,防止骤热引起温度裂缝。 ① ⑤ ② ④ ③ ( 2) 蓄水法为了控制混凝土内外温差,避免混凝土开裂,在构筑物表面蓄有一定高度的水,由于水有一定的隔热保温效果,可以推迟混凝土内部水化热温度的迅速失散,从而有效地控制混凝土表面温度与内部中心温度的差值。 ( 3) 保温法工程实践证明,大体积混凝土常见的裂缝,较多发生在早期。这是因为早期混凝土内由于水泥水化热反应升温很高,拆模后表面温度降低,在表面 部位形成了很陡的温度梯度,发生很大的拉应力,早期混凝土强度较低从而导致裂缝产生。另外,在冬季负温季节或早春晚秋气温骤降频繁时节,也易形成裂缝。鉴于以 上情况,利用保温材料如 发泡乙烯提高新浇筑的混凝土表面和四周温度,减少混凝土的内外温差,是一项简单有效的温度控制方法。在气温骤降 期间 ,推迟拆模时间也是经济 可行的保温措施。 环冷却管道 在混凝土结构内安装经计算的循环管道,在外部设置晾水池,混凝土浇捣及养护过程通过冷却水带走热量。该方法成熟,广泛应用于国内的大体积混凝土施工。 杭州市文晖路跨铁路立交桥承台大体积混凝土 施工 [6]采用冷却水降温系统,计算 3d 时绝热温升为 水泥产生水化热引起的混凝土线涨量为 温度,冷却水降温后混凝土内实测温度 混凝土线涨量为 少率为 35%。混凝土温升产生的水化热为 低水化热 除率为 35%。 循环管道散热降温施工具有主动性,可操作性强,改善了被动保温的常规做法,降低了施工难度,减少了工程分险。 目前,我国大体积混凝土温控技术日趋成熟,但优化混凝土配合比受当地技术条件限制;冰水混凝土造价高昂;循环管道 冷却法工艺复杂工期较长。这些方法很难在质量、工期及费用上达成统一。 我在总结了大体积混凝土 温控措施后,经过思考,提出以下改进建议 ( 1) 采用鼓风机 冷却管道降温措施对竖向构件进行降温。如在大体积混凝土柱子设置竖向管道,通过鼓风机产生大风,降低内部温度。 ( 2) 可以 在混凝土拌和时加入液氮或干冰,降低混凝土入模时温度。 参考文献 [1]大体积混凝土施工规范 中国计划出版社 2009 [2]侯雁南 大体积混凝土裂缝控制及处理措施研究 2007 [3]线登州 大体积混凝土施工温度控制 2002 [4] 金作利 孙保奎 王辉 环境温度对大体积混凝土施工的影响与控制 建筑技术开发 2006 [5]刘宗仁 王士川 土木工程施工 高等教育出版社 2008 [6]姜维志 杭州市文晖路跨铁路立交桥承台大体积混凝土“內降外保”施工技术 2007
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