论文部分内容阅读
摘要 大体积混凝土产生裂缝严重影响工程质量，本文以一个工程实例来说明如何采取温控措施，以理论与实际相结合的方法来加深对大体积混凝土温差控制方面的理解
关键词：大体积混凝土 裂缝 温控措施
Abstract: mass concrete crack the serious influence project quality, this paper presents a project example to illustrate how to take temperature control measures, in theory and practice method to deepen our understanding of the mass concrete temperature difference of control to understand
Keywords: mass concrete crack temperature control measures
中圖分类号：TV544+.91 文献标识码：A文章编号：
一、 引言
大体积混凝土因体量大，内部水化热高，对温度控制有较高的控制要求，根据《大体积混凝土施工规范》（GB50496-2009）第3.0.4条规定：
1、 混凝土浇筑体在入模温度基础上的温升值不宜大于50℃；
2、 混凝土浇体的里表温差（不含混凝土收缩的当量温度不宜大于25℃；
3、 混凝土浇筑体的降温速率不宜大于2.0℃/d。
根据此规定，大体积混凝土在施工前必须偏求专项施工技术方案，对温度等相关参数进行计算，并根据计算结果进行判断、调整，以确保工程质量。
二、 温控措施
1、 根据当地市场原材料供应情况，合理选择原材料，并进行配合比计算，根据配合比进行预拌试验，根据基准配合比及上、下浮动水灰比，进行对比试验，优选配合比。
2、 掺一定数量的粉煤灰，矿渣水泥及减水剂，以降低水化热。
3、 根据混凝土最终配合比进行绝热温升、里表温差、温度应力、综合降温差计算，依据计算结果进行表面保温层厚度计算。
4、 合理安排施工顺序及施工方法，可采用整体分层连续浇筑或推移式连续浇筑施工。
5、 做好现场温度监测工作，合理布置监测点，测定里表温差，降温速率及环境温度，根据测试情况采取应急措施，防止因温控数值出现异常情况处理不到位而造成质量事故。
6、 做好混凝土养护工作，当混凝土的表面温度与环境最大温度小于20℃时，可全部拆除。
三、工程实例：
下面以一个桥梁工程为例，具体说明温度参数计算过程。某桥梁工程，基础为桩基，承台为大体积混凝土，厚度1.50~3.10m,长度3.0~10.1 m不等，宽度1.5~4.5 m不等，为控制承台裂缝，计算结果如下：
配合比由商品混凝土公司提供，具体数据见下表：
1 混凝土温差计算
水泥水化热引起的绝热温升与混凝土单位体积中水泥用量和水泥品种有关，并随混凝土的龄期增长按指数关系增长，混凝土内部的最高温度多数发生在浇筑后的3-5天，一般在3-5天接近于最终绝热温升，在计算中取t=3
根据底板、承台要求选取计算模型为：坍落度160mm、混凝土入模温度28℃、大气平均温度28℃，
其他相关数据依据相应的数表查得。
本配合比采用水泥P.042.5水泥，最终水化热461KJ/kg。
1）、混凝土内部最终绝热温升Th
计算公式为Th =（WQ/Cr），Q=KQ1,K=k1+k2-1=0.94+0.93-1=0.87
(300+140)×461*0.87/(0.96×2400) ×1= 76.59℃
T(t)=TH×（1-e-mt）=76.59*0.684=52.39℃
W——水泥用量，含粉煤灰、矿渣的有效量；
Q——水泥的水化热401.07KJ/kg
C——混凝土的比热0.96J/（kg.K）
r——混凝土的容重2400kg/m³
m——与水泥品种、浇注时温度有关的经验系数，取0.384
t——龄期，d，取3天。
2）、混凝土拌和物的浇注温度
根据气候条件，混凝土浇注时大气温度按 28℃计算。
3）、混凝土内部中心实际最高温度（℃）Tmax
T1max=Tj+T（t）x=28+52.39×0.49=53.67℃，T2max=Tj+Thx=28+52.39×0.684=63.84℃
Tj——混凝土入模温度，取28.0℃
x—— 不同底板厚度，不同龄期的降温系数，取值（查表根据1.5M的板厚为0.49，3.1按内插法计算为0.684）
4）、混凝土的表面温度
Tb（t）=Tq+4h’（H-h’）DT（t）/H²
Tq——环境温度取28℃
DT（t）— 混凝土内部与外界气温之差
DT1（3）=T1max-Tq=53.67-28=25.67℃，DT2（3）=T2max-Tq=63.84-28=35.84℃
H——为底板计算厚度，底板以单面暴露于空气中的平板看待，混凝土基础底板实际厚度h1=1.5m,h2=3.1m。
h’——混凝土结构虚厚度h’=kl/b
k为计算折减系数，取0.666；混凝土导热系数l=2.33w/mk；b为保温层的传热系数，b=1/（∑（di/li）+1/bq），砼浇筑完后表覆盖一层塑料布养护，一层草栅，di为各种保温层的厚度，l为保温材料的导热系数，需要采取保温保湿养护 ，表面覆盖塑料薄膜，导热系数为0.035W/M.K, 草栅导热系数为0.05 W/M.K。
b=1/(0.0005/0.035+0.01/0.05+1/23)=3.88, 经计算h’=kl/b=0.666*2.33/3.88=0.40m，
则H1=h+2h’=1.5+2*0.40=2.3m; H2=h+2h’=3.1+2*0.40=3.9m
所以：
Tb1（t）= Tq+4h’（H1-h’）DT1（t）/H²
=28+4×0.40（2.3-0.4）×25.67/2.3²
=42.75℃
Tb2（t）= Tq+4h’（H2-h’）DT2（t）/H²
=28+4×0.40（3.9-0.4）×（63.84-28）/3.9
=41.20℃
5）、混凝土结构实体内外温差值
混凝土内、表最大温差DT1=53.67-42.75=10.92℃＜25℃；DT2=63.84-41.2=22.64＜25℃.
6）、混凝土表面温度与环境温度差值
DT3=42.75-28=14.75℃＜20℃，DT,4=41.2-28=13.2℃＜20℃，
符合规范要求。
根据上述计算，保温保湿采用0.5mm厚塑料布加10mm厚稻草栅。
.2大体积混凝土裂缝控制计算
由于混凝土的贯穿性或深层裂缝，主要是由温差和收缩引起过大的温度—收缩应力所造成的，为此对混凝土温度应力和收缩应力的安全性进行验算，以确保基础底板无危害性裂缝产生，保证底板混凝土的耐久性可满足工程质量要求。
1）、计算参数的确定
混凝土浇筑后3-5天内外温差较大，即此龄期的混凝土温度应力、收缩应力较大，所以龄期T=3d进行计算，其他参数取值同混凝土温控计算的各参数。
2）温度应力计算
σ=ΕtαΔT/(1-υ)S(t)Rk
σ—混凝土的温度（包括收缩）应力（Mpa）
Εt—混凝土龄期T=3时的弹性模量0.769×104N/mm2
α—混凝土的线膨胀系数，取10×10-6 ℃
ΔT—混凝土的最大综合降温差，按下式计算
ΔT=Tj+2/3T(t)+Ty(t)-Tq
Tj—混凝土的浇筑温度为28℃
T(t)—混凝土在龄期T=3时水化热绝热温升为52.39℃
Ty(t) —混凝土收缩当量温差；
Tq—混凝土浇筑时的大气平均温度为28℃
S(t) —考虑徐变影响的松弛系数，查表得0.57
Rk—混凝土外约束系数（考虑柱的约束影响，按一般偏上地基计算取Rk =0.70）
υ—混凝土的泊松比取0.15
Εt=Eh(1-e-0.09t)=3.25×104×(1- e-0.09×3)
=0.769×104 Mpa
其中：Eh为C40混凝土的弹性模量3.25×104Mpa
Ty(t) =εy(1-e-0.01t)×M1×M2×M3×…M11/α
=4.0×10-4×(1-e-0.03)×1.0×1.13×1.0×1.09×1.0×1.0×0.76×0.85×1.3×0.86×1.01÷（10×10-6）
=1.062
其中：εy混凝土在标准条件下极限收缩值4.0×10-4 ℃
M1、M2、M3、…M11为不同条件下修整系数，查得。
ΔT=Tj+2/3T(t)+Ty(t)-Tq
=28+2/3×52.39+1.062-28
=35.99℃
则σ=［ΕtαΔT/(1-υ)］ ×S(t)×Rk
=［0.769×104×10×10-6×35.99/(1-0.15) ］×0.57×0.70
=1.30Mpa＜ft/ k=2.39/1.15Mpa=2.08
（C40混凝土抗拉强度为2.39,K=1.15抗裂安全系数）
由计算可知，混凝土的抗裂度安全，不需要单独采取抗裂措施。
注：文章内所有公式及图表请用PDF形式查看。
关键词：大体积混凝土 裂缝 温控措施
Abstract: mass concrete crack the serious influence project quality, this paper presents a project example to illustrate how to take temperature control measures, in theory and practice method to deepen our understanding of the mass concrete temperature difference of control to understand
Keywords: mass concrete crack temperature control measures
中圖分类号：TV544+.91 文献标识码：A文章编号：
一、 引言
大体积混凝土因体量大，内部水化热高，对温度控制有较高的控制要求，根据《大体积混凝土施工规范》（GB50496-2009）第3.0.4条规定：
1、 混凝土浇筑体在入模温度基础上的温升值不宜大于50℃；
2、 混凝土浇体的里表温差（不含混凝土收缩的当量温度不宜大于25℃；
3、 混凝土浇筑体的降温速率不宜大于2.0℃/d。
根据此规定，大体积混凝土在施工前必须偏求专项施工技术方案，对温度等相关参数进行计算，并根据计算结果进行判断、调整，以确保工程质量。
二、 温控措施
1、 根据当地市场原材料供应情况，合理选择原材料，并进行配合比计算，根据配合比进行预拌试验，根据基准配合比及上、下浮动水灰比，进行对比试验，优选配合比。
2、 掺一定数量的粉煤灰，矿渣水泥及减水剂，以降低水化热。
3、 根据混凝土最终配合比进行绝热温升、里表温差、温度应力、综合降温差计算，依据计算结果进行表面保温层厚度计算。
4、 合理安排施工顺序及施工方法，可采用整体分层连续浇筑或推移式连续浇筑施工。
5、 做好现场温度监测工作，合理布置监测点，测定里表温差，降温速率及环境温度，根据测试情况采取应急措施，防止因温控数值出现异常情况处理不到位而造成质量事故。
6、 做好混凝土养护工作，当混凝土的表面温度与环境最大温度小于20℃时，可全部拆除。
三、工程实例：
下面以一个桥梁工程为例，具体说明温度参数计算过程。某桥梁工程，基础为桩基，承台为大体积混凝土，厚度1.50~3.10m,长度3.0~10.1 m不等，宽度1.5~4.5 m不等，为控制承台裂缝，计算结果如下：
配合比由商品混凝土公司提供，具体数据见下表：
1 混凝土温差计算
水泥水化热引起的绝热温升与混凝土单位体积中水泥用量和水泥品种有关，并随混凝土的龄期增长按指数关系增长，混凝土内部的最高温度多数发生在浇筑后的3-5天，一般在3-5天接近于最终绝热温升，在计算中取t=3
根据底板、承台要求选取计算模型为：坍落度160mm、混凝土入模温度28℃、大气平均温度28℃，
其他相关数据依据相应的数表查得。
本配合比采用水泥P.042.5水泥，最终水化热461KJ/kg。
1）、混凝土内部最终绝热温升Th
计算公式为Th =（WQ/Cr），Q=KQ1,K=k1+k2-1=0.94+0.93-1=0.87
(300+140)×461*0.87/(0.96×2400) ×1= 76.59℃
T(t)=TH×（1-e-mt）=76.59*0.684=52.39℃
W——水泥用量，含粉煤灰、矿渣的有效量；
Q——水泥的水化热401.07KJ/kg
C——混凝土的比热0.96J/（kg.K）
r——混凝土的容重2400kg/m³
m——与水泥品种、浇注时温度有关的经验系数，取0.384
t——龄期，d，取3天。
2）、混凝土拌和物的浇注温度
根据气候条件，混凝土浇注时大气温度按 28℃计算。
3）、混凝土内部中心实际最高温度（℃）Tmax
T1max=Tj+T（t）x=28+52.39×0.49=53.67℃，T2max=Tj+Thx=28+52.39×0.684=63.84℃
Tj——混凝土入模温度，取28.0℃
x—— 不同底板厚度，不同龄期的降温系数，取值（查表根据1.5M的板厚为0.49，3.1按内插法计算为0.684）
4）、混凝土的表面温度
Tb（t）=Tq+4h’（H-h’）DT（t）/H²
Tq——环境温度取28℃
DT（t）— 混凝土内部与外界气温之差
DT1（3）=T1max-Tq=53.67-28=25.67℃，DT2（3）=T2max-Tq=63.84-28=35.84℃
H——为底板计算厚度，底板以单面暴露于空气中的平板看待，混凝土基础底板实际厚度h1=1.5m,h2=3.1m。
h’——混凝土结构虚厚度h’=kl/b
k为计算折减系数，取0.666；混凝土导热系数l=2.33w/mk；b为保温层的传热系数，b=1/（∑（di/li）+1/bq），砼浇筑完后表覆盖一层塑料布养护，一层草栅，di为各种保温层的厚度，l为保温材料的导热系数，需要采取保温保湿养护 ，表面覆盖塑料薄膜，导热系数为0.035W/M.K, 草栅导热系数为0.05 W/M.K。
b=1/(0.0005/0.035+0.01/0.05+1/23)=3.88, 经计算h’=kl/b=0.666*2.33/3.88=0.40m，
则H1=h+2h’=1.5+2*0.40=2.3m; H2=h+2h’=3.1+2*0.40=3.9m
所以：
Tb1（t）= Tq+4h’（H1-h’）DT1（t）/H²
=28+4×0.40（2.3-0.4）×25.67/2.3²
=42.75℃
Tb2（t）= Tq+4h’（H2-h’）DT2（t）/H²
=28+4×0.40（3.9-0.4）×（63.84-28）/3.9
=41.20℃
5）、混凝土结构实体内外温差值
混凝土内、表最大温差DT1=53.67-42.75=10.92℃＜25℃；DT2=63.84-41.2=22.64＜25℃.
6）、混凝土表面温度与环境温度差值
DT3=42.75-28=14.75℃＜20℃，DT,4=41.2-28=13.2℃＜20℃，
符合规范要求。
根据上述计算，保温保湿采用0.5mm厚塑料布加10mm厚稻草栅。
.2大体积混凝土裂缝控制计算
由于混凝土的贯穿性或深层裂缝，主要是由温差和收缩引起过大的温度—收缩应力所造成的，为此对混凝土温度应力和收缩应力的安全性进行验算，以确保基础底板无危害性裂缝产生，保证底板混凝土的耐久性可满足工程质量要求。
1）、计算参数的确定
混凝土浇筑后3-5天内外温差较大，即此龄期的混凝土温度应力、收缩应力较大，所以龄期T=3d进行计算，其他参数取值同混凝土温控计算的各参数。
2）温度应力计算
σ=ΕtαΔT/(1-υ)S(t)Rk
σ—混凝土的温度（包括收缩）应力（Mpa）
Εt—混凝土龄期T=3时的弹性模量0.769×104N/mm2
α—混凝土的线膨胀系数，取10×10-6 ℃
ΔT—混凝土的最大综合降温差，按下式计算
ΔT=Tj+2/3T(t)+Ty(t)-Tq
Tj—混凝土的浇筑温度为28℃
T(t)—混凝土在龄期T=3时水化热绝热温升为52.39℃
Ty(t) —混凝土收缩当量温差；
Tq—混凝土浇筑时的大气平均温度为28℃
S(t) —考虑徐变影响的松弛系数，查表得0.57
Rk—混凝土外约束系数（考虑柱的约束影响，按一般偏上地基计算取Rk =0.70）
υ—混凝土的泊松比取0.15
Εt=Eh(1-e-0.09t)=3.25×104×(1- e-0.09×3)
=0.769×104 Mpa
其中：Eh为C40混凝土的弹性模量3.25×104Mpa
Ty(t) =εy(1-e-0.01t)×M1×M2×M3×…M11/α
=4.0×10-4×(1-e-0.03)×1.0×1.13×1.0×1.09×1.0×1.0×0.76×0.85×1.3×0.86×1.01÷（10×10-6）
=1.062
其中：εy混凝土在标准条件下极限收缩值4.0×10-4 ℃
M1、M2、M3、…M11为不同条件下修整系数，查得。
ΔT=Tj+2/3T(t)+Ty(t)-Tq
=28+2/3×52.39+1.062-28
=35.99℃
则σ=［ΕtαΔT/(1-υ)］ ×S(t)×Rk
=［0.769×104×10×10-6×35.99/(1-0.15) ］×0.57×0.70
=1.30Mpa＜ft/ k=2.39/1.15Mpa=2.08
（C40混凝土抗拉强度为2.39,K=1.15抗裂安全系数）
由计算可知，混凝土的抗裂度安全，不需要单独采取抗裂措施。
注：文章内所有公式及图表请用PDF形式查看。