承臺(tái)大體積混凝土施工溫度的控制
2005-06-14 00:00
摘 要:通過工程的施工實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，對(duì)大體積混凝土施工的溫度控制從理論上進(jìn)行了科學(xué)分析，提出了有效的控制措施，保證了施工質(zhì)量。
關(guān)鍵詞:承臺(tái)大體積混凝土；混凝土施工；溫度控制
1 前言
大體積砼工程條件復(fù)雜，施工情況各異，砼原材料品質(zhì)的差異較大，因此控制溫度變形裂縫不是單純的結(jié)構(gòu)理論問題，而是涉及到結(jié)構(gòu)計(jì)算、構(gòu)造設(shè)計(jì)、材料組成和其物理力學(xué)指標(biāo)、施工工藝等方面的綜合技術(shù)問題。因此必須對(duì)砼的溫度進(jìn)行有效的控制使之不出現(xiàn)有害溫度裂縫確保砼施工的質(zhì)量。
2 工程概況
深圳泰明廣場2 # 基礎(chǔ)承臺(tái)長23. 2m，寬18. 2m，高5. 0m的鋼筋砼結(jié)構(gòu)，砼設(shè)計(jì)標(biāo)號(hào)為C30，砼方量為2111. 2m3 ，分兩次澆筑完成。承臺(tái)基礎(chǔ)為20根鉆孔灌注樁。為避免承臺(tái)砼不出現(xiàn)有害溫度裂縫，我們對(duì)承臺(tái)砼進(jìn)行了計(jì)算，并根據(jù)計(jì)算結(jié)果確定了承臺(tái)砼不出現(xiàn)有害溫度裂縫的溫控標(biāo)準(zhǔn)，相應(yīng)制定出了現(xiàn)場溫控措施。
3 溫控計(jì)算
承臺(tái)砼在施工過程中，由于水化熱的作用，其內(nèi)部溫度變化歷經(jīng)升溫期、降溫期、穩(wěn)定期三個(gè)階段。與此同時(shí)砼的體積亦隨之伸縮，若砼體積變化受到約束，就會(huì)產(chǎn)生溫度應(yīng)力。如果該應(yīng)力超過其同期砼的劈裂抗拉強(qiáng)度，砼就會(huì)出現(xiàn)溫度裂縫。因此大體積砼必須采用溫控防裂措施，而溫控計(jì)算則是防裂措施的基礎(chǔ)。溫控計(jì)算采用武漢港灣工程設(shè)計(jì)研究院開發(fā)的《大體積砼施工期溫度場及仿真應(yīng)力場分析程序包》進(jìn)行。
3. 1 計(jì)算條件
a. 根據(jù)承臺(tái)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，取1/ 4 進(jìn)行計(jì)算；
b. 基巖按強(qiáng)風(fēng)化巖考慮，其彈性模量取25GPa ；
c. 砼按兩層澆筑，澆筑厚度分別為2. 5m ，2. 5m。
3. 2 溫度場主要特征
砼澆筑后一般在3d 后即達(dá)到溫度峰值，溫峰持續(xù)8 h 后溫度開始下降，初期降溫速度較快，以后降溫速率逐漸減慢，至15～20d后降溫平緩，溫度趨于準(zhǔn)穩(wěn)定狀態(tài)。第一層砼內(nèi)部最高溫度約為59 ℃，第二層砼內(nèi)部最高溫度約為63 ℃。
3. 3 力場主要特征
砼應(yīng)力計(jì)算顯示，砼應(yīng)力最大值出現(xiàn)在第一層底部和第二層中部。
3. 4 結(jié)果分析
根據(jù)計(jì)算結(jié)果，承臺(tái)砼早期(14 d 左右) 最大溫度應(yīng)力為1. 1MPa ，而此時(shí)C30 砼劈裂抗拉強(qiáng)度1. 5 - 2.0 MPa ，抗裂安全系數(shù)K≥1. 4 ，后期也有1. 5以上的抗裂安全系數(shù)，不會(huì)產(chǎn)生有害溫度裂縫。
3. 5 溫度控制標(biāo)準(zhǔn)
根據(jù)計(jì)算成果，在施工期內(nèi)為保證承臺(tái)不出現(xiàn)有害溫度裂縫，本工程采取如下溫控標(biāo)準(zhǔn):
(1) 砼最大絕熱溫升不應(yīng)超高42 ℃；
(2) 砼內(nèi)表溫差不超過25 ℃；
(3) 砼降溫速率不超過2. 0 ℃/ d。
(4) 水泥入場溫度不應(yīng)超過50 ℃，否則應(yīng)采取相應(yīng)措施；
(5) 砼澆筑溫度不超過20 ℃，否則應(yīng)采取相應(yīng)措施。
4 現(xiàn)場溫控措施
4. 1 優(yōu)化砼配合比，降低水化熱溫升合理選擇級(jí)配良好的砂、石料，選擇優(yōu)良的砼外加劑，控制砼配合比，節(jié)約水泥用量，是降低砼內(nèi)部水化熱溫升的重要環(huán)節(jié)。
4. 1. 1 砼原材料質(zhì)量控制
a. 水泥:水泥使用溫度不得超過50 ℃，否則必須采取措施降低水泥溫度。水泥應(yīng)分批檢驗(yàn)，質(zhì)量應(yīng)穩(wěn)定。
b. 粉煤灰:粉煤灰入場后應(yīng)分批檢驗(yàn)，質(zhì)量應(yīng)符合《用于水泥和混凝土中的粉煤灰》( GB1596 - 91) 的規(guī)定。
c. 砂:采用中粗砂。細(xì)度模數(shù)為2. 3～3. 1 ，屬Ⅱ級(jí)配范圍，含泥量≤2 % ，入場后應(yīng)分批檢驗(yàn)。
d. 石:石子顆粒級(jí)配為5～30 mm 連續(xù)級(jí)配或二級(jí)配。石子必須分批檢驗(yàn)嚴(yán)格控制其含泥量不超過1.5 %。
e. 外加劑:摻加緩凝型高效減水劑FDN - 5。外加劑在使用前稱量分包，在砼攪拌過程中采用后摻，配制應(yīng)有專人負(fù)責(zé)，做好配制記錄。
4. 1. 2 砼配合比
砼初始坍落度控制在16～18 cm ，初凝時(shí)間大于15 h。施工采用配合比如表3。
4. 1. 3 現(xiàn)場砼施工要求
a. 施工當(dāng)中嚴(yán)格控制砼質(zhì)量，使其和易性滿足施工要求。坍落度檢驗(yàn)在出料口進(jìn)行，拒絕使用坍落度過大或過小的砼料。
b. 自高處向模板內(nèi)傾卸砼時(shí)，為防止砼離析，按以下要求進(jìn)行操作: ①當(dāng)直接從高處卸料時(shí)，高度不應(yīng)超過2 m； ②當(dāng)高度超過2 m 時(shí)，應(yīng)通過串筒、溜管等措施； ③在串筒出料口下面，砼堆積高度不應(yīng)超過1 m ，及時(shí)攤平，分層振搗。
c. 砼按規(guī)定厚度、順序和方向分層澆筑，必須在下層砼初凝前澆筑完畢上層砼。砼分層澆筑厚度不宜超過0. 3 m ，并保持從倉面一側(cè)向另一側(cè)澆筑的順序和方向。
d. 澆筑時(shí)采用振動(dòng)器振搗振實(shí): ①使用插入式振動(dòng)器時(shí)，與側(cè)模應(yīng)保持5～10 cm 距離，避開預(yù)埋件或監(jiān)控元件10～15 cm ，應(yīng)插入下層砼5～10 cm； ②對(duì)每一部位砼必須振動(dòng)到密實(shí)為止。密實(shí)的標(biāo)志是:砼停止下沉，不再冒氣泡，表面呈平坦、泛漿。
e. 嚴(yán)格按《砼結(jié)構(gòu)施工規(guī)范》要求進(jìn)行層間水平施工縫處理。
f . 砼澆筑完畢后，自砼初凝以前應(yīng)進(jìn)行二次振搗。
4. 1. 4 現(xiàn)場砼澆筑溫度的控制
在每次開盤之前，試驗(yàn)室要量測(cè)水泥、砂、石、水的溫度，專門記錄，計(jì)算其出機(jī)溫度，并估算澆筑溫度，計(jì)算方法如下:
①混凝土的出機(jī)溫度T0
T0 = (0. 20 + QS ) WS TS + (0. 20 + Qg) WgTg + 0.20WCTC + ( WW - QSWS ) TW/ 0. 20 ( WS + WG + WC) +WW
式中:QS 、Qg 分別為砂、石的含水量，以% 計(jì)；WS 、Wg 、WC 、TW 分別為每方砼中砂、石、水泥和水的重量(粉煤灰計(jì)入水泥中) ；TS 、TG、TC 、TW 分別為砂、石、水泥和水的溫度。
②混凝土的澆筑溫度
Tp = T0 + ( Tn - t0) (θ1 +θ2 +θ3 +……+θn)
式中: Tn 混凝土運(yùn)輸和澆筑時(shí)氣溫:θ1 、θ2 、θ3 、θn —有關(guān)的系數(shù)，其數(shù)值如下:
a. 混凝土裝、卸和運(yùn)轉(zhuǎn)，每次θ = 0. 03 ； b. 混凝土運(yùn)輸時(shí)θ = Aτ，τ為運(yùn)輸時(shí)間以分鐘計(jì)；
c. 澆筑過程中θ = 0. 03τ，τ為澆筑振搗時(shí)間以分鐘計(jì)。
嚴(yán)格控制砼原材料的溫度，水泥要求水泥廠家出廠前放置一段時(shí)間；砂、石料要采取遮陽措施，防止太陽直曬；拌和水白天溫度更高時(shí)采取加冰塊降溫措施，使水在池內(nèi)靜置12～24 h ，以降低水的入模溫度。
4. 2 埋設(shè)冷卻水管及其要求
(1) 根據(jù)砼內(nèi)部溫度分布特征，在每層砼中埋設(shè)兩層冷卻水管，冷卻水管為Φ32 mm 的薄壁鋼管，其水平間距為019 m ，冷卻水管距砼表面大于110 m ，每根冷卻水管長度不超過200 mm ，冷卻水管進(jìn)出口集中布置，以利于統(tǒng)一管理。冷卻水管布置圖如下:
(2) 冷卻水管使用及其控制
①冷卻水管使用前應(yīng)進(jìn)行壓水試驗(yàn)，防止管道漏水、阻水；
②砼澆筑到各層冷卻水管標(biāo)高后即開始通水，各層砼峰值過后即停止通水，通水流量應(yīng)達(dá)到25 L/ min ，通水時(shí)間根據(jù)測(cè)溫結(jié)果確定；
③嚴(yán)格控制進(jìn)出水溫度，在保證冷卻水管進(jìn)水溫度與砼內(nèi)部最高溫度之差不超過30 ℃條件下，盡量使進(jìn)水溫度最低；
④待主通水冷卻全部結(jié)束后，應(yīng)采用同標(biāo)號(hào)水泥漿或砂漿封堵冷卻水管。
4. 3 控制砼澆筑間歇期與砼養(yǎng)護(hù)
各層砼澆筑間歇期應(yīng)控制在7 天。養(yǎng)護(hù)對(duì)砼強(qiáng)度正常增長及減少收縮裂縫具有重要意義，因此施工中十分重視砼的養(yǎng)護(hù)工作。承臺(tái)頂面盡量蓄水養(yǎng)護(hù)，側(cè)面采取灑水養(yǎng)護(hù)做法如下:砼側(cè)面采用吊掛麻袋灑水養(yǎng)護(hù)，并推遲拆模時(shí)間，拆模時(shí)間20d ，拆模后涂刷養(yǎng)護(hù)液，防止砼出現(xiàn)裂縫。
4. 4 砼溫控施工現(xiàn)場監(jiān)測(cè)
(1) 溫度測(cè)試內(nèi)容。根據(jù)溫度計(jì)算成果，為做到信息化施工，真實(shí)反映各層砼的溫控效果，以便出現(xiàn)異常情況及時(shí)采取有效措施，本工程在承臺(tái)中布置60 個(gè)溫度測(cè)點(diǎn)。測(cè)點(diǎn)布置在1/ 4 范圍并沿水平方向布置，測(cè)點(diǎn)布置圖如圖2 所示。
(2) 現(xiàn)場測(cè)試要求。各項(xiàng)測(cè)試項(xiàng)目宜在砼澆筑后立即進(jìn)行，連續(xù)不斷。砼的溫度測(cè)試，峰值以前每2 h監(jiān)測(cè)一次，峰值出現(xiàn)后每4 h 監(jiān)測(cè)一次，持續(xù)5 d ，然后轉(zhuǎn)入每天測(cè)2 次，直到溫度變化基本穩(wěn)定。
(3) 監(jiān)測(cè)所用儀器。溫度傳感器為PN 結(jié)溫度傳感器，溫度監(jiān)測(cè)儀采用PN - 4C 型數(shù)字多路巡回檢測(cè)控制儀。
5 內(nèi)部溫度檢測(cè)結(jié)果
(1) 承臺(tái)中心部位的溫度變化規(guī)律
承臺(tái)第一次澆筑層中心部位溫度24 h 后比入倉溫度升高一倍，差不多44 h 達(dá)到溫度最高值，持續(xù)24h 后即開始下降，5～6 d 后逐步趨向平穩(wěn)。
承臺(tái)第二次澆筑時(shí)間在第一層開始下降后進(jìn)行澆筑，由于下層砼對(duì)上層新澆砼的影響，第二層中心部位達(dá)到最高值，達(dá)70.1 ℃，持續(xù)時(shí)間14h ，即較急劇下降，冷卻水停止，稍有反彈，8d后趨向平穩(wěn)。
(2) 邊緣溫度變化情況
由于深圳當(dāng)?shù)貧鉁剌^高，中午溫度高，而夜間溫度變化不大，邊緣溫度隨氣溫影響較小。砼內(nèi)表溫差始終小于溫控標(biāo)準(zhǔn)，末造成傷害。
(3) 冷卻水溫度情況
承臺(tái)所布冷卻水管是原設(shè)計(jì)的一倍，冷卻水通水時(shí)間控制在砼一開始有溫升即開始通水，待達(dá)到最高溫度開始下降，并每日降溫速率超過2 ℃時(shí)即停止通水，起到了早期削減溫峰，減小內(nèi)表面溫差的作用。
6 實(shí)施效果
承臺(tái)砼大體積施工當(dāng)中，由于計(jì)算準(zhǔn)確、措施得當(dāng)、現(xiàn)場施工組織嚴(yán)密，承臺(tái)沒有出現(xiàn)有害的溫度裂縫，溫控效果良好。以上措施對(duì)大體積砼施工中的溫度問題進(jìn)行了有效控制，避免了裂縫的出現(xiàn)，確保了大體積砼施工的工程質(zhì)量。
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