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《价值工程》探讨大体积混凝土施工期的温度应力

摘要:由于混凝土自身具有哦升温效应,并且在产热升温与散热降温的过程中能够产生明显的体积变化,且内部与表面的体积变化系数不统一,进而容易造成内部与外部的裂缝。归其原因,其裂缝的产生是由于温度的变化而导致的结构荷载的变化。在实际的工程中,这种变化严重的影响了工程的质量进而是需要通过相应的手段进而避免的。根据前人的报道,在防裂的过程中以温控为主导的施工手段,因为其成本低廉因此收到广泛的关注。对混凝土施工实行防裂处理的成本大约占到工程总成本的3%左右,而在工程后期进行同意的裂缝处理成本高达5%到10%,而且还容易出现工程质量与工程延期的隐患。因此,本文从控温应力的角度来探讨此类问题,希望能够为今后的工程提供理论基础。

 

一、概述

 

如果混凝土施工的工程规模比较大,则不得不考虑由于导体的不良水化热而导致混凝土在非搅拌过程中的温度提高。甚至最高温度可以超过五十摄氏度。为温度的升高同时会带来混凝土的体积变化。由于混凝土的内部与外部温度不统一进而造成外部膨胀小而内部膨胀表形较大。进而容易造成混凝土表面形成裂缝。当水化热释放完毕,温度下降,混凝土体积开始收缩,这时混凝土已经固化,基础和表面混凝土的约束阻止混凝土的收缩,从而在混凝土内部形成拉应力,当这些拉应力超过混凝土的抗裂能力时,就会出现内部裂缝。基于如上的讨论可以发现。在温度升高以及温度降低的两个相反的过程中均会形成混凝土体积的变化,由于变化的规律不同进而表现为在温度升高的过程中容易在混凝土表面形成裂缝,而降温过程则相反容易在内部产生裂缝。

 

二、温控与防裂措施

 

在混凝土施工过程中,尤其是单体的混凝土体积稍大的时候。由于水泥硬化的过程中会释放大量的热量进而导致水泥在硬化的过程中温度处于升高状态,而在完成硬化之后由于与外界的热交换,进而导致温度逐渐的下降,最终达到一个与外界温度平衡的效果。在此过程中,如果不对其施加外力的保护则容易造成混凝土内部与外部之间的温度不同,根据物理热效应分析,混凝土内部不同为点具有不同的膨胀系数,进而导致了内部体积的混乱。这也是裂缝产生的根本原因。在工程的实际施工过程中施工单位希望能够通过简单的物理方法达到对混凝土温度的控制,进而有效的减少,裂缝出现的可能。并缓解由于裂缝的出现而带来的后期反攻以及相应的修补手段等目的。其主要的做法如下:

 

(1)降低水泥水化热。传统使用的水泥一般是由多种熟料矿物混合而成的。进而不同的混合水泥以及不同的水泥生产配比均会改变水泥的热化程度。在水泥的生产原料中热量施放量最高的为铝酸三钙和硅酸三钙,可以更改水泥的配方或者找到放热更少的替代产品来降低水泥整体的水热化程度。此外,在施工过程中混凝土的配比是由不同水泥与沙石混合而成的,在考虑了工程质量的需求的前提下,调整水泥与沙石的配比系数能够有效的降低混凝土的水热话程度。在混凝土定型硬化的过程中释放的热量相对降低,形变相对不为明显是改变裂缝出现的根本原因。

 

(2)选用低热水泥。一般的混凝土施工使用的水泥是进行成品采购,因此,在采购时注意按需要选用低水化热水泥(如矿渣硅酸盐水泥),对降低温升、减小收缩具有良好的效果,从而提高其抗裂性。

 

(3)提高混凝土浇注水平。按照外界实际环境条件,控制混凝土入模温度,在进行浇注的过程中,分段、分层浇注,科学调整厚度,通过这种方式能够延伸散热面,同时安排管道,,进行冷却后,可以快速的减少混凝土中温度极限,能够降低内外温差。

 

(4)科学选择减水剂、缓凝剂、膨胀剂等。高效的减水剂能够产生突出的分散效应,同时可以减少水的表面张力来进行加气,通过这种方式降低水的实际份额,能够节约水泥10%到15%,造成混凝土水化热水平快速降低,能够科学调整温度。按照实际现状,有计划的选择缓凝剂,控制工程进度,能够避免水化温升峰值产生。能够有效避免出现温度裂缝,同时结合分段分层浇注,能够有效进行散热。

 

(5)选择粉煤灰混凝土。通过“超量取代法”开展配合比规划的混凝土内,一些粉煤灰代替了相同的水泥,超量部分粉煤灰代替了相同的砂子,不但能够维护其强度及易性,同时能够减少水泥实际需求量,是比较科学的途径。因为减少了水泥需求量,造成水化热降低,在控制温度、避免收缩方面能够产生非常关键的影响,保证自身抗裂性。

 

(6)改善骨料级配。从维持质量的基础上,最大限度挑拣粒径大的骨料,从规划准可的基础上,从混凝土内添加一些片石,减少混凝土份额,从控制水化热方面,能够产生非常关键的影响。

 

(7)优化配合比。进行配合比设计时,选用较低的水灰比,减少水泥用量,可减少水化热的产生,减小混凝土收缩。

 

三、温度应力监测工程实例

 

淇河渠穿河倒虹吸总长506m,倒虹吸管身为横向为3孔箱型钢筋混凝土结构,单孔尺寸7m*7.1m(宽*高);管节顶板厚0.9m~1.1m,底板厚1.1m~1.3m,边墙厚1.1m,中隔墙厚0.9m,单管节长度14.8m~15.2m,墙身混凝土等级为坍落70mm~90mm的C40预应力防渗抗冻钢筋混凝土(W6F150)。

 

由于每节框架混凝土的方量为1000M3左右的大体积混凝土施工,为防止和减少温度应力而产生裂缝,制定相应的温度监测与控制方案,控制温差和混凝土温度应变和应力,并在设计和施工中采用减少水化热,选用热膨胀性较小的骨料,内部降温等措施,避免温差裂缝的产生。增设3层冷却水管进行混凝土内部降温削峰,并在墙身内部装设测温探头实时监控混凝土内部温度变化情况及控制冷却水流速。

 

管节混凝土浇筑完成及表面形成初凝后,为避免外界气温影响,对混凝土表面进行了黑心棉覆盖并全断面洒水养护,以保证混凝土表面湿润;模板进行拆除后,对洞身段采用两头彩条布封堵,并进行洒水养护,养护时间为早、晚间3小时/次,日间1~2小时/次(根据温度及表面湿润情况调整),养护时长14天;拆模后内墙涂刷养护剂封闭养护,并安排专人进行跟踪检查记录。拆模后28天外形检查,墙身未发现裂缝。说明所采取的裂缝防治方案可行。

 

3.1混凝土温度应力监测方案

 

从混凝土截面安排6组温度探头,了解各处温度的详细数据。单号探头安装在1/2厚度处,双号探头安装在1/4厚度处,从所有室均安装一个温度探头,了解温度详细信息。从4、5号探头处还有11、12号探头处安装振弦应变计,了解混凝土应变的详细数据。

 

3.2混凝土温度监测结果

按照具体信息编订温度—时间曲线。混凝土从浇注结束以来的12L中温度提高迅速,从72L之后温度将不再提高。研究曲线,发现下述性质:

 

温度梯度为非线性的。相同位置,保持在1/2厚度处的位置温度非常高,能够超过保持在1/4厚度处的位置2℃,保持于1/4厚度处的位置温度能够超过环境温度约6至82℃,也就是混凝土从厚度L/4到3L/4温度梯度较小,混凝土边缘温度梯度明显。表示从温度提升环节内,混凝土边缘能够产生受拉应力。

 

3.3混凝土变形监测结果分析

 

从环境温度保持保持在25℃过程中,混凝土从浇注结束以来的12L中温度提高迅速,从72L后混凝土温度为45℃,提高了大约20℃,钢筋应变为300X10—6,因为钢设计等方面的影响,应设计获得的数据应低于预期数据。

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