淺析大體積混凝土降溫保溫措施

工學院土木工程系 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 學生姓名 泮 偉 志 學 號 09134119 班 級 土 木 091 指導教師 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)，混凝土內部溫度顯著升高，造成混凝土內外溫差較大，混凝土表面易產生裂縫 。降溫階段，混凝土逐漸散熱收縮，混凝土內部易出現貫穿性裂縫。總之混凝土的升降溫過程會引起混凝土內部應力劇烈變化而導致結構混凝土產生有害裂縫。因此，溫度應力的分析、溫度的控制和防止裂縫的措施，是混凝土結構設計、施工十分重要的課題。 主要研究內容包括 ： （ 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 措施技術建議。 關鍵詞 ： 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：混凝土結構實物最小幾何尺寸不小于 1m 大體量混凝土 ，或預計會因混凝土中膠凝材料水化引起的溫度變化和收縮而導致有裂縫產生的混凝土 。 2、大體積混凝土病害分析 大體積混凝土，具有結構厚、體型大、鋼筋密 、混凝土用量多、工程條件復雜和施工技術要求高等 特點。除了必須滿足強度、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生較大的溫度變化，由此形成的溫度應力及混凝土的收縮是施工階段產生裂縫的主要原因 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??；混凝土內部由于其傳熱系數較小，熱量散發(fā)較小，溫度上升較多，這樣就形成了內外溫度梯度，導致內約束，其結果是混凝土內部產生壓應力，面層 產生拉應力，當該拉應力超過混凝土的抗拉強度時，混凝土表面產生裂縫。 （ 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，產生冷縮。由于存在較大的內外溫度差，混凝土內部溫度下降較多，外部降溫數值較小，導致外約束，使得內部混凝土中形成較大的拉應力而導致開裂 。 （ 3） 在升溫階段，由于混凝土沒有硬化產生強度，故地基、基礎等邊界條件對其不形成約束應力。在降溫階段，混凝土已硬化產生了強度并且與邊界條件形成一體，當混凝土冷縮時，受到邊界 條件的約束，產生拉應力而導致開裂 （ 4） 混凝 土的收縮（干縮）受到邊界條件的約束產生拉應力而導致開裂。 后三種裂縫嚴重時會形成貫穿裂縫，破壞結構的整體性、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量，其一是通過調整混凝土配合比，使混凝土在水化及硬化過程中盡量減少收縮；其二是采取適當的工藝措施，降低大體積 混凝土的內部溫升及內外溫差，最大降低混凝土的冷縮值及內外溫差應力。 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） 水泥標號 325 425 525 普通硅酸鹽 288700 376560 460240 礦渣硅酸鹽 247000 3347220 混凝土的強度等級越高，水化熱通常也越高，產生裂縫的概率就越高。在地下室外墻施工中，除了保證設計要求的條件下盡量降低混凝土的強度等級以減少水化熱 外，還應該充分利用混凝土的后期強度。 實驗數據表明，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升降 1。因此，可通過采取適當的措施減少水泥用量來控制混凝土的溫升，降低溫度應力，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。 盡量擴大粗骨料的粒徑，因為粗骨料粒徑越大，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，對防止裂縫的產生有利。 （ 2）細骨料 宜選用 中砂 ，并且對砂進行過篩，嚴格控制砂子 的含泥量不超過 2，這是由于含泥量對于混凝土的抗拉強度與收縮都有很大的影響，在某些控制不是很嚴格的情況下，振搗混凝土的過程會發(fā)現有泥塊，這會降低混凝土的抗拉強度，引起結構的嚴重開裂。 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，同時達到了降低水灰比，延緩混凝土放熱峰值出現的時間，從而減少裂縫出現的機率的作用 。 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、運輸 混凝土的拌制、運輸必須滿足連續(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、澆筑在夜間進行； （ 3） 混凝土攪拌場站宜對砂、石骨料采取遮陽、送冷風， 石骨料用水沖洗降溫等措施 對拌合物進行冷卻降溫。 （ 4） 必要時可以對拌合水加冰降溫 或用地下水拌和 ； （ 5） 對混凝土運輸車采取隔熱措施：車頂設遮陽蓬、車輛兩側設保溫被，甚至拌合樓停車處設噴霧設施，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的裂縫，提高混凝土抗裂性能。 3. 4 混凝土養(yǎng)護 混凝土澆筑 12h 以后的養(yǎng)護是防止其產生裂縫大的重要措施，因此及時養(yǎng)護 6對新澆筑的混凝土的保護是必須的。 （ 1） 水浴法：大體積混凝土構筑物在夏季施工中遇到的突出矛盾是在強烈的日光照射下，干燥混凝土表面溫度可達到 60之高，采取水浴法施工不僅能提供混凝土強度發(fā)展中所需要的用水，滿足養(yǎng)護要求，而且從構筑物頂部流經構筑物表面，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外溫差，避免混凝土開裂，在構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部中心溫度的差值。 （ 3） 保溫法：工程實踐證明，大體積混凝土常見的裂縫，較多發(fā)生在早期。這是因為早期混凝土內由于水泥水化熱反應升溫很高，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)生很大的拉應力，早期混凝土強度較低從而導致裂縫產生。另外，在冬季負溫季節(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，減少混凝土的內外溫差，是一項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濟 可行的保溫措施。 3.5 循環(huán)冷卻管道 在混凝土結構內安裝經計算的循環(huán)管道，在外部設置晾水池，混凝土澆搗及養(yǎng)護過程通過冷卻水帶走熱量。該方法成熟，廣泛應用于國內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，計算 3d 時絕熱溫升為 33.7，水泥產生水化熱引起的混凝土線漲量為 0.34mm.根據對現場大體積混凝內實 測溫度，冷卻水降溫后混凝土內實測溫度 53.5，混凝土線漲量為 0.22mm,減少率為 35?；炷翜厣a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，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建議 目前，我國大體積混凝土溫控技術日趨成熟，但優(yōu)化混凝土配合比受當地技術條件限制；冰水混凝土造價高昂；循環(huán)管道 冷卻法工藝復雜工期較長。這些方法很難在質量、工期及費用上達成統一。 我在總結了大體積混凝土 溫控措施后，經過思考，提出以下改進建議： （ 1） 采用鼓風機 冷卻管道降溫措施對豎向構件進行降溫。如在大體積混凝土柱子設置豎向管道，通過鼓風機產生大風，降低內部溫度。 （ 2） 可以 在混凝土拌和時加入液氮或干冰，降低混凝