淺析大體積混凝土降溫保溫措施

工學(xué)院土木工程系 土木工程施工課程小論文 題 目： 淺析大體積混凝土降溫保溫措施 學(xué)生姓名 泮 偉 志 學(xué) 號 09134119 班 級 土 木 091 指導(dǎo)教師 王 偉 成 績 完成日期 2012-6-6 淺析大體積混凝土 溫控 措施 摘要 ： 本論文以大體積混凝土保溫降溫為研究對象。在大體積混凝土工程中，溫度 應(yīng)力及溫度控制具有重要意義。大體積混凝土澆筑后水泥水化熱不易散發(fā)，混凝土內(nèi)部溫度顯著升高，造成混凝土內(nèi)外溫差較大，混凝土表面易產(chǎn)生裂縫 。降溫階段，混凝土逐漸散熱收縮，混凝土內(nèi)部易出現(xiàn)貫穿性裂縫?？傊炷恋纳禍剡^程會引起混凝土內(nèi)部應(yīng)力劇烈變化而導(dǎo)致結(jié)構(gòu)混凝土產(chǎn)生有害裂縫。因此，溫度應(yīng)力的分析、溫度的控制和防止裂縫的措施，是混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、施工十分重要的課題。 主要研究內(nèi)容包括 ： （ 1） 大體積混凝土工程中溫度裂縫的危害和它的形成機(jī)理，論證了大體積混凝土 溫控 措施的必要性和可行性； （ 2） 大體積混凝土 溫控 措施研 究； （ 3） 通過以上研究提出大體積混凝土 溫控 措施技術(shù)建議。 關(guān)鍵詞 ： 大體積混凝土 溫控 措施 1、 大體積混凝土的界定 所謂大體積混凝土 1，一般理解為尺寸較大的混凝土，大體積混凝土施工規(guī)范（ GB50496 -2009）里的定義：混凝土結(jié)構(gòu)實(shí)物最小幾何尺寸不小于 1m 大體量混凝土 ，或預(yù)計(jì)會因混凝土中膠凝材料水化引起的溫度變化和收縮而導(dǎo)致有裂縫產(chǎn)生的混凝土 。 2、大體積混凝土病害分析 大體積混凝土，具有結(jié)構(gòu)厚、體型大、鋼筋密 、混凝土用量多、工程條件復(fù)雜和施工技術(shù)要求高等 特點(diǎn)。除了必須滿足強(qiáng)度、剛度、整體性和耐久性要求以外還必須控制溫度變形裂縫的開展。由于大體積混凝土截面大，水泥用量多，水泥水化釋放的水化熱會產(chǎn)生較大的溫度變化，由此形成的溫度應(yīng)力及混凝土的收縮是施工階段產(chǎn)生裂縫的主要原因 2。 這種裂縫主要有以下四種： （ 1） 混凝土澆筑初期升溫階段，水化產(chǎn)生大量水化熱，使混凝土的溫度上升很快，混凝土表面散 熱條件較好，熱量可向大氣中散發(fā)，溫度上升較??；混凝土內(nèi)部由于其傳熱系數(shù)較小，熱量散發(fā)較小，溫度上升較多，這樣就形成了內(nèi)外溫度梯度，導(dǎo)致內(nèi)約束，其結(jié)果是混凝土內(nèi)部產(chǎn)生壓應(yīng)力，面層 產(chǎn)生拉應(yīng)力，當(dāng)該拉應(yīng)力超過混凝土的抗拉強(qiáng)度時，混凝土表面產(chǎn)生裂縫。 （ 2） 混凝土硬化后期降溫階段（一般為混凝土澆筑 34 天后），水泥水化熱基本已全部釋放，混凝土從最高溫度逐漸降溫，產(chǎn)生冷縮。由于存在較大的內(nèi)外溫度差，混凝土內(nèi)部溫度下降較多，外部降溫?cái)?shù)值較小，導(dǎo)致外約束，使得內(nèi)部混凝土中形成較大的拉應(yīng)力而導(dǎo)致開裂 。 （ 3） 在升溫階段，由于混凝土沒有硬化產(chǎn)生強(qiáng)度，故地基、基礎(chǔ)等邊界條件對其不形成約束應(yīng)力。在降溫階段，混凝土已硬化產(chǎn)生了強(qiáng)度并且與邊界條件形成一體，當(dāng)混凝土冷縮時，受到邊界 條件的約束，產(chǎn)生拉應(yīng)力而導(dǎo)致開裂 （ 4） 混凝 土的收縮（干縮）受到邊界條件的約束產(chǎn)生拉應(yīng)力而導(dǎo)致開裂。 后三種裂縫嚴(yán)重時會形成貫穿裂縫，破壞結(jié)構(gòu)的整體性、耐久性和防水性，影響正常使用。 3、大體積混凝土溫控措施 為了保證大體積混凝土施工質(zhì)量，其一是通過調(diào)整混凝土配合比，使混凝土在水化及硬化過程中盡量減少收縮；其二是采取適當(dāng)?shù)墓に嚧胧?，降低大體積 混凝土的內(nèi)部溫升及內(nèi)外溫差，最大降低混凝土的冷縮值及內(nèi)外溫差應(yīng)力。 3.1、優(yōu)選原材料 混凝土原材料、配合比選擇是大體積混凝土溫控工作的首要環(huán)節(jié)。 3.1.1 水泥 由于溫差主要是由水化熱產(chǎn)生的，所以為了減少溫差 就要盡量降低水化熱，為了降低水化熱，要盡量采取水化熱低的水泥。由表 3-1 可知礦渣硅酸鹽水泥的水化熱低，對于大體積混凝土宜采用礦渣硅酸鹽水泥。 表 3-1 水泥的水化熱 3 28 天發(fā)熱量 單位水泥 28 天的累積水化熱（ J/Kg） 水泥標(biāo)號 325 425 525 普通硅酸鹽 288700 376560 460240 礦渣硅酸鹽 247000 3347220 混凝土的強(qiáng)度等級越高，水化熱通常也越高，產(chǎn)生裂縫的概率就越高。在地下室外墻施工中，除了保證設(shè)計(jì)要求的條件下盡量降低混凝土的強(qiáng)度等級以減少水化熱 外，還應(yīng)該充分利用混凝土的后期強(qiáng)度。 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)表明，水化熱與水泥 用量成正比，每立方米的混凝土中水泥用量每增減 10Kg，水泥水化熱使混凝土的溫度相應(yīng)升降 1。因此，可通過采取適當(dāng)?shù)拇胧p少水泥用量來控制混凝土的溫升，降低溫度應(yīng)力，減少混凝土開裂的可能性。 3.1.2 骨料 （ 1）粗骨料 宜采用連續(xù)級配。 盡量擴(kuò)大粗骨料的粒徑，因?yàn)榇止橇狭皆酱?，級配越好，孔隙率越小，總表面積越小，每立方米的用水泥砂漿量和水泥用量就小，水化熱隨之降低，對防止裂縫的產(chǎn)生有利。 （ 2）細(xì)骨料 宜選用 中砂 ，并且對砂進(jìn)行過篩，嚴(yán)格控制砂子 的含泥量不超過 2，這是由于含泥量對于混凝土的抗拉強(qiáng)度與收縮都有很大的影響，在某些控制不是很嚴(yán)格的情況下，振搗混凝土的過程會發(fā)現(xiàn)有泥塊，這會降低混凝土的抗拉強(qiáng)度，引起結(jié)構(gòu)的嚴(yán)重開裂。 3.1.3 外加劑 加入外加劑后能減少混凝土收縮開裂的機(jī)會，采用高效減水劑，可起減水、緩凝、引氣的作用，對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，同時達(dá)到了降低水灰比，延緩混凝土放熱峰值出現(xiàn)的時間，從而減少裂縫出現(xiàn)的機(jī)率的作用 。 3.1.3 礦物摻合料 礦物摻合料包括粉煤灰、礦渣。硅灰、沸石芬等，礦物摻合料的加入可以明顯降低交接材料的水化熱，但是礦物摻合料的種類、數(shù)量及摻和方式的不同，水化熱差別很大。 3.2 混凝土的拌制、運(yùn)輸 混凝土的拌制、運(yùn)輸必須滿足連續(xù)澆筑施工以及盡量降低混凝土的出罐溫度等方面的要求 ?？梢圆扇∫韵麓胧?4： （ 1） 盡量縮短混凝土運(yùn)輸時間，以減少水化熱的繼續(xù)溫升； （ 2） 盡可能安排混凝土的攪拌、澆筑在夜間進(jìn)行； （ 3） 混凝土攪拌場站宜對砂、石骨料采取遮陽、送冷風(fēng)， 石骨料用水沖洗降溫等措施 對拌合物進(jìn)行冷卻降溫。 （ 4） 必要時可以對拌合水加冰降溫 或用地下水拌和 ； （ 5） 對混凝土運(yùn)輸車采取隔熱措施：車頂設(shè)遮陽蓬、車輛兩側(cè)設(shè)保溫被，甚至拌合樓停車處設(shè)噴霧設(shè)施，以減少混凝土外界溫度倒灌； 3.3 混凝土 澆筑 、振搗 3.3.1 混凝土的澆筑 混凝土澆筑采用分層澆筑 ，可以加快熱量散發(fā)并使溫度的分布較均勻。一般有三種澆筑方案 5，見圖 3-13-3 圖 3-1 全面分層 圖 3-2 分段分層 圖 3-3 斜面分層 3.3.2 混凝土振搗 混凝土終凝前采用二次振搗法，排除混凝土因泌水在粗骨料及水平鋼筋下部生成的水分和空隙，提高混凝土與鋼筋的握裹力，并防止因混凝土沉落而出現(xiàn)的裂縫，提高混凝土抗裂性能。 3. 4 混凝土養(yǎng)護(hù) 混凝土澆筑 12h 以后的養(yǎng)護(hù)是防止其產(chǎn)生裂縫大的重要措施，因此及時養(yǎng)護(hù) 6對新澆筑的混凝土的保護(hù)是必須的。 （ 1） 水浴法：大體積混凝土構(gòu)筑物在夏季施工中遇到的突出矛盾是在強(qiáng)烈的日光照射下，干燥混凝土表面溫度可達(dá)到 60之高，采取水浴法施工不僅能提供混凝土強(qiáng)度發(fā)展中所需要的用水，滿足養(yǎng)護(hù)要求，而且從構(gòu)筑物頂部流經(jīng)構(gòu)筑物表面，帶走大 量熱量，防止驟熱引起溫度裂縫。 （ 2） 蓄水法為了控制混凝土內(nèi)外溫差，避免混凝土開裂，在構(gòu)筑物表面蓄有一定高度的水，由于水有一定的隔熱保溫效果，可以推遲混凝土內(nèi)部水化熱溫度的迅速失散，從而有效地控制混凝土表面溫度與內(nèi)部中心溫度的差值。 （ 3） 保溫法：工程實(shí)踐證明，大體積混凝土常見的裂縫，較多發(fā)生在早期。這是因?yàn)樵缙诨炷羶?nèi)由于水泥水化熱反應(yīng)升溫很高，拆模后表面溫度降低，在表面 部位形成了很陡的溫度梯度，發(fā)生很大的拉應(yīng)力，早期混凝土強(qiáng)度較低從而導(dǎo)致裂縫產(chǎn)生。另外，在冬季負(fù)溫季節(jié)或早春晚秋氣溫驟降頻繁時節(jié)，也易形成裂縫。鑒于以 上情況，利用保溫材料如 EPE 高發(fā)泡乙烯提高新澆筑的混凝土表面和四周溫度，減少混凝土的內(nèi)外溫差，是一項(xiàng)簡單有效的溫度控制方法。在氣溫驟降 期間 ，推遲拆模時間也是經(jīng)濟(jì) 可行的保溫措施。 3.5 循環(huán)冷卻管道 在混凝土結(jié)構(gòu)內(nèi)安裝經(jīng)計(jì)算的循環(huán)管道，在外部設(shè)置晾水池，混凝土澆搗及養(yǎng)護(hù)過程通過冷卻水帶走熱量。該方法成熟，廣泛應(yīng)用于國內(nèi)的大體積混凝土施工。 杭州市文暉路跨鐵路立交橋承臺大體積混凝土 施工 6采用冷卻水降溫系統(tǒng)，計(jì)算 3d 時絕熱溫升為 33.7，水泥產(chǎn)生水化熱引起的混凝土線漲量為 0.34mm.根據(jù)對現(xiàn)場大體積混凝內(nèi)實(shí) 測溫度，冷卻水降溫后混凝土內(nèi)實(shí)測溫度 53.5，混凝土線漲量為 0.22mm,減少率為 35?；炷翜厣a(chǎn)生的水化熱為 78546.7J，將低水化熱 27563.5J，排除率為 35。 循環(huán)管道散熱降溫施工具有主動性，可操作性強(qiáng)，改善了被動保溫的常規(guī)做法，降低了施工難度，減少了工程分險。 4.大體積混凝土溫控措施改進(jìn)建議 目前，我國大體積混凝土溫控技術(shù)日趨成熟，但優(yōu)化混凝土配合比受當(dāng)?shù)丶夹g(shù)條件限制；冰水混凝土造價高昂；循環(huán)管道 冷卻法工藝復(fù)雜工期較長。這些方法很難在質(zhì)量、工期及費(fèi)用上達(dá)成統(tǒng)一。 我在總結(jié)了大體積混凝土 溫控措施后，經(jīng)過思考，提出以下改進(jìn)建議： （ 1） 采用鼓風(fēng)機(jī) 冷卻管道降溫措施對豎向構(gòu)件進(jìn)行降溫。如在大體積混凝土柱子設(shè)置豎向管道，通過鼓風(fēng)機(jī)產(chǎn)生大風(fēng)，降低內(nèi)部溫度。 （ 2） 可以 在混凝土拌和時加入液氮或干冰，降低混凝