混凝土施工温度分析

混凝土施工温度分析（共12篇）

混凝土施工温度分析 篇1

随着高层建筑的日益增多, 混凝土在现代工程建设中占有重要地位。目前, 混凝土的裂缝问题较为普遍, 引起裂缝最主要原因就是混凝土温度应力的变化。

在大体积混凝土中, 温度应力及温度控制具有重要意义。在施工中常常出现温度裂缝, 影响到结构的整体性和耐久性。以下对施工中混凝土裂缝产生的原因和处理措施进行探讨。

一、裂缝的原因

混凝土中产生裂缝有多种原因, 主要是温度和湿度的变化, 混凝土的脆性和不均匀性以及结构不合理, 原材料不合格 (如碱骨料反应) , 模板变形, 基础不均匀沉降等。

混凝土硬化期间水泥释放出大量水化热, 内部温度不断上升, 在混凝土表面引起拉应力。后期在降温过程中, 由于受到基础或旧混凝土的约束, 又会在混凝土内部出现拉应力。气温的降低也会在混凝土表面引起很大的拉应力。当这些拉应力超出混凝土的抗裂能力时, 即会出现裂缝。再有混凝土的内部湿度变化很小或变化缓慢, 但表面湿度可能变化较大或发生剧烈变化。如养护不到、时干时湿, 表面干缩变形受到内部混凝土的约束, 导致混凝土出现裂缝。而混凝土是一种脆性材料, 抗拉强度仅为抗压强度的十分之一左右。

二、温度的控制和防止裂缝的措施

为了防止裂缝, 减轻温度应力可以从控制温度和改善约束条件两个方面着手。

控制温度的措施如下:

(1) 采用改善骨料级配, 用干硬性混凝土, 参混合料, 加引气剂或塑化剂等措施以减少混凝土中的水泥用量。

(2) 拌合混凝土加水或用水将碎石冷却以降低混凝土的浇注温度。

(3) 热天浇注混凝土时减少浇注厚度, 利用浇注层面散热。

(4) 在混凝土中埋设水管, 通入循环冷水降温。

(5) 规定合理的拆模时间, 气温骤降时进行表面保温, 以免混凝土表面发生急剧的温度梯度。

(6) 施工中长期暴露的混凝土浇注块表面或薄壁结构, 在寒冷季节采取保温措施。

改善约束条件的措施:

(1) 合理的分缝分块。

(2) 避免基础过大起伏。

(3) 合理的安排施工工序, 避免过大的高差和侧面长期暴露。此外, 改善混凝土的性能, 提高抗裂能力, 加强养护, 防止表面干缩, 特别是保证混凝土的质量对防止裂缝是十分重要的, 应特别注意避免产生贯通裂缝。

在混凝土的施工中, 为了提高模板的周转率, 往往要求新浇注的混凝土尽早拆模。当混凝土温度高于气温时应适当考虑拆模时间, 以免引起混凝土表面的早期裂缝。新浇注混凝土早期拆模, 在表面引起很大的拉应力, 出现“温度冲击”现象。在混凝土浇注初期, 由于水化热的散发, 表面引起相当大的拉应力, 此时表面温度亦较气温为高, 此时拆除模版, 表面温度骤降, 必然引起温度梯度, 从而在表面附加一拉应力, 与水化热应力叠加, 再加上混凝土干缩, 表面的拉应力达到很大的数值, 就有导致裂缝的危险。但如果在拆除模板后及时在表面覆盖一轻型保温材料, 如泡沫海棉等, 对于防止混凝土表面产生过大的拉应力具有显著的效果。加筋对大体积混凝土的温度应力影响很小, 因为大体积混凝土的含筋率极低, 只是对一般钢筋混凝土有影响。在温度不太高及应力低于屈服极限的条件下, 钢筋的各项性能是稳定的, 而与应力状态、时间及温度无关。钢筋的线膨胀系数与混凝土线膨胀系数相差很小, 在温度变化时两者间只发生很小的内应力。由于钢筋的弹性模量为混凝土弹性模量的7～15倍, 当混凝土应力达到抗拉强度而开裂时, 钢筋的应力不超过10～20N毫米。因此, 在混凝土中想要利用钢筋来防止细小裂缝的出现很困难。但加筋后结构内的裂缝一般就变得数目多、间距小、宽度与深度较小。而且如果钢筋的直径细而间距密时, 对提高混凝土抗裂性的效果较好。混凝土和钢筋混凝土结构的表面常常会发生细而浅的裂缝, 其中大多数属于干缩裂缝。虽然这种裂缝一般都较浅, 但它对结构的强度和耐久性仍有一定的影响。

为保证混凝土工程质量, 防止开裂, 提高混凝土的耐久性, 正确使用外加剂也是减少开裂的措施之一。例如使用减水防裂剂, 其主要作用表现为:

(1) 混凝土中存在大量毛细孔道, 水蒸发后毛细管中产生毛细管张力, 使混凝土干缩变形。增大毛细孔径可降低毛细管表面张力, 但会使混凝土强度降低。

(2) 水灰比是影响混凝土收缩的重要因素, 使用减水防裂剂可使混凝土用水量减少25%。

(3) 水泥用量也是影响混凝土收缩率的重要因素, 掺加减水防裂剂的混凝土在保持混凝土强度的条件下可减少15%的水泥用量, 其体积用增加骨料用量来补充。

(4) 减水防裂剂可以改善水泥浆的稠度, 减少混凝土沁水, 减少沉缩变形。

(5) 提高水泥浆与骨料的粘结力, 提高混凝土抗裂性能。

(6) 混凝土在收缩时受到约束产生拉应力, 当拉应力大于混凝土抗拉强度时裂缝就会产生。减水防裂剂可有效的提高混凝土的抗拉强度, 从而达到提高混凝土的抗裂性能。

(7) 掺加外加剂可使混凝土密实性好, 可有效地提高混凝土的抗碳化性, 减少碳化收缩。

(8) 掺减水防裂剂后混凝土缓凝时间适当, 在有效防止水泥迅速水化放热基础上, 避免因水泥长期不凝而带来的塑性收缩增加。

(9) 掺外加剂混凝土和易性好, 表面易摸平, 形成微膜, 减少水分蒸发, 减少干燥收缩。

许多外加剂都有缓凝、增加和易性、改善塑性的功能, 在工程实践中应多进行这方面的实验对比和研究, 比单纯的靠改善外部条件可能会更加简捷、经济。

具体施工中要靠我们多观察、多比较, 出现问题后多分析、多总结, 结合多种预防处理措施, 混凝土的裂缝是完全可以避免的。

混凝土施工温度分析 篇2

【摘要】：主要阐述泵送混凝土施工中温度裂缝存在的问题并进行原因分析，提出控制和防止温度裂缝的有效措施，提高混凝土浇筑质量。

关键词：泵送混凝土 温度裂缝 原因分析 控制措施

1、前言

随着建筑技术的不断发展，泵送混凝土施工技术得到普及和应用。泵送混凝土不仅能改善混凝土的施工性能，对薄壁密筋结构少振捣或不振捣施工，具有提高抗渗性、改善耐久性特点。同时，泵送混凝土骨料级配的限制，胶凝材料的大量使用，产生大量的水化热，造成温度裂缝普遍存在，在一定程度上影响结构的抗渗性和耐久性，应当引起足够的重视。为此，现就温度裂缝产生原因及如何有效控制裂缝的出现和发展，谈几点粗浅的认识。

2、温度裂缝产生原因及特征

（1）、温度裂缝产生的主要原因：一是由于温差较大引起的，砼结构在硬化期间水泥放出大量水化热，内部温度不断上升，使砼表面和内部温差较大，砼内部膨胀高于外部，此时砼表面将受到很大的拉应力，而砼的早期抗拉强度很低，因而出现裂缝。这种温差一般仅在表面处较大，离开表面就很快减弱，因此裂缝只在接近表面的范围内发生，表面层以下结构仍保持完整。二是由结构温差较大，受到外界的约束引起的，当大体积砼浇筑在约束地基（例如桩基）上时，又没有采取特殊措施降低，放松或取消约束，或根本无法消除约束，易发生深进，直至贯穿的温度裂缝。

（2）、温度裂缝形成的过程：一般（人为）分为三个时期：一是初期裂缝，就是在砼浇筑的升温期，由于水化热使砼浇筑后2-3天温度急剧上升，内热外冷引起“约束力”，超过砼抗拉强度引起裂缝。二是中期裂缝，就是水化热降温期，当水化热升温到达峰值后逐渐下降，水化热散尽时结构物的温度接近环境温度，此间结构物温度引起“外约束力”，超过砼抗拉强度引起裂缝。三是后期裂缝，当砼接近周围环境条件之后保持相对稳定，而当环境条件下剧变时，由于砼为不良导体，形成温度梯度，当温度梯度较大时，砼产生裂缝。

（3）、温度裂缝特征： 温度裂缝的走向通常无一定规律，大面积结构裂缝常纵横交错；梁板类长度尺寸较大的结构，裂缝多平行于短边；深入和贯穿性的温度裂缝一般与短边方向

平行或接近平行，裂缝沿着长边分段出现，中间较密。裂缝宽度大小不一，受温度变化影响较为明显，冬季较宽，夏季较窄。高温膨胀引起的混凝土温度裂缝是通常中间粗两端细。

3、影响因素和防治措施

温度裂缝的影响因素是多方面的，其中混凝土内部的温度与混凝土厚度及水泥品种、用量有关。混凝土越厚，水泥用量越大，水化热越高的水泥，其内部温度越高，形成温度应力越大，产生裂缝的可能性越大。

对于大体积混凝土，其形成的温度应力与其结构尺寸相关，在一定尺寸范围内，混凝土结构尺寸越大，温度应力也越大，因而引起裂缝的危险性也越大，这就是大体积混凝土易产生温度裂缝的主要原因。因此防止大体积混凝土出现裂缝最根本的措施就是控制混凝土内部和表面的温度差。

温度裂缝的产生一般是不可避免的，重要的是如何把其控制在规范允许的范围之内，要进行有效的控制，就必须进行科学选材，科学配比，科学施工，以保证控制的准确性。

3．1 混凝土原材料及配合比的选用

(1)尽量选用低热或中热水泥，减少水泥用量。大体积钢筋混凝土引起裂缝的主要原因是水泥水化热的大量积聚，使混凝土出现早期升温和后期降温，产生内部和表面的温差。减少温差的措施是选用中热硅酸盐水泥或低热矿渣硅酸盐水泥，在掺加泵送剂或粉煤灰时，也可选用矿渣硅酸盐水泥。再有，可充分利用混凝土后期强度，以减少水泥用量。改善骨料级配，掺加粉煤灰或高效减水剂等来减少水泥用量,降低水化热。

(2)选择优化配合比

选用良好级配的骨料，严格控制砂石质量，降低水灰比，并在砼中掺加粉煤灰和外加剂等，以降低水泥用量，减少水化热，以降低砼温升，从而可以降低砼所受的拉应力。大量试验研究和工程实践表明，混凝土中掺入一定数量优质的粉煤灰后，不但能代替部分水泥，而且由于粉煤灰颗粒呈球状具有滚珠效应，起到润滑作用，可改善混凝土拌合物的流动性、粘聚性和保水性，从而改善了可泵性。特别重要的效果是掺加原状或磨细粉煤灰后，可以降低混凝土中水泥水化热，减少绝热条件下的温度升高。在混凝土

中掺加一定量的具有减水、增塑、缓凝等作用的外加剂，改善混凝土拌合物的流动性、保水性，降低水化热，推迟热峰的出现时间。

3．2施工工艺流程改进

(1)改善搅拌工艺

采用二次投料的净浆裹石或砂浆裹石工艺，可以有效地防止水分聚集在水泥砂浆和石子的界面上，使硬化后界面过渡层结构致密、粘结力增大，从而提高混凝土强度10％或节约水泥5％，并进一步减少水化热和裂缝。改善混凝土的搅拌加工工艺，在传统的三冷技术的基础上采用二次风冷新工艺，降低混凝土的浇筑温度。

(2)严格控制浇筑流程 合理安排施工工序，分层、分块浇筑，以利于散热，减小约束。对已浇筑的混凝土，在终凝前进行二次振动，可排除混凝土因泌水，在石子、水平钢筋下部形成的空隙和水分，提高粘结力和抗拉强度，并减少内部裂缝与气孔，提高抗裂性。在高温季节泵送，宜用湿草袋覆盖管道进行降温，以降低入模温度。

(3)加强混凝土的测温工作 为及时掌握混凝土内部温升与表面温度的变化值，埋没若干个测温点，采用L形布置，每个测温点埋设温管2根，1根管底埋置于混凝土的中心位置，测量混凝土中心的最高温升，另一根管底距混凝土表面100 mm，测量混凝土的表面温度，测温管均露出混凝土表面100 mm。用100的红色水银温度计测温，以方便读数。第l--5d每2h测温1次，第6d后每4h测温1次，测至温度稳定为止。从已有施工经验的测温情况看，混凝土内部温升的高峰值一般在3.5d内产生，3d内温度可上升到或接近最大温升，内外温差值在20℃左右，控制在规范规定范围内，未发现异常现象。如温差超出规范规定范围，就应采取措施。

(4)注重浇筑完毕后养护 混凝土养护主要是保持适当的温度和湿度条件。保温能减少混凝土表面的热扩散，降低混凝土表层的温差，防止表面裂缝。混凝土浇筑后，及时用湿润的草帘、麻片等覆盖，并注意洒水养护，适当延长养护时间，保证混凝土表面缓慢冷却。在寒冷季节，混凝土表面应设置保温措施，以防止寒潮袭击。

4.温度裂缝的处理方法

混凝土裂缝的修补措施主要有采取以下一些方法：如表面修补法，嵌缝法，结构加固法，混凝土置换法等。

4．1表面修补法

表面修补法主要适用于稳定和结构承载能力没有影响的表面裂缝以及深进裂缝的处理。通常的处理措施是在裂缝的表面涂抹水泥浆、环氧胶泥或在混凝土表面涂刷油漆、沥青等防腐材料，在防护的同时为了防止混凝土受各种作用的影响继续开裂，通常可以采用在裂缝的表面粘贴玻璃纤维布等措施。

4．2 嵌缝法

嵌缝法是裂缝封堵中最常用的一种方法，它通常是沿裂缝凿槽，在槽中嵌填塑性或刚性止水材料，以达到封闭裂缝的目的。常用的塑性材料有聚氯乙烯胶泥、塑料油膏、丁基橡胶等等；常用的刚性防水材料为聚合物水泥砂浆。

4．3 结构加固法

当裂缝影响到混凝土结构的性能时，就要考虑采用加固法对混凝土结构进行处理。结构加固中常用的主要有以下几种方法：加大混凝土结构的截面面积，在构件的角部外包型钢、采用预应力法加固、粘贴钢板加固、增设支点加固以及喷射混凝土补强加固。

4.4 混凝土置换法

混凝土置换法是处理严重损坏混凝土的一种有效方法，此方法是先将损坏的混凝土剔除，然后再置换入新的混凝土或其他材料。常用的置换材料有：普通混凝土或水泥砂浆、聚合物或改性聚合物混凝土或砂浆。

5、结束语

温度裂缝的存在是混凝土施工中不可避免的普遍现象，泵送混凝土施工同样如此。但是，我们应该明白裂缝的出现不仅会降低建筑物的抗渗能力，影响建筑物的使用功能，而且会引起钢筋的锈蚀，混凝土的碳化，降低材料的耐久性，影响建筑物的承载能力。因此，我们在

施工中，应充分认识到裂缝的出现对建筑物的危害性，采取各种有效的措施和合理的处理方法来预防裂缝的出现和发展，不断提高混凝土浇筑质量，满足建筑结构安全稳定等要求。参 考 文 献：

1、《建筑混凝土》 张承志

化学工业出版社

2005

2、《混凝土工程细节详解》 郭杏林

机械工业出版社

2007

3、《混凝土与砌体结构裂缝控制技术》 罗国强

中国建材工业出版社

混凝土施工温度分析 篇3

关键词：混凝土；施工温度；裂缝

中途分类号：TV544+.91 文献标识码：A 文章编号：1674-3520（2014）-09-00-01

一、裂缝的原因

混凝土中产生裂缝有多种原因，主要是温度和湿度的变化，混凝土的脆性和不均匀性，以及结构不合理，原材料不合格（如碱骨料反应），模板变形，基础不均匀沉降等。

混凝土硬化期间水泥放出大量水化热，内部温度不断上升，在表面引起拉应力。后期在降温过程中，由于受到基础或老混凝上的约束，又会在混凝土内部出现拉應力。气温的降低也会在混凝土表面引起很大的拉应力。当这些拉应力超出混凝土的抗裂能力时，即会出现裂缝。许多混凝土的内部湿度变化很小或变化较慢，但表面湿度可能变化较大或发生剧烈变化。如养护不周、时干时湿，表面干缩形变受到内部混凝土的约束，也往往导致裂缝。混凝土是一种脆性材料，抗拉强度是抗压强度的1/10左右，短期加荷时的极限拉伸变形只有（0.6～1.0）×104， 长期加荷时的极限位伸变形也只有（1.2～2.0）×104.由于原材料不均匀，水灰比不稳定，及运输和浇筑过程中的离析现象，在同一块混凝土中其抗拉强度又是不均匀的，存在着许多抗拉能力很低，易于出现裂缝的薄弱部位。在钢筋混凝土中，拉应力主要是由钢筋承担，混凝土只是承受压应力。在素混凝土内或钢筋混凝上的边缘部位如果结构内出现了拉应力，则须依靠混凝土自身承担。一般设计中均要求不出现拉应力或者只出现很小的拉应力。但是在施工中混凝土由最高温度冷却到运转时期的稳定温度，往往在混凝土内部引起相当大的拉应力。有时温度应力可超过其它外荷载所引起的应力，因此掌握温度应力的变化规律对于进行合理的结构设计和施工极为重要。

二、温度应力的分析

根据温度应力的形成过程可分为以下三个阶段：

1、早期：自浇筑混凝土开始至水泥放热基本结束，一般约30天。这个阶段的两个特征，一是水泥放出大量的水化热，二是混凝上弹性模量的急剧变化。由于弹性模量的变化，这一时期在混凝土内形成残余应力。2、中期：自水泥放热作用基本结束时起至混凝土冷却到稳定温度时止，这个时期中，温度应力主要是由于混凝土的冷却及外界气温变化所引起，这些应力与早期形成的残余应力相叠加，在此期间混凝上的弹性模量变化不大。3、晚期：混凝土完全冷却以后的运转时期。温度应力主要是外界气温变化所引起，这些应力与前两种的残余应力相迭加。

根据温度应力引起的原因可分为两类：

1、自生应力：边界上没有任何约束或完全静止的结构，如果内部温度是非线性分布的，由于结构本身互相约束而出现的温度应力。例如，桥梁墩身，结构尺寸相对较大，混凝土冷却时表面温度低，内部温度高，在表面出现拉应力，在中间出现压应力。2、约束应力：结构的全部或部分边界受到外界的约束，不能自由变形而引起的应力。如箱梁顶板混凝土和护栏混凝土。

这两种温度应力往往和混凝土的干缩所引起的应力共同作用。

要想根据已知的温度准确分析出温度应力的分布、大小是一项比较复杂的工作。在大多数情况下，需要依靠模型试验或数值计算。混凝土的徐变使温度应力有相当大的松弛，计算温度应力时，必须考虑徐变的影响，具体计算这里就不再细述。

三、温度的控制和防止裂缝的措施

为了防止裂缝，减轻温度应力可以从控制温度和改善约束条件两个方面着手。

控制温度的措施如下：

1、采用改善骨料级配，用干硬性混凝土，掺混合料，加引气剂或塑化剂等措施以减少混凝土中的水泥用量；2、拌合混凝土时加水或用水将碎石冷却以降低混凝土的浇筑温度；3、热天浇筑混凝土时减少浇筑厚度，利用浇筑层面散热；4、在混凝土中埋设水管，通入冷水降温；5、规定合理的拆模时间，气温骤降时进行表面保温，以免混凝土表面发生急剧的温度梯度；6、施工中长期暴露的混凝土浇筑块表面或薄壁结构，在寒冷季节采取保温措施；

改善约束条件的措施是：

1、合理地分缝分块；2、避免基础过大起伏；3、合理的安排施工工序，避免过大的高差和侧面长期暴露；

此外，改善混凝土的性能，提高抗裂能力，加强养护，防止表面干缩，特别是保证混凝土的质量对防止裂缝是十分重要，应特别注意避免产生贯穿裂缝，出现后要恢复其结构的整体性是十分困难的，因此施工中应以预防贯穿性裂缝的发生为主。

加筋对大体积混凝土的温度应力影响很小，因为大体积混凝土的含筋率极低。只是对一般钢筋混凝土有影响。

为保证混凝土工程质量，防止开裂，提高混凝土的耐久性，正确使用外加剂也是减少开裂的措施之一。

四、混凝土的早期养护

实践证明，混凝土常见的裂缝，大多数是不同深度的表面裂缝，其主要原因是温度梯度造成寒冷地区的温度骤降也容易形成裂缝。因此说混凝土的保温对防止表面早期裂缝尤其重要。

从温度应力观点出发，保温应达到下述要求：

1、防止混凝土内外温度差及混凝土表面梯度，防止表面裂缝。2、防止混凝土超冷，应该尽量设法使混凝土的施工期最低温度不低于混凝土使用期的稳定温度。3、防止老混凝土过冷，以减少新老混凝土间的约束。

混凝土的早期养护，主要目的在于保持适宜的温湿条件，以达到两个方面的效果，一方面使混凝土免受不利温、湿度变形的侵袭，防止有害的冷缩和干缩。一方面使水泥水化作用顺利进行，以期达到设计的强度和抗裂能力。

适宜的温湿度条件是相互关联的。混凝上的保温措施常常也有保湿的效果。

混凝土施工温度分析 篇4

在大体积混凝土中, 温度应力及温度控制具有重要意义。这主要是由于两方面的原因。首先, 在施工中混凝土常常出现温度裂缝, 影响到结构的整体性和耐久性。其次, 在运转过程中, 温度变化对结构的应力状态具有显著的不容忽视的影响。我们遇到的主要是施工中的温度裂缝, 因此本文仅对施工中混凝土裂缝成因和处理措施做一探讨。

1 裂缝的原因

混凝土中产生裂缝有多种原因, 主要是温度和湿度的变化, 混凝土的脆性和不均匀性, 以及结构不合理, 原材料不合格 (如碱骨料反应) , 模板变形, 基础不均匀沉降等。

2 温度应力的分析

根据温度应力的形成过程可分为以下三个阶段:

a.早期:自浇筑混凝土开始至水泥放热基本结束, 一般约30天。这个阶段的两个特征, 一是水泥放出大量的水化热, 二是混凝土弹性模量的急剧变化。由于弹性模量的变化, 这一时期在混凝土内形成残余应力。b.中期:自水泥放热作用基本结束时起至混凝土冷却到稳定温度时止, 这个时期中, 温度应力主要是由于混凝土的冷却及外界气温变化所引起, 这些应力与早期形成的残余应力相叠加, 在此期间混凝上的弹性模量变化不大。c.晚期:混凝土完全冷却以后的运转时期。温度应力主要是外界气温变化所引起, 这些应力与前两种的残余应力相叠加。

根据温度应力引起的原因可分为两类:

a.自生应力:边界上没有任何约束或完全静止的结构, 如果内部温度是非线性分布的, 由于结构本身互相约束而出现的温度应力。例如, 桥梁墩身, 结构尺寸相对较大, 混凝土冷却时表面温度低, 内部温度高, 在表面出现拉应力, 在中间出现压应力。b.约束应力:结构的全部或部分边界受到外界的约束, 不能自由变形而引起的应力。如箱梁顶板混凝土和护栏混凝土。

这两种温度应力往往和混凝土的干缩所引起的应力共同作用。

要想根据已知的温度准确分析出温度应力的分布、大小是一项比较复杂的工作。在大多数情况下, 需要依靠模型试验或数值计算。混凝土的徐变使温度应力有相当大的松驰, 计算温度应力时, 必须考虑徐变的影响, 具体计算这里就不再细述。

3 温度的控制和防止裂缝的措施

为了防止裂缝, 减轻温度应力可以从控制温度和改善约束条件两个方面着手。

控制温度的措施如下:

a.采用改善骨料级配, 用干硬性混凝土, 掺混合料, 加引气剂或塑化剂等措施以减少混凝土中的水泥用量;b.拌合混凝土时加水或用水将碎石冷却以降低混凝土的浇筑温度;c.热天浇筑混凝土时减少浇筑厚度, 利用浇筑层面散热;d.规定合理的拆模时间, 气温骤降时进行表面保温, 以免混凝土表面发生急剧的温度变化;e.施工中长期暴露的混凝土浇筑块表面或薄质材料, 在寒冷季节采取保温措施;

改善约束条件的措施是:

a.合理地分缝分块;b.合理的安排施工工序, 避免过大的高差和侧面长期暴露。

此外, 还应改善混凝土的性能, 提高抗裂能力, 加强养护, 防止表面干缩, 特别是保证混凝土的质量对防止裂缝是十分重要, 应特别注意避免产生贯穿裂缝, 出现后要恢复其结构的整体性是十分困难的, 因此施工中应以预防贯穿性裂缝的发生为主。

为保证混凝土工程质量, 防止开裂, 提高混凝土的耐久性, 正确使用外加剂也是减少开裂的措施之一。例如使用减水防裂剂, 其在实践中总结出其主要作用为:

a.混凝土中存在大量毛细孔道, 水蒸发后毛细管中产生毛细管张力, 使混凝土干缩变形。增大毛细孔径可降低毛细管表面张力, 但会使混凝土强度降低。

b.水灰比是影响混凝土收缩的重要因素, 使用减水防裂剂可使混凝土用水量减少。

c.水泥用量也是混凝土收缩率的重要因素, 掺加减水防裂剂的混凝土在保持混凝土强度的条件下还可减少的水泥用量, 其体积用增加骨料用量来补充。

d.减水防裂剂可以改善水泥浆的和易性, 减少混凝土离析现象, 减少沉缩变形。

e.提高水泥浆与骨料的粘结力, 提高混凝土的抗裂性能。

f.混凝土在收缩时受到约束产生拉应力, 当拉应力大于混凝土抗拉强度时裂缝就会产生。减水防裂剂可有效的提高的混凝土抗拉强度, 大幅提高混凝土的抗裂性能。

g.掺加外加剂可使混凝土密实性好, 可有效地提高混凝土的抗裂性。

h.掺减水防裂剂后混凝土缓凝时间适当, 在有效防止水泥迅速水化放热基础上, 避免因水泥长期不凝而带来的塑性收缩增加。

i.掺外加剂混凝土和易性好, 表面易摸平, 形成微膜, 减少水分蒸发, 减少干燥收缩。

许多外加剂都有缓凝、增加和易性、改善塑性的功能, 我们在工程实践中应多进行这方面的实验对比和研究, 比简单的靠改善外部条件, 可能会更加简捷、经济。

4 混凝土的早期养护

施工中证明, 混凝土常见的裂缝, 大多数是不同深度的表面裂缝, 其主要原因是温度造成寒冷地区的温度骤降也容易形成裂缝。因此说混凝土的保温对防止表面早期裂缝尤其重要。

从温度应力观点出发, 保温应达到下述要求:

a.防止混凝土内外温度差过大, 而引起表面裂缝。

b.防止混凝土超冷, 应该尽量设法使混凝土的施工期最低温度不低于混凝土使用期的稳定温度。

混凝土的早期养护, 主要目的在于保持适宜的温湿条件, 以达到两个方面的效果, 一方面使混凝土免受不利温、湿度变形的侵袭, 防止有害的冷缩和干缩。一方面使水泥水化作用顺利进行, 以期达到设计的强度和抗裂能力。适宜的温湿度条件是相互关联的。混凝上的保温措施常常也有保湿的效果。从理论上分析, 新浇混凝土中所含水分完全可以满足水泥水化的要求而有余。但由于蒸发等原因常引起水分损失, 从而推迟或防碍水泥的水化, 表面混凝土最容易而且直接受到这种不利影响。因此混凝土浇筑后的最初几天是养护的关键时期, 在施工中应切实重视起来。

5 总结

通过以上几点对混凝土的施工温度与裂缝之间的关系进行了理论和实践上的初步分析, 虽然行业界对于混凝土裂缝的成因和分析有着不同的理论, 但对于具体的预防和改善措施意见还是比较统一, 同时在实践中的应用效果也是比较好的, 具体施工中要靠我们细心多观察和多比较, 出现问题后多分析、多总结, 结合多种预防处理措施, 混凝土的裂缝是可以避免的。

摘要：结合施工中觉的混凝土温度与施工裂缝展开论述。

混凝土施工温度分析 篇5

关键词:水利工程;混凝土;温度控制

1工程概况

长洲水利工程地处梧州市，采用混凝土重力坝。该水力工程坝长为530．80m、最大坝高49．60m、坝底最大宽度95．0m，大坝混凝土浇筑总量为58万m3。该工程所在地区为亚热带气候，不利于混凝土浇筑控制，工程坝址为花岗岩坝基，会对混凝土产生较大约束力。本工程施工存在以下难点:工程最大仓号790．0m2，单仓浇筑达2356．4m3;工程施工期间高温持续，并伴随频繁气温骤降;进水口具有较大钢筋制安量，需长时间停歇;过长制冷供水线路产生大量热损耗。

2混凝土温度控制措施

2．1科学选择材料

首先，使用低发热量水泥。实际中控制水泥水化热升温的关键措施就是降低水泥使用量和使用低发热水泥。多次实验对比后，本工程胶凝材料选择福建漳州广丰水泥厂产生的热硅酸盐水泥(P．O42．5)其次，外加剂掺加。掺加外加剂后混凝土和易性能够得到改善，混凝土水泥水化热显著降低，水泥出现水化热峰值时间被延缓，出现混凝土温度峰值时间被推迟，更加有利于混凝土温度控制的实现，同时也使得混凝土质量得到有效保证。该工程选择的减水剂和粉煤灰分别为福建建科院JM－Ⅱ高效缓凝减水剂和福建大唐电厂Ⅱ级粉煤灰。

2．2对混凝土配合比进行优化

首先，科学设置骨料级配，以获得骨料大小均匀的混凝土，使单位水泥用量降低。通过实验发现，增加混凝土级配可降低水泥使用量。所以本工程以三级配混凝土为主，钢筋密集、各结构物周边、孔洞使用一级配和二级配混凝土。其次，减小混凝土塌落度。实验发现，混凝土塌落度减小1cm，水泥用量就能够降低4～6kg。本工程多采用7～9cm、5～7cm塌落度混凝土，不易振捣部位(泵送混凝土、尾水椎管底部)选择塌落度较高混凝土。再次，水泥水化热发散速度和混凝土水灰有关，增大水灰比会增加水化热发散速度。所以，应当将混凝土水灰比尽量降低、依据实验和检测结果，本工程使用0．50～0．60水灰比混凝土。

2．3降低出机口温度

首先，控制预冷混凝土温度回升。仓面振捣会提升预冷混凝土温度，此时应采取措施进行防晒保温，将温度回升率控制在0．4以内。混凝土出机口温度和混凝土浇筑温度存在以下关系:T机=TP－0．4(Ta－TP)，其中T机为混凝土出机口温度、TP为混凝土浇筑温度、Ta当时气温。其次，控制风冷骨料。本工程中控制出机口温度的关键手段之一就是风冷骨料，所以采用的施工工艺为冰水加一、二次风冷骨料拌和混凝土，在该施工工艺中利用冷风封闭循环冷却拌和楼骨料出料仓和拌合系统调节料仓中的骨料，进而促进骨料温度下降。另外搅拌过程中将冰屑加入混凝土，在冰融化时热量能够被吸收，进而促进混凝土出机口温度降低。再次，检测混凝土生产系统温度。为实现对出机口混凝土温度的有效控制，应当对混凝土各原材料温度进行检测，包括骨料制冷前后、水泥、拌和水温温度等，以对材料存储、运输的保温防晒措施进行调整。

2．4运输中的防热遮晒

首先，进一步完善混凝土运输设备的构造，例如为防止混凝土因阳光直射升温，在车厢上设置遮阳棚。具体实施中可用钢管在车辆两边焊接支架，用滑环将防雨棚和钢架连接，拌合楼接料后滑动滑环打开遮阳棚，卸料后关闭遮阳棚。其次，冲击降温混凝土运输车。进行楼受料拌合前，使用冷水冲洗车厢外侧已达到降温目的，防止混凝土因阳光被车辆吸收而升温。再次，降低混凝土倒运次数和运输距离。对混凝土运输路线和过程进行科学规划，尽量减小混凝土运输距离，同时合理设置混凝土倒运次数，避免因路线过程过倒运次数过多而造成的混凝土温度升高。

2．5控制浇筑温度

首先，对仓号内外部环境温度进行控制。将喷雾设施安装在仓号内，并依据需要开展喷雾操作，在雾化气体凝结过程中大量热量会被吸收，进而促进仓号内温度降低，以形成对混凝土建筑温度倒灌的控制。其次，对混凝土浇筑温度和入仓温度进行控制。实验表明减小混凝土浇筑温度，能够促进混凝土最高温升降低，进而促进初凝时间延长，最终是混凝土现场质量控制和混凝土浇筑性能得到改善。本工程依据本工程温度控制要求和工程实际情况，本工程确定了不同时间不同部位的温度控制值。再次，提升入仓浇筑速度。在夏季进行混凝土浇筑容易发生温度倒灌，如果混凝土浇筑连续性不够，就会造成局部初凝，甚至会出现施工冷缝问题，进而对结构物耐久性和整体性造成影响。为避免因温度倒灌而出现的冷缝，应当对混凝土浇筑施工方案进行优化，对资源进行合理配置，促进混凝土平仓振捣、吊运、运输速度提升。强化施工缝面振捣。实际中出现混凝土层面裂缝的重要原因之一就是新老混凝土面未有效接合，所以施工时应有效处理新老混凝土施工封面。

2．6混凝土养护

在强烈光照和高温下，混凝土表面水分会迅速增发，混凝土表面干缩裂缝就会增加，所以应当采取相应的混凝土养护措施。首先，水平面混凝土养护。混凝土浇筑完成6～18h后，混凝土进入初凝状态，此时应当通过人工洒水进行混凝土表面养护，同时应当注意未初凝混凝土面不可流入水，避免混凝土稀释的发生。其次，永久面养护。混凝土拆模后进行洒水养护，日间养护采用不间断水流，夜间养护使用间断水流(养护和保持湿润交替进行)。阴雨天气将水管关闭。最后，侧面养护。侧面养护仍采用人工洒水方式，养护时间应当大于30d直至覆盖。

2．7人工冷却

水泥水化热可产生70℃的最高温升，相应的温度可超过80℃。大体积混凝土内部要想符合设计温控要求，就需要使用人工制冷措施。依据工程设计，本工程冷却水管选择黑铁管，人工通水包括前期冷却、后期冷却。首先，利用前期冷却降低新浇筑混凝土水化热温升。冷却水管依据蛇形布置，水平距离为1．5m、垂直距离为2m，通水冷却应当在浇筑开始后4h内进行，前期冷却时间应当控制在40d以上，该阶段混凝土最高温升不应超过37℃。其次，增加水管层次或降低水管间距。施工过程中浇筑2m层时，可缩小冷却水管间距或将塑料冷却水管加入到层中间进行初冷。再次，后期冷却。该阶段可使用河水，冷却需连续进行45d以上，同时进行闷管检查测温，当满足该浇块准稳定温度即可停止。

2．8布置防裂钢筋

为实现施工整体的有效控制，对于因布置机械或调整高差而出现长间歇期的部位，可在试验和论证后将Φ28@20防裂钢筋布置于该仓号周边部位，为限制裂缝发生或预防裂缝布置时应长短相间。本工程仓号在加设防裂钢筋后，均未出现裂缝。

2．9低温季节外露面保温

气温降低会造成新浇筑混凝土毛细管和孔隙水分冻结，这个过程中会出现体积膨胀，进而损害混凝土结构，最终对混凝土耐久性和强度产生影响。低温环境进行混凝土浇筑，在较大内外温差作用下混凝土表面会有裂缝产生。正常温度养护后混凝土能够产生一定强度，此后低温环境不会破坏其结构。所以，混凝土早期受冻预防是一项非常重要的工作。首先，11月至次年2月进行永久暴露面浇筑，应当用保温被覆盖浇完拆模混凝土表面。混凝土浇筑如果在3月～10月进行，那么需要11月处进行保温材料覆盖和悬挂。其次，如果日气温在3d内持续下降6℃以上时，应当用聚乙烯片材覆盖30d龄期混凝土。对保温被无法覆盖度地方(如钢管预留槽部位)，使用草袋子进行覆盖。再次，在10月末封堵进水口、廊道等部位，并用保温灯照射孔口。最后，如发生气温骤降，则应当将拆模时间推迟，并使用保温材料覆盖混凝土表面。

3结语

依据长洲水利工程成功施工经验可知，水利工程混凝土温度控制是一项长期而系统的工作，只有有效完成各阶段控制工作才能够保证工程质量。所以水利工程人员应当充分借鉴长洲水利工程混凝土温度控制经验，并依据工程实际要求和具体情况开展温度控制工作，只有这样才能够有效控制温度裂缝，提升工程施工水平。

参考文献:

［1］范欢齐．关于工程施工中的混凝土温度与裂缝控制的探析［J］．科技信息，2013，(23):358．

［2］裴银花．关于水利水电工程混凝土施工的问题与对策的探析［J］．门窗，2013，(12):173，177．

大体积混凝土温度裂缝的施工控制 篇6

关键词：大体积混凝土 温度裂缝 施工控制 措施

1前言

近年来，随着国民经济和建筑技术的发展，建筑规模不断扩大，大型现代化技术设施或构筑物不断增多，如大型桥梁、大型码头、大型水坝等，而混凝土结构以其材料价廉物美、施工方便、承载力大、可装饰性强的特点，日益受到人们的欢迎，于是大体积混凝土逐渐成为构成大型设施或构筑物主体的重要组成部分。

所谓大体积混凝土，一般理解为尺寸较大的混凝土，美国混凝土学会给出了大体积混凝土的定义：任何现浇混凝土，其尺寸达到必须解决水化热及随之引起的体积变形问题，以最大限度的减少开裂影响的，即称为大体积混凝土。这就提出了大体积混凝土开裂的问题，开裂问题是在工程建设中带有一定普遍性的技术问题，裂缝一旦形成，特别是基础贯穿裂缝出现在重要的结构部位，危害极大，它会降低结构的耐久性，削弱构件的承载力，同时会可能危害到建筑物的安全使用。

笔者结合多年工程实践经验，根据裂缝产生的原因对大体积混凝土裂缝的类型作了如下归类：温度裂缝、收缩裂缝以及安定性裂缝。其中，温度裂缝是大体积混凝土结构物中较为普遍的一种，也是施工实际中最值得关注的一个问题。

2温度裂缝

温度裂缝即温度应力引起裂缝，温度裂缝产生主要原因是由温差造成的。温差可分为以下三种：混凝土浇注初期，产生大量的水化热，由于混凝土是热的不良导体，水化热积聚在混凝土内部不易散发，常使混凝土内部温度上升，而混凝土表面温度为室外环境温度，这就形成了内外温差，这种内外温差在混凝土凝结初期产生的拉应力超过混凝土抗压强度时，就会导致混凝土裂缝；在拆模前后，表面温度降低很快，造成了温度陡降，也会导致裂缝的产生；当混凝土内部达到最高温度后，热量逐渐散发而达到使用温度或最低温度，它们与最高温度的差值就是内部温差；这三种温差都会产生温度裂缝。在以上三种温差中，较为主要是由水化热引起的内外温差。如何降低混凝土浇筑时因水化热所引起温差问题，成为防止温度裂缝产生的技术关键。

根据以上理论分析，结合工程实践，对温度裂缝的预防与控制主要有以下几种常见措施。

2.1.优选原材料

2.1.1 选择性使用水泥和降低水泥用量

2.1.1.1选择性使用水泥

由于温差主要是由水化热产生的，所以为了减小温差就要尽量降低水化热，为了降低水化热，要尽量采取早期水化热低的水泥，由于水泥的水化热是矿物成分与细度的函数，要降低水泥的水化热，主要是选择适宜的矿物组成和调整水泥的细度模数，硅酸盐水泥的矿物组成主要有：C3S、C2S、C3A和C4AF，试验表明：水泥中铝酸三钙（C3A）和硅酸三钙（C3S）含量高的，水化热较高，所以，为了减少水泥的水化热，必须降低熟料中C3A和 C3S的含量。在施工中一般采用中热硅酸盐水泥和低热矿渣水泥。

另外，在不影响水泥活性的情况下，要尽量使水泥的细度适当减小，因为水泥的细度会影响水化热的放热速率，试验表明比表面积每增加100cm2/g，1d的水化热增加17J/g～21 J/g，7d和20d均增加4 J/g～12 J/g。

2.1.1.2降低水泥用量

采用降低水泥用量的方法来降低混凝土内部的水化温度，使混凝土强度在形成初期的结构内外温差的控制难度降低，这主要对大体积混凝土在进行配合比设计时作出了较高的要求。为了减少水泥用量，降低水化热并提高和易性，我们可以把部分水泥用粉煤灰代替，掺入粉煤灰主要有以下作用：①由于粉煤灰中含有大量的硅、铝氧化物，其中二氧化硅含量40%～60%，三氧化二铝含量17%～35%，这些硅铝氧化物能够与水泥的水化产物进行二次反应，是其活性的来源，可以取代部分水泥，从而减少水泥用量，降低混凝土的热胀；②由于粉煤灰颗粒较细，能够参加二次反应的界面相应增加，在混凝土中分散更加均匀；③同时，粉煤灰的火山灰反应进一步改善了混凝土内部的孔结构，使混凝土中总的孔隙率降低，孔结构进一步的细化，分布更加合理，使硬化后的混凝土更加致密，相应收缩值也减少。

值得一提的是：由于粉煤灰的比重较水泥小，混凝土振捣时比重小的粉煤灰容易浮在混凝土的表面，使上部混凝土中的掺合料较多，强度较低，表面容易产生塑性收缩裂缝。因此，粉煤灰的掺量不宜过多，在工程中我们应根据具体情况确定粉煤灰的掺量。

2.1.2 骨料

2.1.2.1粗骨料

宜选用改善的骨料级配，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越小，水化热就随之降低，对防止温度裂缝的产生有利。

2.1.2.2细骨料

宜采用级配良好的中砂和中粗砂，最好用中粗砂，因为其孔隙率小，总表面积小，这样混凝土的用水量和水泥用量就可以减少，水化热就低，裂缝就减少，另一方面，要控制砂子的含泥量，含泥量越大，收缩变形就越大，裂缝就越严重，因此细骨料尽量用干净的中粗沙。

2.1.3 加入外加剂

加入外加剂后能减小混凝土收缩开裂的机会，如减水剂能改善混凝土的和易性，降低水灰比，提高混凝土强度或在保持混凝土一定强度时减少水泥用量，而水灰比的降低，水泥用量的减少对防止开裂是十分有利的。

缓凝剂能延缓混凝土放热峰值出现的时间，由于混凝土的强度会随龄期的增长而增大，所以等放热峰值出现时，混凝土强度也增大了，从而减小裂缝出现的机率，二是改善和易性，减少运输过程中的塌落度损失。

值得注意的是：外加剂不能掺量过大，否则会产生负面影响，在国标（GB8076～1977）中规定，掺有外加剂的混凝土，28d的收缩比不得大于135%，即掺有外加剂的混凝土收缩比基准混凝土的收缩不得大于35%。

2.2.施工工艺方面进行控制

2.2.1混凝土的拌制

在混凝土拌制过程中，要严格控制原材料计量准确，同时严格控制混凝土出机塌落度和出机口温度。

2.2.2混凝土的浇注

浇注过程中要进行振捣方可密实，振捣时间应均匀一致以表面泛浆为宜，间距要均匀，以振捣力波及范围重叠二分之一为宜，浇注完毕后，表面要压实、抹平，以防止表面裂缝。另外，浇注混凝土要求分层浇注，分层流水振捣，同时要保证上层混凝土在下层初凝前结合紧密。避免纵向施工缝、提高结构整体性和抗剪性能。

在气温较高浇筑混凝土时，应严格控制分层浇筑厚度,以利用浇筑层面进行散热；尽量避开在太阳辐射较高的时间浇注，若由于工程需要在夏季施工，则尽量避开正午高温时段，浇注尽量安排在夜间进行。

2.2.3根据各地气候、不同施工季节制定合理的拆模时间，及时对结构表面进行覆盖保温,避免表面发生急剧的温度梯度,特别是施工中长期暴露的混凝土表面或薄壁结构,在寒冷季节应采取保温措施,防止表面裂缝；在高温季节施工，则要在初期采用通制冷水来降低混凝土最高温度峰值，但注意，通水时间不能过长，因为时间过长会造成降温幅度过大而引起较大的温度应力。

2.2.4合理地对结构进行分缝分块。

3 结语

大体积混凝土的开裂是目前学者和工程界关注的一个重要问题， 温度裂缝的产生，无论是对大体积混凝土还是对一般结构混凝土的而言，都会不同程度地影响到混凝土结构的耐久性，从而影响到结构的使用安全，只有对其产生原因进行正确理解或认识，才能从根本上予以防治，做到防患于未然，从而确保工程质量。

参考文献：

[1] 龚召熊：水工混凝土的温控与防裂. 北京：中国水利水电出版社，1999

[2] 叶琳昌，沈义. 大体积混凝土施工. 中国建筑出版社，1987

[3] 戴镇潮：大体积混凝土的防裂. 混凝土，2001，（9）：10

混凝土施工温度分析 篇7

温度应力是造成大体积混凝土表面开裂的主要原因之一。大体积混凝土在施工时,由于内部水化热不能及时散出,导致结构的内部与表面温差以及变形不协调,从而容易产生裂缝。因此,监测大体积混凝土施工阶段的温度变化及其温度应力分析对结构的裂缝控制具有实际工程意义[1]。

1 工程背景

本工程为苏州市轨道交通二号线车辆段停车场上盖平台区底层大截面柱的大体积混凝土施工。此平台区规划为列车列检库,其东西向A～P轴长177.3m,南北向2～26轴长228m,其平面形状基本呈矩形。停车列检库共三层,一层为车辆段用房,二层主要为停车库,14.2m平台为物业开发用房。

该区底层柱截面尺寸较大,上部结构底层柱截面尺寸主要有1300mm×1300mm、1800mm×1800mm、1200mm×1400mm、1200mm×1600mm、2200mm×2200mm,混凝土浇筑总高度5.5m(二层楼面8.70m平台至三层楼底14.2m平台),按照GB 50496-2009《大体积混凝土施工规范》[2]的定义,该柱浇筑属于大体积混凝土施工,因此,应特别注意大体积混凝土的温度裂缝问题。该柱的混凝土强度等级为C50,水泥采用强度增长较为缓慢且最终水化放热量较低的P·0 42.5级水泥,3d抗压强度26MPa,28d抗压强度56MPa,7d水化热306kJ/kg;掺合料为Ⅱ级粉煤灰和矿粉;细集料为江西产中砂;粗集料选用湖州产5～25mm连续级配石子;外加剂选用BH-10L减水剂。具体配合比见表1。

2 温度监测方案

2.1 监测柱子的选取

本次温度监测选取D2-3区平面中心位置附近的4根大截面柱,这4根柱子的截面尺寸都是2200mm×2200mm。

2.2 温度测点布置

大体积混凝土浇筑体内温度监测点的布置应真实反映混凝土浇筑体内最高温升、里表温差、降温速率及环境温度,本工程大体积混凝土浇筑体内温度测点布置见图1。

图1中5个测点的具体布置如下:

1#测点(柱子顶部测点):布置在混凝土浇筑体表面(三层楼面)下50mm处(柱子中心线上)。

3#测点中间,1#测点下1350mm处。

3#测点(柱子中部测点):布置在混凝土浇筑体几何中心位置。

4#测点(柱子中下部测点):布置在3#测点下方1350mm处。

5#测点(柱侧边测点):布置在离柱子侧边50mm,三层楼面下方725mm处。

数据采集平台设置在三层楼面上部的钢箱梁上。

2.3 监测方案

混凝土浇筑前,测量混凝土的入模温度;混凝土浇筑完成时,所有测点采集一次温度数据;接下来的温度上升阶段每3h采集一次温度数据;至温度下降阶段每8h采集一次温度数据。每次采集混凝土温度数据时,同时测量并记录大气温度。温度监测过程中,当出现表里温差、降温速率超过规定值时应报警,并及时调整和优化温控措施。混凝土温度降至与大气温度基本一致时,监测工作结束。

3 温度监测结果与模拟结果分析

3.1 温度监测结果

2#测点(柱子中上部测点):布置在1#测点和

从各柱不同测点温度变化规律可以看出:①混凝土浇筑后,混凝土内部升温很快。测点温度基本上在2d后达到最高,然后温度随时间推移开始逐渐降低。②每个柱子中2#测点升温最快,温度最高,最高温度分别为:65.7℃、69.3℃、69.9℃、72.6℃;其平均值为69.4℃。③分析图2可知,并非表面测点(1#和5#)的温度最低,而是4#测点温度最低,这是因为4#测点以下混凝土与二层楼面接触,进行了大量的热对流,使得4#测点及以下混凝土温度降低的较快。④每个混凝土柱内部温度最高的2#测点和温度最低的4#测点之间的温差较大,其中2#柱温差最大,其最大温差达到41.1℃(见图3),这对混凝土抗裂非常不利。

3.2 数值模拟结果

3.2.1 模型的建立

根据实际结构的大小,建立了尺寸为2200mm×2200mm×5300mm的模型,柱子表面设置与空气对流,柱子底面加约束,如图4。有限元模型单元选取三维温度单元SOLID70 (八节点六面体温度单元),实际划分单元数1216、节点数1620,并采用瞬态温度场分析方式。

3.2.2 施加荷载并求解

ANSYS中混凝土水化热的施加是利用其内部生热率函数HGEN,可通过水泥水化热公式求导得到。混凝土水化热公式很多,如采用指数模式[3]:

式中:Q(t)为时间t时混凝土的累计水化热,kJ/kg;Q0为28d水化热,kJ/kg;W为单位体积混凝土用量,kg/m3;t为龄期,d;m为常数,与水泥品种、浇筑温度等有关;HGEN为混凝土生热率,W/m3。

ANSYS命令流如下:

*DO,i,1,T!利用DO循环语句求解瞬态温度场

HEAT=!求出生热率

BFE,ALL,HGEN,,HEAT!对单元施加生热率

TIME,t!

SOLVE!求解温度场

*ENDDO

3.2.3 求解结果

利用ANSYS求解后,通过时间后处理器分析,可以得到柱子中心点1179号点的温度随时间变化的图像(图5),并输出所有时刻温度,以便与实测数据进行对比。

3.3 结果对比

ANSYS模拟中的入模温度、大气温度等参数与4#柱子一致,因此选取4#柱子中2#测点与模拟结果进行对比,对比结果见图6。

从图6可看出,模拟所得结果比实测数据要高,这是因为柱子中有一部分纵筋及箍筋,这些钢筋吸收了一部分水泥的水化热,从而导致实际温度值偏低。通过计算可得到施工期前6d最高误差为:

从而可以认为,所用模型算法可以估计大体积混凝土施工时水化热引起的温度场变化。

在图6中第7d时,实测数据下降较快,和模拟出的平滑下降曲线不一致。这是因为在实际工程中,浇筑后第7d时空气温度下降较大,最低温度降到2℃,有限元模型中没有考虑,所以图6中第7d后出现温度不一致现象。

4 温度应力分析

根据文献[4]和文献[5],大体积混凝土可以通过混凝土中的温度和温度差来推算混凝土中的最大温度应力,根据推算结果可以大致分析出混凝土中是否产生由温度差过大引起的裂缝,从而提出施工工艺方面的改进措施。

最大温度应力的计算公式如下:

式中:

E——弹性模量,取3.4×104;

α——混凝土温度线膨胀系数,取1.0×10-5;Tmax——混凝土内部最高温度;

T'——混凝土表面温度;

v——混凝土泊松比,取0.2。

利用测得的温度数据,由式(4)和式(5)计算可得,四个柱中混凝土的最大温度应力σmax;依次为:1.0282N/mm2、1.2577N/mm2、0.9945N/mm2和1.1475N/mm2。

5 裂缝分析

根据GB 50496-2009,可以按下式计算混凝土早期抗拉强度:

ftk(t)——混凝土龄期为t时的抗拉强度标准值,N/mm2;

ftk——混凝土抗拉强度标准值,N/mm2;

γ——系数,应根据所用混凝土试件确定;当无试验数据时,可取0.3。

混凝土防裂性能可按下式进行判断:

式中:

K——防裂安全系数,取1.15;

λ——掺合料对混凝土抗拉强度影响系数,根据本工程混凝土所用掺合料,取λ=1。

由式(6)和式(7)计算得到:

λftk(t)/K=1.0358N/mm2

结合式(4)计算得到的σmax可知,2#柱和4#柱中的σmax不满足式(4)的要求,即不满足规范[4]中抗裂性能要求,也就是在这两个柱子内部施工阶段可能会出现裂缝。所以必须采取一定的施工改进措施,控制大体积混凝土柱内外温度差,尤其是要将混凝土中最大温差控制在25℃以内,从而减小温度应力,防止产生温度引起的裂缝。

6 施工工艺的调整措施

(1)控制浇筑温度。通过调整混凝土配合比或添加外加剂,如掺入冰水等,来降低混凝土的入模温度。

(2)布置冷却水管。本工程在施工过程中没有布置冷却水管进行混凝土降温,从而导致局部温度升高过快,内外温差过大。所以应布置冷却水管,以降低混凝土内部水化热的热量。

(3)加强保温措施。温度裂缝产生的原因是混凝土内外温差过大。一方面可以通过降低混凝土内部温度减小温差,另一方面可以对表层混凝土进行保温,比如在模版内壁采用泡沫填充的方法等。

7 结语

大体积混凝土水化热引起的温度应力是结构初期产生裂缝的重要原因。本文通过分析某实际工程中大体积混凝土柱浇筑后的温度变化规律,得出水化热升温的基本规律,并分析了柱子内外最大温差的变化规律。利用ANSYS软件对浇筑过程进行模拟,得到了混凝土水化热温度场。将实测数据与模拟结果对比发现误差较小,模型及算法可用于模拟大体积水化热温度变化问题。最后,根据实测温度,使用式(4)计算得到混凝土内部的最大温度应力,并对施工工艺提出了改进措施。

参考文献

[1]朱伯芳.大体积混凝土温度应力与温度控制[M].北京:中国电力出版社,1999.

[2]中冶建筑研究总院有限公司.GB 50496-2009大体积混凝土施工规范[S].北京:中国计划出版社,2009.

[3]李立峰.基于ANSYS的混凝土水化热温度场读取方法[J].山西建筑,2007(1):74-75.

[4]王铁梦.工程结构裂缝控制[M].北京:中国建筑工业出版社.1997.

混凝土施工温度分析 篇8

在大体积混凝土中, 温度控制十分重要。重要是温度变化和温差会引起裂缝, 从而影响结构的耐久性, 本文即对混凝土温度裂缝的成因和防治措施进行分析探讨。

1 裂缝产生的原因

混凝土中产生裂缝的原因很多, 主要是温度和湿度的变化、原材料不合格、结构不均匀沉降等原因。

混凝土硬化期间水泥产生大量水化热, 内部温度不断上升, 内部温度大于表面温度, 在表面产生拉应力。后期在降温过程中, 由于受到外部约束, 混凝土内部出现拉应力。当拉应力超过混凝土的抗裂能力时即会产生裂缝。混凝土内部湿度变化较小或较慢, 但表面湿度可能变化较大, 如果养护不到位, 表面干缩变形受到内部混凝土的约束, 往往会导致裂缝。混凝土是脆性材料, 抗拉强度是抗压强度的1/10左右, 短期加载时极限拉伸变形为 (0.5~1.0) ×104, 长期加载时极限拉伸变形为 (1.1~2.0) ×104, 均较小。由于原材料不均匀、水灰比变化大、运输和浇注混凝土过程中产生离析等原因, 混凝土中各部分抗拉强度也是不均匀的, 存在易于出现裂缝的薄弱部位。

素混凝土或配筋混凝土的边缘部位如产生拉应力, 则由混凝土自身来承担, 一般要求不出现拉应力或出现小于混凝土抗拉强度的拉应力。施工过程中, 混凝土降温过程中, 往往会在混凝土内部引起较大的拉应力。因此, 掌握温度应力的变化规律对于控制裂缝的产生时十分重要的。

2 温度应力分析

温度应力的形成可主要分为三个阶段。

2.1 早期

混凝土开始浇筑到水泥散热基本结束, 一般30天左右。此阶段有两个主要特征一是水泥水化放出大量的水化热;二是混凝土的弹性模量急剧变化。由于弹性模量的变化, 此阶段混凝土内部产生残余应力。

2.2 中期

水泥放热作用基本结束到混凝土冷却至稳定温度, 此阶段温度应力主要是由于混凝土的冷却及外界气温变化所引起, 这些应力与早期的残余应力相叠加。此阶段混凝土的弹性模量变化不大。

2.3 后期

混凝土完全冷却以后的阶段。温度应力主要是外界温度变化所引起, 所产生应力与前两种残余应力相叠加。

根据温度应力引起的原因其可分为两种。

(1) 自生应力:边界上没有任何约束或静止的结构, 如果内部温度是非线性分布的, 由于结构本身互相约束而出现的温度应力。

(2) 约束应力:结构的全部或部分边界受到外界的约束, 不能自由变形而引起的应力。

此两种温度应力往往和混凝土干缩所引起的应力共同作用。混凝土的徐变使温度应力有相当大的松弛, 计算温度应力时必须考虑徐变的影响。

3 控制温度裂缝的措施

为防止裂缝, 减小温度应力可从控制温度和改善约束条件两个方面着手。控制温度的措施有如下。

(1) 改善骨料级配, 用干硬性混凝土、掺混和料, 加引气剂或塑化剂等, 以减少混凝土中的水泥用量; (2) 拌和混凝土时加水或用水将碎石冷却以降低混凝土的浇筑温度; (3) 减小混凝土的浇筑厚度, 利用浇筑层面散热; (4) 在混凝土中埋设循环水管, 通入循环冷水降低混凝土的内部温度; (5) 气温骤降时混凝土进行表面保温, 以免混凝土表面产生过大的温度梯度; (6) 冬季施工时, 长期暴露的混凝土表面或薄壁结构, 应采取保温措施。

改善约束条件的措施有:避免基础起伏过大;合理地分缝分块;合理的安排施工工序, 避免过大的高差和侧面长期暴露。此外, 应特别注意避免产生贯穿裂缝, 出现后要恢复其结构的整体性是很困难的, 所以施工中应以预防贯穿性裂缝的发生为主。

在混凝土的施工中, 为了提高模板的周转率, 往往要求新浇筑的混凝土尽早拆模。当混凝土温度高于气温时应适当考虑拆模时间, 以免混凝土表面产生早期裂缝。在混凝土浇筑初期, 由于水化热的散发, 表面引起相当大的拉应力, 此时表面温度亦较气温为高, 如拆除模板, 表面温度骤降, 必然引起温度梯度, 从而在表面附加一拉应力, 与水化热应力叠加, 再加上混凝土干缩, 表面拉应力达到很大数值时, 就有导致裂缝的危险, 但如果在拆除模板后及时在表面覆盖保温材料, 对于防止混凝土表面产生过大的拉应力, 具有显著的效果。

加筋对大体积混凝土的温度应力影响很小, 因为大体积混凝土的含筋率极低。在温度不太高及应力低于屈服极限的条件下, 钢的各项性能是稳定的, 而与应力状态、时间及温度无关。钢的线膨胀系数与混凝土的线膨胀系数相差很小, 在温度变化时两者间只发生很小的内应力。由于钢的弹性模量为混凝土弹性模量的5~8, 当混凝土应力达到抗拉强度而开裂时, 钢筋的应力将不超过100~200kg/cm2。因此, 在混凝土中要利用钢筋来防止细小裂缝的出现很困难。但加筋后结构内的裂缝一般就变得数目多、间距小、宽度和深度减小。如果钢筋的直径细而间距密时, 对提高混凝土抗裂性的效果较好。混凝土和钢筋混凝土结构的表面常常会发生细而浅的裂缝, 其中大多数属于干缩裂缝。虽然这种裂缝一般都较浅, 但其对结构的强度和耐久性仍有一定影响。

为确保混凝土工程质量, 防止开裂, 提高混凝土的耐久性, 合理使用外加剂也是减少裂缝的有效措施之一。

4 混凝土的早期养护

工程实践表明, 常见的混凝土裂缝, 大多是不同深度的表面裂缝, 主要是温度梯度造成的。所以, 混凝土的保温对防止混凝土表面早期裂缝十分重要。从温度应力方面来看, 保温应达到下列要求。

(1) 防止混凝土内外温差和混凝土表面温度梯度, 防止表面裂缝。

(2) 防止混凝土超冷, 应尽量设法使混凝土的施工期最低温度不低于混凝土使用期的稳定温度。

(3) 防止旧混凝土过冷, 以减少新老混凝土间的约束。

混凝土的早期养护, 主要目的在于保持适宜的温湿条件, 以达到一方面使混凝土免受不利的温度、湿度变形的侵袭, 防止有害的冷缩和干缩;另一方面使水泥水化作用顺利进行, 以使混凝土达到设计的强度和耐久性。适宜的温湿度条件使相互关联的, 混凝土的保温措施往往也有保湿的作用。

理论分析可知, 新浇筑的混凝土中所含水分完全可满足水泥水化的需要, 但由于蒸发等原因常引起水分损失, 不利于水泥水化的进行。所以混凝土浇筑后的初始阶段是养护的关键, 在施工中应切实重视。

5 结语

本文对混凝土的施工温度和裂缝之间的关系进行了初步的理论和实践上分析, 具体施工中还要多观察、比较, 出现问题后多分析总结, 综合应用多种预防、处理措施, 使混凝土的温度裂缝得到有效控制。

参考文献

混凝土施工温度分析 篇9

随着高层建筑、大跨结构、特种结构及大型设备基础的大量出现, 大体积混凝土得到了越来越广泛的应用。然而大体积混凝土中的水泥在硬化过程中会引起大量的水化热, 同时大体积混凝土截面尺寸较大, 并且混凝土的导热性能差, 且具有较大的厚度, 水泥水化热不易散失, 造成混凝土内部与表面产生温差, 进而产生温度应力, 最终导致混凝土温度裂缝的出现, 给工程设计和施工带来了很大的难题[1], 同时考虑到结构整体性、耐久性等原因, 甲方会提出无缝施工的要求。

2裂缝的分类

混凝土的裂缝大体可以分为两类, 即微观裂缝和宏观裂缝。以0.05 mm为界, 对大于等于0.05 mm的裂缝称为宏观裂缝, 小于0.05 mm的裂缝称为微观裂缝。混凝土的微观裂缝有三种[2]形式。

①粘着裂缝。骨料与水泥石粘接面上的裂缝, 主要在粗骨料的周围;②水泥石裂缝。水泥浆中的裂缝, 出现在骨料与骨料之间;③骨料裂缝。骨料本身的裂缝。在这三种裂缝中, 以粘着裂缝较多, 水泥石裂缝次之, 骨料裂缝较少。混凝土的微观裂缝主要是指粘着裂缝和水泥石裂缝。在工程实际中, 裂缝的产生大多数是由抗拉强度和抗拉变形不足而引起的。

3裂缝产生原因及特点

影响裂缝产生的荷载主要有两种[3], 第一种是各种外荷载, 第二种是变形荷载。对于结构物裂缝的起因, 大致可以分为三类。

①由外荷载 (动、静荷载) 的直接应力引起的裂缝, 即按照常规计算的主要应力引起的变形;②由结构的次应力引起的裂缝;③由变形变化引起的裂缝, 即主要由温度、收缩、不均匀沉降或膨胀等变形变化产生应力而引起的裂缝。这种裂缝起因是结构有一定的变形, 当结构承担不起变形才引起的应力, 而且应力尚与结构的刚度大小有关系, 只有当应力超过一定的数值才引起裂缝, 裂缝出现后变形得到满足或者部分满足, 同时结构刚度下降, 应力就会发生松弛。

4温度场有限元分析

当大体积混凝土结构温度改变时, 其各部分由于温度的升高或降低有膨胀或收缩的趋势[4]。但是由于结构所受的外在约束以及各部分之间的相互约束, 这种由于温度变化而产生的膨胀或收缩并不能自由的发生, 在这种情况下就产生了应力, 即所谓的温度应力。温度应力对结构的应力状态有重要的影响, 而在计算温度应力之前首先要计算的就是温度场。有限单元法可以有效的解决大体积混凝土的温度场计算问题。

在工程实践中, 裂缝的起因常常是综合性的, 重要的是区别和判断裂缝是由外荷载引起的还是由于结构变形变化引起的。对于由外荷载引起的裂缝宽度虽然较小, 但钢筋应力可能很高;而由于变形变化引起的裂缝虽然较宽, 但是钢筋的应力却很低。在进行裂缝原因分析的时候应该加以区别对待。

混凝土结构在τ时间的总应变ε (τ) 可表示成[5,6]

ε (τ) =εe (τ) +εc (τ) +εT (τ) +εs (τ) +εg (τ) (1)

式中:εe (τ) —应力引起的瞬时应变;εc (τ) —混凝土徐变应变;εT (τ) —混凝土温度变化引起的变形;εs (τ) —混凝土干缩变形;εg (τ) —混凝土的自生体积变形。

由于弹性模量和徐变度都是随着时间的变化而变化的。由式 (1) 知混凝土应变量包括弹性应变量、徐变应变增量、温度应变增量、干缩应变增量和自生体积应变增量, 因此有

{Δεn}={Δεundefined}+{Δεundefined}+{Δεundefined}+{Δεundefined}+{Δεundefined} (2)

式中:右边各项分别为外荷载、徐变、温度、干缩及自生体积应变增量。

将结点力和结点荷载加以集合, 得到整体平衡方程

[K]{Δδn}={ΔPn}L+{ΔPn}C+{ΔPn}T+

{ΔPn}0+{ΔPn}S (3)

其中, [K]为整体刚度矩阵, 右边各项分别为外荷载、徐变、温度、变形及干缩引起的结点荷载增量。

其结点荷载增量是由环绕结点i的各单元结点荷载增量集合而成。由整体平衡方程式 (3) 得到各单元应力如下

{σn}={Δσ1}+…+{Δσn}=∑{Δσn} (4)

5 算例分析

该工程实例为一大型建筑筏板基础, 其筏板尺寸厚度为2.4 m, 长度为14 m, 宽度为10 m, 地基土影响尺寸厚度取1.5 m, 长度取24 m, 宽度取18 m。

该混凝土筏板基础混凝土强度为C30, 水泥采用普通硅酸盐水泥, 混凝土的初凝时间为5小时。在施工时要求筏板基础不能有裂缝产生。此次施工采用全面分层法进行施工, 整体分为四层进行浇筑, 分层摊铺厚度为600 mm, 每层浇筑混凝土时间为4小时, 施工全过程分为四个阶段, 可以保证不留任何施工缝的要求, 各参数如表1所示。

采用大型工程有限元分析软件MIDAS对大体积混凝土施工阶段温度应力进行计算机模拟分析, 得到大体积混凝土水化热分析结果如下

其中, 图a为应力极值点应力变化图形;图b为应力极值点温度变化图形;图c为温度极值点应力变化图形;图d为温度极值点温度变化图形。

6结论

通过有限元对该大体积混凝土施工阶段进行模拟分析, 从应力变化过程、温度变化过程及控制点的应力、温度变化曲线, 可以得出以下结果。

(1) 随着混凝土的浇注和水化反应的进行, 混凝土核心区内部应力逐渐增大, 在混凝土内部形成较大的应力梯度。通过分析结果可知, 应力最大值出现在第96小时, 应力最大值为2.152 MPa, 相应的温度值为50.13 ℃;

(2) 在水化反应的同时, 混凝土内部核心区的温度也逐渐增大, 在混凝土内部形成一定的温度梯度, 同时水化热也较大程度影响到了地基, 使得地基的温度有一定程度的上升, 影响深度约为1.5 m左右。通过分析结果可知, 温度最大值出现在第96小时, 温度最大值为50.37 ℃, 相应的应力值约为1.7 MPa, 与外界的最大温度差约为30℃。 [ID:5185]

参考文献

[1]GB50010-2002, 混凝土结构设计规范[S].北京:中国建筑工业出版社, 2002.

[2]叶琳昌.大体积混凝土施工[M].北京:中国建筑工业出版社, 1987.

[3]王铁梦.工程结构裂缝控制[M].北京:中国建筑工业出版社, 1997.

[4]朱伯芳.大体积混凝土的温度应力和温度控制[M].北京:中国电力出版社, 1998.

[5]彭立海, 阎士勤, 等.大体积混凝土温控与防裂[M].郑州:黄河水利出版社, 2005.

混凝土施工温度分析 篇10

与普通混凝土相比, 大体积混凝土具有结构厚、体形大、钢筋密、混凝土浇筑量大、工程条件和施工技术要求高等特点。要保证大体积混凝土的施工质量, 就要防止和控制温度变形裂缝的发生和开展。

1 产生裂缝的原因

混凝土中产生裂缝有多种原因, 主要是温度和湿度的变化, 混凝土的脆性和不均匀性, 以及结构不合理, 原材料不合格 (如碱骨料反应) , 模板变形, 基础不均匀沉降等。混凝土硬化期间水泥放出大量水化热, 内部温度不断上升, 在表面引起拉应力, 气温的降低也会在混凝土表面引起很大的拉应力。当这些拉应力超出混凝土的抗裂能力时, 即会出现裂缝。许多混凝土的内部湿度变化很小或变化较慢, 但表面湿度可能变化较大或发生剧烈变化。如养护不周、时干时湿, 表面干缩变形受到内部混凝土的约束, 也往往导致裂缝。混凝土是一种脆性材料, 由于原材料不均匀, 水灰比不稳定, 及运输和浇筑过程中的离析现象, 在同一块混凝土中其抗拉强度又是不均匀的, 存在着许多抗拉能力很低, 易于出现裂缝的薄弱部位。在钢筋混凝土中, 拉应力主要是由钢筋承担, 混凝土只是承受压应力。在素混凝土内或钢筋混凝土的边缘部位如果结构内出现了拉应力, 则须依靠混凝土自身承担。一般设计中均要求不出现拉应力或者只出现很小的拉应力。但是在施工中混凝土由最高温度冷却到运转时期的稳定温度, 往往在混凝土内部引起相当大的拉应力。有时温度应力可超过其它外荷载所引起的应力, 因此掌握温度应力的变化对于进行合理的结构设计和施工极为重要。

2 防止大体积混凝土产生温度裂缝的控制措施

2.1 控制混凝土温升

⑴选用中、低热的水泥品种, 可以减少水泥水化反应释放的水化热, 使混凝土减少升温。

⑵掺入一定数量的粉煤灰外加料。粉煤灰具有一定活性, 既可以替代部分水泥, 又能改善混凝土的粘塑性和可泵性, 降低混凝土的水化热。粉煤灰最多掺量不得高于水泥用量的20%。

⑶粗、细骨料的选择;根据施工条件和施工工艺, 尽量选用粒径较大、级配良好的石子;细骨料采用优质中、粗砂。增大骨料粒径可减少用水量, 使混凝土的收缩和泌水随之减少, 同时也减少水泥用量, 使水泥的水化热减少, 最终降低了混凝土的温升。

2.2 延缓混凝土的降温速率

大体积混凝土浇筑后应及时对混凝土进行保温、保湿养护。保温可减少混凝土上升温阶段的内外温差, 防止产生表面裂缝;保温可防止混凝土表面脱水产生干缩裂缝;混凝土的保温、保湿还可使混凝土水化降温速率延缓, 减少结构温差, 防止产生过大的温度应力。

2.3 提高混凝土极限拉伸值

⑴掺入微膨胀外加料。

适量的微膨胀外加剂可补偿混凝土的收缩, 抵消由于多余水蒸发导致混凝土收缩而产生的拉应力, 从而提高混凝土的抗裂性。

⑵改进施工工艺, 提高施工质量。

对浇筑后的混凝土进行二次振捣, 能排除混凝土因泌水在粗骨料和钢筋下部产生的水分和空隙, 提高混凝土与钢筋的握裹力, 防止混凝土出现裂缝, 增加混凝土的密实度, 使混凝土的抗压强度提高, 从而提高抗裂性。

2.4 设置后浇带

当大体积混凝土平面尺寸过大时, 可适当设置后浇带, 以减少外应力和温度应力;同时也有利于散热, 降低混凝土的内部温度。

3 独立混凝土基础温控防裂

某高屋建筑地下室底板由主塔楼底板和裙楼底板组成, 底板面标高为-19.00m (集水井、电梯井除外) 。其中主塔楼地下室底板厚为2.5m, 混凝土强度为C45, 抗渗等级S8, 90天强度C50;裙楼底板厚1m, 混凝土强度为C35抗渗等级S8, 90天强度C40, 基础尺寸为140m×80m, 施工中不留伸缩缝, 不留后浇带, 混凝土浇筑量为15000m3左右, 由此可见本工程底板混凝土属于大体积混凝土。

3.1 施工技术

⑴基础底板与基层之间设置2层油毡滑动层, 减少基岩在降温过程中对地板产生强应约束力。该区域混凝土一次浇筑完成, 在两等级混凝土的交接处设一道快易收缩网, 以拦阻不同强度混凝土混合, 同时亦能无缝结合 (混凝土初凝前接合) , 此处先浇筑C45混凝土, 再浇筑C35混凝土。如图1所示。

⑵在基础变截面墙厚处设置5cm厚的聚苯乙烯泡沫板, 减缓变截面带来的应力集中。

⑶大体积混凝土的浇筑一般采用分层连接浇筑或分段分层踏步式推进的浇筑方法。结合本工程的施工特点, 裙楼1m厚板混凝土采用“一泵到顶, 斜面分层法”进行浇筑, 并用插入式振捣棒振捣密实。如图2所示。

3.2 合理配置混凝土配合比

选用较稳定的硅酸盐P.042.5R水泥, 含泥量小于2%的中粗黄砂, 含泥量小于1%、粗径2~4cm的坚硬自然组配碎石, YJ02型泵送减水剂, Ⅱ级粉煤灰, 出机后0.5h坍落度要求为18~21cm, 混凝土配合比 (重量比) 为水泥:水:石子:减水剂:粉煤灰=360:210:710:980:2.20:80, 砂率为40%, 水灰比为0.6。

3.3 养护工作

混凝土施工质量的好坏, 养护工作至关重要。在基础混凝土初凝后, 覆盖1层塑料薄膜进行保温, 再覆盖1层草垫进行洒水养护, 至少不低于15d。基础侧面应在拆模后及时利用原土回填, 做好保温养护工作, 防止温度变化引起的裂缝出现。

3.4 温度应变监测

选择两处有代表性的浇筑块体, 预埋温度传感器及应变传器进行施工期间混凝土水化热产生的温度和应变实时监测, 以科学指导施工养护。

由图3a可知, 初期由于水泥化反应进行, 释放出大量水化热, 混凝土内部温度持续升高, 最高温度为48℃, 相对温升为30℃, 到达时间为浇筑后3天左右, 位置位于混凝土中部。从第3天开始, 温度下降, 最大降温速度被控制在1.2℃/d, 到第28天, 混凝土内部温度基本趋于稳定, 表明水化反应基本结束。

由图3b可知, 在混凝土升温过程中呈现受压趋势, 最大压应变为42μξ。在降温过程中, 压应变减小, 逐渐向受拉方向发展, 前期发展较快, 后期趋于平缓, 截至第28天, 最大拉应变为130μξ左右, 可以准确断定理论上不会开裂。

减水剂YJ02效果显著, 可节省水泥, 又可降低水化热, 同时又提高了混凝土抗渗性的作用。温度监测表明, 虽然混凝土有一定温升, 但只要做好养护, 完全可以使混凝土裂缝得到很好的控制。

3.5 大体积混凝土施工过程中的电测温监控技术

3.5.1 测温监控技术应用

采用中国建筑研究院生产的电子测温仪进行测温。在混凝土浇筑前, 将带有铜感应块的测温导线预先按图示位置绑扎在底板钢筋的支承马凳上, 注意不要使铜感应块接触钢筋, 测温时将导线外露的插头直接插在测温仪上即可读出混凝土内部温度的适时数据, 从而能够及时控制和了解底板混凝土内部各阶段、各部位温度变化情况。

测温点根据底板外形进行布置, 在开始浇筑的部位置近基础模板侧布置4个测温点, 沿沸腾浇筑方向布置5个测温点, 在核心筒部位布置1个, 这样可以反映整个基础不同部位的温度情况。

混凝土初凝后即进行测温工作, 混凝土温升阶段每2h测温一次, 后期降温阶段每4h测温一次, 记录必须如实、准确, 以便查询和分析, 测温过程中如发现温度变化异常或内外温差超过25℃, 应及时采取加厚保温层等应急措施。

3.5.2 大体积混凝土实施温控后的情况

通过对有代表性的9号点的测温数据分析统计可以看出, 混凝土内部温度升值在74h后达到最最高值, 温升峰值过后, 其逐日降温速率趋于平衡, 由此表明, 实测温度和热工计算内部最高温度相差不大, 确定的混凝土养护措施效果很好。

4 结束语

经现场检查, 本基础工程未发现温度变形裂缝。实践证明, 通过优化配合比设计, 改善施工工艺, 提高施工质量, 做好温度监测作及及加强养护等方面采取有效技术措施, 可以控制大体积混凝土温度裂缝的发生。

参考文献

[1]戴镇潮, 大体积混凝土的防裂[J], 混凝土, 2001, (9) :10

[2]覃维祖, 混凝土的收缩、开裂及其评价与防治[J], 混凝土, 2001, (7) :3

[3]迟陪去, 大体积混凝土开裂的起因及防裂措施[J], 混凝土, 2001, (12) :31

[4]康方中, 浅淡现浇商品混凝土楼板变形裂缝的成因和防治[J], 混凝土, 2003, (5) :18

浅谈混凝土的施工温度与裂缝 篇11

关键词:混凝土;温度应力;裂缝;控制

混凝土在现代工程建设中占有重要地位。混凝土的裂缝较为普遍。究其原因,我们对混凝土温度应力的变化注意不够是其中之一。在大体积混凝土中,温度应力及温度控制具有重要意义。这主要是由于两方面的原因。首先,在施工中混凝土常常出现温度裂缝,影响到结构的整体性和耐久性;其次,在运转过程中,温度变化对结构的应力状态具有显著的不容忽视的影响。我们遇到的主要是施工中的温度裂缝,因此本文仅对施工中混凝土裂缝的成因和处理措施做一探讨。

一、裂缝的原因

混凝土中产生裂缝有多种原因,主要是温度和湿度的变化,混凝土的脆性和不均匀性,以及结构不合理,原材料不合格(如碱骨料反应),模板变形,基础不均匀沉降等。混凝土硬化期间水泥放出大量水化热,内部温度不断上升,在表面引起拉应力。后期在降温过程中,由于受到基础或老混凝上的约束,又会在混凝土内部出现拉应力。气温的降低也会在混凝土表面引起很大的拉应力。当这些拉应力超出混凝土的抗裂能力时,即会出现裂缝。许多混凝土的内部湿度变化很小或变化较慢,但表面湿度可能变化较大或发生剧烈变化。混凝土是一种脆性材料,抗拉强度是抗压强度的1/10左右,短期加荷时的极限拉伸变形只有(0.6～1.0)×104,长期加荷时的极限位伸变形也只有(1.2～2.0)×104。由于原材料不均匀,水灰比不稳定,及运输和浇筑过程中的离析现象,在同一块混凝土中其抗拉强度又是不均匀的,存在着许多抗拉能力很低,易于出现裂缝的薄弱部位。在钢筋混凝土中,拉应力主要是由钢筋承担,混凝土只是承受压应力。在素混凝土内或钢筋混凝上的边缘部位如果结构内出现了拉应力,则须依靠混凝土自身承担。一般设计中均要求不出现拉应力或者只出现很小的拉应力。但是在施工中混凝土由最高温度冷却到运转时期的稳定温度,往往在混凝土内部引起相当大的拉应力。有时温度应力可超过其它外荷载所引起的应力,因此掌握温度应力的变化规律对于进行合理的结构设计和施工极为重要。

二、根据温度应力引起的原因可分为两类

(一)自生应力

边界上没有任何约束或完全静止的结构,如果内部温度是非线性分布的,由于结构本身互相约束而出现的温度应力。

(二)约束应力

结构的全部或部分边界受到外界的约束,不能自由变形而引起的应力。

这两种温度应力往往和混凝土的干缩所引起的应力共同作用。要想根据已知的温度准确分析出温度应力的分布、大小是一项比较复杂的工作。计算温度应力时,必须考虑徐变的影响,具体计算这里就不再细述。

三、温度的控制和防止裂缝的措施

(一)为了防止裂缝,减轻温度应力可以从控制温度和改善约束条件两个方面着手

1.控制温度的措施

(1)采用改善骨料级配,用干硬性混凝土,掺混合料,加引气剂或塑化剂等措施以减少混凝土中的水泥用量;

(2)拌合混凝土时加水或用水将碎石冷却以降低混凝土的浇筑温度;

(3)热天浇筑混凝土时减少浇筑厚度,利用浇筑层面散热;

(4)在混凝土中埋设水管,通入冷水降温;

(5)规定合理的拆模时间,气温骤降时进行表面保温,以免混凝土表面发生急剧的温度梯度;

(6)施工中长期暴露的混凝土浇筑块表面或薄壁结构,在寒冷季节采取保温措施。

2.改善约束条件的措施

(1)合理地分缝分块;

(2)避免基础过大起伏;

(3)合理的安排施工工序,避免过大的高差和侧面长期暴露。

(二)正确使用外加剂也是减少开裂的措施之一

1.混凝土中存在大量毛细孔道,水蒸发后毛细管中产生毛细管张力,使混凝土干缩变形。增大毛细孔径可降低毛细管表面张力,但会使混凝土强度降低。这个表面张力理论早在六十年代就已被国际上所确认;

2.水灰比是影响混凝土收缩的重要因素,使用减水防裂剂可使混凝土用水量减少25%;

3.水泥用量也是混凝土收缩率的重要因素,掺加减水防裂剂的混凝土在保持混凝土强度的条件下可减少15%的水泥用量,其体积用增加骨料用量来补充;

4.减水防裂剂可以改善水泥浆的稠度,减少混凝土泌水,减少沉缩变形;

5.提高水泥浆与骨料的粘结力,提高的混凝土抗裂性能;

6.混凝土在收缩时受到约束产生拉应力,当拉应力大于混凝土抗拉强度时裂缝就会产生。减水防裂剂可有效的提高的混凝土抗拉强度,大幅提高混凝土的抗裂性能;

7.掺加外加剂可使混凝土密实性好,可有效地提高混凝土的抗碳化性,减少碳化收缩;

8.掺减水防裂剂后混凝土缓凝时间适当,在有效防止水泥迅速水化放热基础上,避免因水泥长期不凝而带来的塑性收缩增加;

9.掺外加剂混凝土和易性好,表面易摸平,形成微膜,减少水分蒸发,减少干燥收缩。

四、混凝土的早期养护

实践证明,混凝土常见的裂缝,大多数是不同深度的表面裂缝,其主要原因是温度梯度造成寒冷地区的温度骤降也容易形成裂缝。因此说混凝土的保温对防止表面早期裂缝尤其重要。从温度应力观点出发,保温应达到下述要求:

(一)防止混凝土内外温度差及混凝土表面梯度,防止表面裂缝;

(二)防止混凝土超冷,应该尽量设法使混凝土的施工期最低温度不低于混凝土使用期的稳定温度;

(三)防止老混凝土过冷,以减少新老混凝土间的约束。

混凝土的早期养护,主要目的在于保持适宜的温湿条件,以达到两个方面的效果,一方面使混凝土免受不利温、湿度变形的侵袭,防止有害的冷缩和干缩;一方面使水泥水化作用顺利进行,以期达到设计的强度和抗裂能力。

混凝土施工温度分析 篇12

某钢筋混凝土渡槽采用薄壁箱型结构,双线双槽布置,单槽顶部全宽15m,底部全宽15.1m,单槽净宽13.0m,两槽间内壁间距5.0m,两槽之间加盖人行道板。 双线渡槽全宽顶宽33m,底宽33.5m。 槽身结构如图1所示。

该渡槽采用了C50高性能混凝土,早期发热速度快,发热量高。 槽身底板、侧墙等薄壁构件在浇筑初期容易出现较大的内外温差,如果此时再出现寒潮,极易导致表面产生的拉应力超过混凝土的抗拉强度,产生“由外而内”的贯通裂缝。 渡槽工程一般采取两层浇筑的施工工艺,下层混凝土浇筑完毕经过一段间歇期后再浇筑上层混凝土。 这样就存在上下层新老浇筑混凝土的相互作用,上层新浇混凝土由于温度变化而产生变形时将受到下层老混凝土的约束,当新老混凝土之间的抗力小于因变形而产生的内力时就会产生贯通性的裂缝。 无论表面裂缝还是贯穿性裂缝,都将对渡槽结构的抗渗性、耐久性以及整体性和安全性造成很大影响[1]。

利用结构分析软件建立单跨渡槽结构的仿真模型,考虑实际施工过程中各种因素的影响,施加符合实际情况的边界约束条件进行水化热仿真分析,研究渡槽结构内部不同部位的温度和温度应力的变化情况,对采取相应措施减小温度应力、提高混凝土的抗裂性具有重要意义。

2数值仿真分析模型

2.1计算模型的建立

本文借助大型有限元分析软件MIDAS/CIVIL, 对该渡槽结构进行施工过程的水化热仿真分析。 模型采用三维实体单元,建立一跨渡槽(跨径40m)的整体模型, 共计划分10522个单元,15731个结点。 按照先计算施工过程中水化热引起的结构中温度场的分布,再将所计算的温度场作为荷载施加到结构中计算因温度产生的结构内力。 温度场仿真分析时,侧墙及底板通过模板与空气接触,顶面直接与空气接触;边界上存在与空气的热对流,属于热分析中的第三类边界条件,对流边界条件作为面荷载施加于实体表面;在应力场计算时,考虑到槽身混凝土底面采用满堂支架施工,在渡槽底面增加Y轴方向的约束[2,3,4]。

2.2计算参数的选取

按照施工的常规方案,单跨渡槽先浇筑底板混凝土,至侧墙“八”字墙以上60cm左右的高度,间歇10d后再浇筑上层混凝土。 表1为工程所在流域内的实测气象资料,流域内全年盛行的风向为NE。 结合气象资料, 渡槽工程的可施工期为每年的3月~ 11月。

混凝土比 热取0.96k J/(kg·℃), 导温系数 为0.00274m2/h, 热膨胀系数为7.43×10-6/℃ , 不同龄期槽身混凝土的抗拉强度如表2所示。

2.3典型点分布

渡槽不同部位混凝土的内外温度及应力是不同的。 对于工程质量而言,只要最不利的部位能够满足要求,其他部位一定也满足质量要求。 为了解槽体结构温度随龄期发展的变化规律,选取具有代表性的位置点(典型点)绘制其施工期温度及应力变化过程线。 通过典型点的结果分析即可有效总结整个结构不同部位混凝土的温度及应力变化规律。 过程线整理选取有代表性的4个关键部位8个节点,渡槽结构底板中部、侧墙最薄部位、侧墙新老混凝土交界处、侧墙与底板衔接处受温度应力影响比较明显,最容易开裂,选取它们为分析研究的关键部位,在每个关键部位表面和内部各选取一个典型点,其分布如图2所示。

3渡槽混凝土温度及应力分析

3.1无防裂措施情况下温度及应力分析

单跨渡槽在每月的1日开始浇筑,浇筑完成下层混凝土后间歇10d再浇筑上层混凝土,两层混凝土浇筑温度均取旬平均气温。 现以3月份混凝土浇筑过程为研究对象, 分析研究在不采取任何保温、 隔热、降温等防裂措施的情况下槽身混凝土内的温度分布、温度及应力变化特点。 图3~图8为混凝土浇筑后不同龄期温度分布情况,图9、图10为各典型点处温度及温度应力随时间变化情况,各典型点温度及应力特征值见表3。

计算结果表明,不采取任何防裂措施时,渡槽混凝土结构表面因水化热升温造成的拉应力均超过了该龄期混凝土的抗拉强度,从而会在相应位置出现温度裂缝。 混凝土在浇筑初期水化速度快,发热量大, 干缩变形及自身体积收缩变形量也偏大。 尽管混凝土抗拉强度也在增长,但由于混凝土水化热造成的快速增长的表面温度拉应力仍然给温控防裂带来很大困难,施工中必须给予足够的重视。

混凝土仿真计算结果表明:当上层新浇侧墙混凝土温度下降时,结合面部位混凝土受老混凝土约束,内部产生了较大的温度应力。 造成这种情况的原因主要包括三个方面: 1混凝土发热速度较快, 新浇混凝土很快达到最高温度,而老混凝土的温度已趋于稳定,这必将引起较大的温差;2新老混凝土结合面附近, 上层混凝土在温度下降时体积收缩,而下层老混凝土的收缩变形相对较小,这必将引起相对约束效应;3混凝土的自身体积收缩应变较大,这也是造成较大应力的一个主要原因[5,6,7,8]。

3.2有防裂措施情况下温度及应力分析

仍以3月份混凝土浇筑过程为研究对象,但在混凝土浇筑过程中采取保温、隔热、降温等防裂措施,分析研究槽身混凝土内的温度分布、温度及应力变化特点。

实际工程中一般采取外保、 内降的防裂措施。 “外保 ” 是指通过在槽身钢模板外表面覆盖聚乙烯苯板进行表面保温隔热,避免槽身外表面温度随周围环境温度下降过快;“内降”是指通过在槽身侧墙和底板通冷水管散热降温,避免槽身内部由于水化热积累而造成温度上升过高,同时采取外保、内降这两个措施可以显著降低槽身表里温差,从而减小温度应力,提高混凝土的抗裂能力。 仿真分析时,根据聚乙烯苯保温板和空气导热系数的不同,相应改变计算模型的表面对流边界条件,以此来模拟钢模外苯板对混凝土的保温作用;利用软件的管冷功能来模拟渡槽侧墙和底板内冷水管的散热作用[9,10,11,12,13]。

有防裂措施情况下,各典型点温度及应力变化曲线如图11和图12所示,各典型点温度及应力特征值见表4。

计算结果表明,采取保温、降温防裂措施的混凝土表里温差明显降低,由于温度变化产生的表面拉应力大大减小,其中两次浇筑混凝土结合面处的表面最大拉应力无防裂措施时为3.13MPa, 大于此时的混凝土抗拉强度2.8MPa;有防护措施时两次浇筑混凝 土结合面 处的表面 最大拉应 力降低到1.43MPa,明显小于此时的混凝土抗拉强度2.8MPa。 而侧墙底的表面最大拉应力也由7.09MPa减小到1.73MPa。 仿真分析结果表明 ,同时采取外保 、内降措施抗裂效果显著。

( 有防裂措施 )

4结论

(1)薄壁混凝土渡槽结构由于施工过程中内部水化热的积聚而使槽身表里温差过大,由此会在混凝土内产生很大的温度拉应力, 易出现温度裂缝, 从而对混凝土的抗渗性、耐久性、整体性等造成很大影响,裂缝开展严重的甚至危及结构的安全。

(2)薄壁混凝土渡槽一般采用两次浇筑成型的施工方法,一般先浇筑底板混凝土,隔10d左右再浇筑上层混凝土,槽身底板中部、侧墙最小壁厚处、 侧墙底部、分层浇筑混凝土结合面处等四个关键部位受温度应力影响最显著,最容易出现温度裂缝。

(3) 在不采取任何保温 、 降温等防裂措施的情况下,槽身底板中部和侧墙底部分别在下层混凝土浇筑后0.6d、1.5d达到最大表里温差, 侧墙中部和结合面均在上层混凝土浇筑后0.6d达到最大表里温差,并且槽身各关键部位的最大温度拉应力均超过相应龄期混凝土的抗拉强度,开裂现象严重。

(4)在综合采取外保 、内降防裂措施 (钢模外贴聚乙烯苯板保温隔热,同时槽身侧墙和底板通冷水管散热降温)的情况下,槽身表里温差和温度应力明显减小,槽身底板中部和侧墙底部分别在下层混凝土浇筑后2d、2.5d达到最大表里温差, 侧墙中部和结合面分别在上层混凝土浇筑后2d、1d达到最大表里温差,并且槽身各关键部位的最大温度拉应力都有很大程度的降低,很多部位最大拉应力小于相应龄期混凝土的抗拉强度,抗裂效果显著。

摘要：以实际工程为例,利用结构分析软件建立了数值仿真分析模型;对渡槽混凝土温度及应力进行了分析,并提出了相应的防裂措施;可为类似薄壁混凝土渡槽结构的施工提供借鉴和理论依据。