大體積混凝土溫度場分析-甘肅建筑職業(yè)技術(shù)學(xué)院

大體積混凝土溫度場分析聶鳳玲（甘肅建筑職業(yè)技術(shù)學(xué)院）摘要：本文以某大廈筏基為背景，利用大型通用有限元軟件 對(duì)其分層澆筑施工過程溫度變化進(jìn)行模擬，得到溫度變化曲線；針對(duì)該實(shí)際工程提出了一些降低大體積混凝土內(nèi)部溫度的措施，在實(shí)際工程中取得了較好的效果關(guān)鍵詞：大體積混凝土、溫度裂縫、措施隨著現(xiàn)代社會(huì)的高速發(fā)展，各種大型建筑的頻繁建設(shè)不斷涌現(xiàn)，如大型橋梁、大型水壩等，給人們的日常生活帶來了許多方便，因此，這些大型建筑建設(shè)質(zhì)量的優(yōu)劣就顯得相當(dāng)重要。由于大型建筑的結(jié)構(gòu)特殊，施工技術(shù)難度大，卻較易引發(fā)許多影響使用安全的質(zhì)量隱患，如施工裂縫、受力變形等，特別是大體積混凝土結(jié)構(gòu)物，施工裂縫問題尤為突出。因此，解決大型建筑存在的施工問題成了質(zhì)量控制的當(dāng)務(wù)之急。下面，讓我們一起來探討大體積混凝土施工裂縫的質(zhì)量控制。何謂大體積混凝土？有關(guān)規(guī)范、學(xué)著均作了明確的規(guī)定，基本一致認(rèn)為:結(jié)構(gòu)物最小斷面尺寸達(dá)到 以上、由水化熱所引起的混凝土內(nèi)最高溫度與外界環(huán)境氣溫之差超過25℃時(shí)的混凝土，均稱為大體積混凝土。大體積混凝土較其他一般鋼筋砼相比，有著以下特征：結(jié)構(gòu)較為笨重厚實(shí)、施工技術(shù)要求高、混凝土量大等特點(diǎn)。由于其獨(dú)特的施工特性，使其在建設(shè)和使用的過程中，均會(huì)出現(xiàn)不同程度的施工裂縫，嚴(yán)重地影響著工程質(zhì)量的使用。那么，究竟這些施工裂縫是如何產(chǎn)生的？結(jié)合一些工程經(jīng)驗(yàn)，根據(jù)裂縫產(chǎn)生的原因?qū)Υ篌w積混凝土裂縫的類型作了如下歸類：溫差裂縫、收縮裂縫以及安定性裂縫。其中，溫度裂縫是大體積混凝土結(jié)構(gòu)物中較為普遍的一種，也是最為常見的一種裂縫。筆者以某大廈基礎(chǔ)筏板為背景，利用 對(duì)其澆筑過程混凝土內(nèi)部溫度進(jìn)行模擬計(jì)算，找出大體積混凝土澆筑過程中混凝土內(nèi)部溫度變化規(guī)律。1工.程背景某建筑物為綜合性建筑，地上35層，地下2層，建筑面積約210平0方0米左右，建筑總高度 室外地坪至機(jī)房頂平面，主要使用功能為銀行營業(yè)大廳及辦公用房。本工程采用框剪－鋼混結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)安全等級(jí)為二級(jí)，建筑設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期為10年0?；A(chǔ)底板厚，混凝土強(qiáng)度為 ，抗?jié)B等級(jí)為，筏基按照分層澆筑。2溫.度裂縫溫度裂縫其主要產(chǎn)生原因?yàn)榛炷猎谀Y(jié)初期即水化反應(yīng)期間，水泥釋放出大量的水化熱，由于結(jié)構(gòu)本身體積大，累積在內(nèi)部的水化熱不易散發(fā)，致使內(nèi)部溫度在一定的時(shí)間內(nèi)不斷上升，而結(jié)構(gòu)表面的熱量則散發(fā)較快，因而造成結(jié)構(gòu)內(nèi)外溫差較大，在表面產(chǎn)生拉應(yīng)力，當(dāng)溫差產(chǎn)生的拉應(yīng)力大于混凝土的極限抗拉應(yīng)力時(shí)，便會(huì)在結(jié)構(gòu)表面出現(xiàn)溫度裂縫。混凝土內(nèi)部最高溫度是造成混凝土裂縫的關(guān)鍵因素?；炷羶?nèi)部最高絕熱升溫值為：WQ+WQFT=—1~1 2-2-+ ()C pC 50其中，為水泥的水化熱，為的水化熱，為水泥用量，為用量，為混凝土比熱，p為混凝土密度，為混合材用量(粉煤灰的摻量)。進(jìn)一步求得混凝土中心最高溫度［2為］：T=T+T乜 ()maxjC其中，為混凝土澆筑時(shí)的溫度，取℃尺為不同澆筑厚度、不同齡期時(shí)的降溫系數(shù)。為了更好控制混凝土內(nèi)外溫差，需求出混凝土的絕熱升溫曲線?；炷恋慕^熱溫升曲線最好由實(shí)驗(yàn)測(cè)定，在缺乏直接測(cè)定的資料時(shí)，也可根據(jù)水泥水化熱估算。本文中，筆者嘗試了利用實(shí)測(cè)值對(duì)經(jīng)驗(yàn)公式參數(shù)進(jìn)行修正，使得理論值與實(shí)測(cè)結(jié)果更加吻合。混凝土絕熱升溫經(jīng)驗(yàn)公式為：e(T)=Q(T)(W+KF)/Cp ()式中：為水泥用量，為混凝土比熱，p混凝土密度，t為齡期水泥水化熱，為折減系數(shù)，對(duì)于粉煤灰，可取0.。2水5泥的水化熱是依賴于齡期，筆者分別用將水泥水化熱的指數(shù)式和復(fù)合指數(shù)式表達(dá)式代入(2式)，獲得兩組理論結(jié)果。在此基礎(chǔ)再根據(jù)現(xiàn)場的混凝土測(cè)溫記錄比較哪種方法更符合實(shí)際情況。其中指數(shù)式：TOC\o"1-5"\h\zQ(T)=Q(1-e一mT) ()0復(fù)合指數(shù)式：q(t)=Q(1-ea中) ()0其中，t為在齡期t時(shí)積累水化熱， ；為t-8時(shí)的最終水化熱；t為齡期；為常數(shù),隨水泥品種、比表面及澆筑溫度不同而不同，根據(jù)某些實(shí)驗(yàn)資料，常數(shù)取值范圍在~之間；、為常數(shù)根據(jù)文獻(xiàn)， ，.根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果與經(jīng)驗(yàn)公式對(duì)比可知,經(jīng)驗(yàn)公式能夠求出混凝土最高積溫值，其中，指數(shù)式與實(shí)測(cè)結(jié)果更接近。但是經(jīng)驗(yàn)公式存在的不足是①?zèng)]有考慮實(shí)際工程中熱量散失情況。②由于受多種因素影響，目前尚未得到合理參數(shù)，導(dǎo)致溫度的計(jì)算峰值比實(shí)測(cè)結(jié)果有明顯滯后。針對(duì)上述不足，在實(shí)際工程中需要加強(qiáng)現(xiàn)場溫度監(jiān)控力度，特別注意溫度峰值出現(xiàn)的時(shí)間。為了控制混凝土中心與表面的溫差以及混凝土表面與環(huán)境溫度的溫差，需預(yù)測(cè)混凝土最高溫升時(shí)和各齡期在保溫材料覆蓋下的表面溫度。通常，表面最高溫度計(jì)算［5為］：4T(T)=T+—(H-h')AT(T)()b qH2式中：t為齡期t時(shí)混凝土的表面溫度；為齡期T時(shí)大氣的平均溫度，取℃；為混凝土的計(jì)算厚度；為混凝土的實(shí)際厚度；’為混凝土的虛厚度；△t為齡期t時(shí)，混凝土內(nèi)部最高溫度與外界氣溫之差，AT(T)=T-T。maxq,卜h'=K-p()式中：為計(jì)算折減系數(shù)，??；人為混凝土的導(dǎo)熱系數(shù)，取 ；B為混凝土模板及保溫層的傳熱系數(shù)P= ( ()HVS1()乙一+——入piq式中：為各種保溫材料的厚度；入為各種保溫材料的導(dǎo)熱系數(shù) ?邛為空氣層傳熱系數(shù)，可取 ?；隨著混凝土齡期的發(fā)展,混凝土中心溫度不斷下降，兩個(gè)溫差將進(jìn)一步減小。有效預(yù)測(cè)混凝土內(nèi)部溫度與深度的關(guān)系是建立優(yōu)化混凝土內(nèi)部降溫措施的前提條件，混凝土內(nèi)部溫度與深度關(guān)系計(jì)算［為：4T（T）=T+——X（H—x）△T（T） （9）b qH23計(jì).算結(jié)果通過計(jì)算，可以得到每天混凝土內(nèi)部每天最高溫度，最后繪制得到的曲線如圖2所示。從圖中可以看出，溫度整體成上升趨勢(shì)，而且當(dāng)混凝土層數(shù)澆筑的越多，上升的趨勢(shì)越快；在休息的這兩天溫度上升趨勢(shì)較慢。由計(jì)算可知，在整個(gè)施工過程中，混凝土內(nèi)部的溫度都較高，必須采取相應(yīng)的措施來降低內(nèi)部溫度。圖2最高溫度變化曲線4施.工中采用的措施1在）原材料方面進(jìn)行控制,主要是對(duì)水泥、粗骨料及外加劑的控制（1宜）采用降低水泥用量的方法來降低混凝土內(nèi)部的水化溫度，使混凝土強(qiáng)度在形成初期的結(jié)構(gòu)內(nèi)外溫差的控制難度降低，在保證混凝土設(shè)計(jì)強(qiáng)度的情況下，應(yīng)盡可能地降低水泥用量。另外，對(duì)于水泥品種，應(yīng)優(yōu)先采用水化熱較低的礦渣水泥，并應(yīng)進(jìn)行水化熱測(cè)定，水泥水化熱測(cè)定須按照現(xiàn)行國家行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的有關(guān)方法進(jìn)行,要求所用水泥在澆筑成型后7天強(qiáng)度的水化熱不大于 /。（2對(duì)）于粗骨料,宜采用改善的骨料級(jí)配，夏天溫度較高進(jìn)行施工時(shí)，在拌制混凝土前宜澆水將碎石濕潤冷卻，以降低混凝土的澆筑溫度。（3在）混凝土拌制過程中，摻加一定類型的外加劑，改善混凝土施工性能，可提高抗裂性能。2在）結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)對(duì)配筋進(jìn)行優(yōu)化在鋼筋混凝土中，在混凝土澆筑時(shí)，內(nèi)部過高的水化溫度，往往在混凝土內(nèi)部會(huì)產(chǎn)起較大的拉應(yīng)力。有時(shí)溫度應(yīng)力可超過其他外荷載所引起的應(yīng)力，根據(jù)溫度應(yīng)力變化規(guī)律，在進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)對(duì)結(jié)構(gòu)的配筋應(yīng)予以優(yōu)化。當(dāng)所配的鋼筋直徑細(xì)而密時(shí)，對(duì)提高混凝土抗裂性有較好的效果。3在）施工工藝方面進(jìn)行控制（1在）氣溫較高澆筑混凝土?xí)r，應(yīng)嚴(yán)格控制分層澆筑厚度,以利用澆筑層面進(jìn)行散熱。（2根）據(jù)各地氣候、不同施工季節(jié)制定合理的拆模時(shí)間，及時(shí)對(duì)結(jié)構(gòu)表面進(jìn)行覆蓋保溫避免表面發(fā)生急劇的溫度梯度,特別是施工中長期暴露的混凝土表面或薄壁結(jié)構(gòu),在寒冷季節(jié)應(yīng)采取保溫措施,防止表面裂縫。（3合）理地對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行分縫分塊;避免基礎(chǔ)過大起伏。5結(jié).束語大體積混凝土結(jié)構(gòu)施工中,由于水泥水化熱引起混凝土澆筑內(nèi)部溫度和溫度應(yīng)力劇烈變化,由此而產(chǎn)生的溫度應(yīng)力是導(dǎo)致混凝土產(chǎn)

和極限拉伸能力也具有重要意義。生裂縫的主要原因。本文針對(duì)工程實(shí)例,對(duì)大體積混凝土澆筑時(shí)溫度變化進(jìn)行了模擬計(jì)算,利用混凝土絕熱升溫公式準(zhǔn)確求得混凝土最

參考文獻(xiàn)：[1朱]伯芳.大體積混凝土的溫度應(yīng)力與溫度控制北京:中國電力出版社,1999.高溫度,使用混凝土內(nèi)部溫度與深度關(guān)系公式求得了內(nèi)部各點(diǎn)溫度分布,在此基礎(chǔ)上建立了一套有效的溫控措施,避免裂縫出現(xiàn),保證了施工質(zhì)量。大體積混凝土澆筑后采取保溫覆蓋潮濕養(yǎng)護(hù),對(duì)減小混凝土的內(nèi)外溫差和表面急劇熱擴(kuò)散防止混凝土因溫差過大引起的溫度收縮應(yīng)力導(dǎo)致出現(xiàn)有害裂縫具有重要作用。同時(shí)由于緩慢降溫,延長養(yǎng)護(hù)時(shí)間,可充分發(fā)揮混凝

現(xiàn)行建筑施工規(guī)范大全 北京中國建筑工業(yè)出版社,1994.[3邵]世明.筏板基礎(chǔ)大體積混凝土溫度控制與現(xiàn)場監(jiān)測(cè)淮南職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)報(bào)彭立海大體積混凝土溫控與防裂 鄭州黃河水利出版社,2005.葉琳昌大體積混凝土施工北京中國建筑工業(yè)出版社,1987.土的應(yīng)力松弛效應(yīng),對(duì)提高混凝土的抗拉強(qiáng)度MassconcretetemperaturefieldanalysisNieFengLing(Gansuconstructsprofessionaltechnicalinstitute,GansuLanzhou730030)Abstract:Thisarticletakesomebuildingraftfoundationasthebackground,uselarge-scalegeneralfiniteelementsoftwareANSYScarriesonthesimulationtoitslaminationconstructionconstructionprocesstemperaturechange,obtainsthetemperaturevariat