大体积砼温度裂缝控制的
施工
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技术研究
摘要:在施工过程中,施工单位在原材料的选用、配合比的确定、砼内部及表面的测温、降温和保养等几个方面严格把好质量关,完全能够将大体积砼的内外温差控制在
规范
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允许范围之内,避免砼温度裂缝的产生。
关键词:大体积砼;温差;裂缝;质量控制;温度测控
1、 概述
随着国民经济的高速发展,建筑技术也在飞速进步,高层、超高层建筑、大型设备基础、高耸结构物大量出现,在这些结构中,大体积砼被广泛的使用。大体积砼是指最小断面尺寸大于0.8m的结构物,其尺寸已经大到必须采用相应的技术措施,要妥善处理内外温差,合理解决温度应力并控制裂缝开展的砼结构。与普通砼相比,大体积砼具有结构厚、体积大、钢筋密、工程条件复杂和施工技术要求高等特点,除了满足强度、刚度、整体性和耐久性等要求外,主要应解决好控制温度变形的发生和开展。
砼温度裂缝产生的主要原因是由于砼的导热性能差,其外部的水化热量散失较快,而积聚在结构内部的水化热则不易散失,造成砼各部位之间的温度差和温度应力,当表面拉应力超过砼的抗拉强度时,就会产生温度裂缝,给工程带来不同程度的裂缝。
能够深刻了解大体积砼中温度变化所引起的应力状态对结构的影响,认识温度应力的一系列特点,掌握温度应力的变化规律,了解大体积砼温度裂缝产生的机理,对于制定有效的施工方案,保证施工质量能起到至关重要的作用。这就要求施工单位在原材料的选用、配合比的确定、砼的测温、降温和保养等几个方面严格把好质量关。
2、 原材料的选用
1)、水泥:
大体积砼应优选高强低水化热水泥,以减少水泥用量,降低水化热。如矿渣硅酸盐水泥、粉煤灰水泥等,强度应优先采用32.5或42.5标号的水泥。
2)、砂、石骨料:
施工用砂应选择细度模数2.80~3.0之间的中粗砂,含泥量严格控制在1%以下,不得混有草根等有机杂质,杜绝使用细砂。粗骨料应尽量选用粒径较大,石子级配良好的粗骨料,但考虑到大体积砼多为商品砼,泵送,所以综合考虑应优选5~25cm连续级配的火成岩碎石,含泥量低于1%,片状、针状石含量不得超过10%,严禁有风化石、云母岩等低强度岩石存在。
3、 优选砼施工配合比
根据
设计
领导形象设计圆作业设计ao工艺污水处理厂设计附属工程施工组织设计清扫机器人结构设计
强度及泵送砼坍落度的要求,必须先进行试配,试配时应遵循以下原则:
1)、减少水泥用量:
为了减小水化热,降低砼内部的升温,在条件允许的情况下,优先选用强度高的水泥,积极采用“三掺”技术,在砼中掺加适量的JM—Ⅲ高效复合外加剂、Ⅱ级粉煤灰等活性料,能很好的提高砼的和易性,可泵性,减少水泥用量。同时还可以降低用水量,减少游离水的存在,将水灰比控制在0.45~0.50之间。
2)、控制砼坍落度:
积极与商品砼生产厂家加强联系,根据运输路线的情况,控制好坍落度,施工现场做好到场砼坍落度的抽查工作,严禁在施工现场随意加水的做法,将施工现场的砼坍落度严格控制在设计范围之内。
3)、控制砼的入模温度:
砼的入模温度的高低对于砼早期温度的产生和发展有着很大的影响,入模温度过高会导致砼内部升温过高,与外界和表面温差过大,从而大大增加砼表面产生温度裂缝的机率。入模温度过低会严重影响砼强度、特别是早期强度的正常增长,从而影响结构的使用。一般采取的措施为高温季节采用掺入冷水的办法,低温季节采用加入热水的办法,将砼的入模温度控制在15~20℃之间,以延缓砼水化热峰值的出现。
4)、充分利用砼的后期强度,减少每立方米砼中的水泥用量,实验证明每增减10Kg水泥,其水化热将使砼的温度相应升降1℃。
4、 温度裂缝的控制计算
1)、砼浇筑前的裂缝控制计算:
在大体积砼浇筑前,应先根据砼的配合比和施工条件,计算水泥水化热的绝热最高温升值、各龄期的收缩变形值等数值,然后通过计算,估算出可能产生的最大温度收缩应力,如超出砼各龄期的极限抗拉强度,则必须采取调整砼入模温度、降低水化热温升值等措施来降低温度收缩应力,保证其应力值小于砼各龄期的极限抗拉强度。
(1)、砼的水化热的绝热最高温升值:
(1)
T(t)——砼浇筑完t段时间,砼的绝热温升值;
C——每立方米砼的水泥用量;
c——砼的热比,一般由0.92~1.00;
ρ——砼的质量密度,取2400kg/m3;
e——常数,取2.718;
m——与水泥品种、浇筑时与温度有关的经验系数,一般为0.2~0.4;
t——砼浇筑后至计算时的天数。
(2)砼的温度收缩应力:
(2)
ΔT——砼的最大综合温差;
S(t)——考虑徐变影响的松弛系数,一般取0.3~0.5;
R——砼的外约束系数;
ν——砼的泊松比,可取用0.15~0.20。
5、 改善约束条件,减少温度应力
1)、采取分层分段的浇筑方式,通过合理设置施工缝或后浇带,以减小砼的相对体量,放松约束程度,减小每次浇筑体量的蓄热量,防止水化热积聚过多,以减小温度应力的积聚。
2)、对于大体积砼基础,可在基础与砼垫层之间设置滑动层,以消除垫层对基础砼的约束作用,释放约束应力。
3)、适当参入钢纤维或杜拉纤维等材料,采用二次振捣法等积极有效的措施,提高砼的密实度和极限拉伸强度,提高砼的抗裂缝能力。
4)、在结构截面突变或转折处,底、顶板与墙体转折处,孔洞转角等处设置必要的温度配筋和构造配筋,以改善应力集中,防止裂缝出现。
6、加强砼的养护和测温工作
1)、对于大体积整板基础砼应在砼终凝后覆盖薄膜,其上在覆盖一层麻袋进行保温,并积极采用蓄水法进行保温养护,蓄水深度15~20cm为宜,时间不少于14天,对于大体积转换层大梁等构件,可采用内散外蓄的方法加快构件内部热量的散失。具体做法为在砼浇筑前在构件中埋入循环水管,砼浇筑完毕后及时通过水泵压入冷水并使之在砼内部形成循环,迅速带走水泥水化产生的部分热量,降低构件内外温差。现行规范
规定
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应将砼内外温差控制在25℃之内,基面温度和基底温度差控制在20℃之内。
2)、对砼内外温度进行有效地测控,可以及时掌握砼内外温度产生和发展的情况,如发现问
题
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可及时采取有效措施进行处理,从而保证砼内外温差在规范允许范围内。
大体积砼的测控技术主要使用热传感器,采集电压信号,通过计算机适时处理,得到温度数据,并适时储存,显示、打印、以达到指导大体积砼施工及养护工作的目的。
也可采用在砼中间和表面每隔适当位置预留测温孔,用温度计直接测温的简易方法,但该方法精度较差,操作起来存在诸多不便。
7、工程实践
西安西华大厦工程为一裙两塔结构,裙房为框架剪力墙,塔楼为全剪力墙结构,建筑面积53250m2,地上25层,地下一层。其中地下室面积3710 m2,裙楼(一~三层)11100 m2。
该工程地下室筏板基础塔楼部位砼厚度1.5m,长35.7m,宽31.5m,裙房部位砼筏板基础厚度40cm,地下室筏板总计砼量为4107m3。
在施工之前,我们充分考虑到大体积砼施工的特点和难点,制定了相应的施工方案,如充分利用砼的后期强度,采用60天强度代替28天强度作为砼的设计强;选择中低热水泥品种,使用32.5矿渣硅酸盐水泥;加强浇筑后的保温养护等一系列的措施,取得了很好的效果。
在砼浇筑后我们通过预埋在砼中的热敏元件对砼上、中、下部位的温升情况严格按规范要求进行了测量记录,测出了各时段、各部位每天的温度平均值,详见下表:
位置
砼温度实测值(℃)
1d
2d
3d
4d
5d
6d
7d
8d
9d
10d
11d
12d
13d
14d
15d
上
42.2
53.9
52.4
49.6
44.9
42.4
39.5
36.5
32.8
29.7
25.3
22.5
22
21.2
19.9
中
53.2
62.8
63.3
59.4
56.9
53.4
48.9
45.9
41.7
36.9
33.7
29.9
27.9
25.8
24.7
下
50.4
58.5
59.8
58.7
55.4
52.9
47.4
42.1
39.3
35.6
31.2
28.5
26.3
24.1
23.2
根据上表所得的数据,我们描绘出了温度变化曲线图如下:
70 温度(℃)
60 中部
50 下部
40 上部
30
20
10
0
1d 2d 3d 4d 5d 6d 7d 8d 9d 10d 11d 12d 13d 14d 15d
根据上表和上图可以看出在砼温度增长的前15天内,砼内部最高温度为63.3℃,相邻最大温差10.9℃,完全符合小于25℃的最大温差的规范要求,说明事先我们采取的控制温差的措施是合理的有效的。
8、 结语
总之,通过严密的事前预控,完善的事中监控,就完全能够将大体积砼的内外温差控制在规范允许范围之内,避免大体积砼温度裂缝的产生。