3.4 混凝土表面溫度計算

Tb(τ)=Tq+4h’(H- h’) ΔT(τ)/H2式中: Tb(τ)—齡期τ時混凝土表面溫度( ℃) ; Tq—齡期τ時的大氣溫度( ℃) ; H—混凝土結構的計算厚度(m) 。

按公式H=h+2h’計算, h—混凝土結構的實際厚度(m); h’—混凝土結構的虛厚度(m): h’=K?λ/βK—計算折減系統取0.666,λ—混凝土導熱系數取2.33W/m?K。

β—模板及保溫層傳熱系數(W/m2?K):

β值按公式β=1/( ∑δi/λi+1/βg) 計算,δi—模板及各種保溫材料厚度(m) ;λi—模板及各種保溫材料的導熱系數(W/m?K) ;βg—空氣層傳熱系數可取23W/m2?K。

ΔT(τ)—齡期τ時,混凝土中心溫度與外界氣溫之差(℃):

ΔT(τ)=Tm(τ)- Tq,

若保護層厚度取0.04m, 混凝土灌注高度為7m, 則:

β=1/(0.003/58+0.04/0.06+1/23)=1.41h’=K?λ/β=0.666×2.33/1.41=1.1H=h+2h’=7.0+2×1.1=9.2(m)若Tq 取20℃, 則:

ΔT(3)=51.7- 20=31.7℃

ΔT(7)=50.9- 20=30.9℃

ΔT(14)=44.3- 20=24.3℃

ΔT(21)=35.9- 20=15.9℃

則: Tb(3)=20+4×1.1(9.2- 1.1)×31.7/9.22=33.3℃

Tb (7)=20+4×1.1 ( 9.2- 1.1) ×30.9/9.22=33.0℃

Tb (14)=20+4×1.1 ( 9.2- 1.1) ×24.3/9.22=30.2℃

Tb (21)=20+4×1.1 ( 9.2- 1.1) ×15.9/9.22=26.7℃

3.5 混凝土內部與混凝土表面溫差計算

ΔT(τ)s=Tm(τ)- Tb(τ)

本工程實例中:

ΔT(3)s=51.7- 33.3=18.4( ℃)

ΔT(7)s=50.9- 33.0=17.9( ℃)

ΔT(14)s=44.3- 30.2=14.1( ℃)

ΔT(21)s=35.9- 26.7=9.3( ℃)

若不摻加粉煤灰, 其它條件不變, 為保證混凝土強度相同, 則該配合比設計為:水: 水泥: 砂: 石子( 單位kg) =158: 351:707: 1204, 按上述步驟計算, 各齡期混凝土內表溫差為: ΔT(3), s=22.1℃, ΔT(7), s=21.5℃,ΔT(14), s=16.0℃, ΔT(21), s=11.2℃。

4 大體積混凝土施工技術措施

由于溫差的作用, 裂縫的產生是不可避免的。根據計算可以看出, 可以采用摻加粉煤灰等有效方法, 以降低混凝土硬化過程中混凝土內表的溫差。因而, 在施工中采取適宜的措施, 能夠避免有害裂縫的出現。

( 1) 降低水泥水化熱。包括: 混凝土的熱量主要來自水泥水化熱, 因而選用低水化熱的礦渣硅酸鹽水泥配制混凝土較好;精心設計混凝土配合比, 采用摻加粉煤灰和減水劑的“雙摻”技術, 減少每立方米混凝土中的水泥用量, 以達到降低水化熱的目的; 選用適宜的骨料, 施工中根據現場條件盡量選用粒徑較大, 級配良好的粗骨料;選用中粗砂, 改善混凝土的和易性, 并充分利用混凝土的后期強度, 減少用水量; 嚴格控制混凝土的塌落度。在現場設專人進行塌落度的測量, 將混凝土的塌落度始終控制在設計范圍內, 一般以7～9cm 為最佳;夏季施工時, 在混凝土內部預埋冷卻水管,通循環冷卻水, 強制降低混凝土水化熱溫度。冬季施工時, 采用保溫措施進行養護;如技術條件允許, 可在混凝土結構中摻加10%~15%的大石塊, 減少混凝土的用量,以達到節省水泥和降低水化熱的目的。

( 2) 降低混凝土入模溫度。包括: 澆筑大體積混凝土時應選擇較適宜的氣溫, 盡量避開炎熱天氣澆筑。夏季可采用溫度較低的地下水攪拌混凝土, 或在混凝土拌和水中加入冰塊, 同時對骨料進行遮陽、灑水降溫, 在運輸及澆筑過程中也采用遮陽保護、灑水降溫等措施, 以降低混凝土拌和物的入模溫度; 摻加相應的緩凝型減水劑; 在混凝土入模時, 還可以采取強制通風措施,加速模內熱量的散發。

( 3) 加強施工中的溫度控制。包括: 在混凝土澆筑之后, 做好混凝土的保溫保濕養護, 以使混凝土緩緩降溫, 充分發揮其徐變特性, 減低溫度應力。夏季應堅決避免曝曬, 注意保濕; 冬季應采取措施保溫覆蓋,以免發生急劇的溫度梯度變化; 采取長時間的養護, 確定合理的拆模時間, 以延緩降溫速度, 延長降溫時間, 充分發揮混凝土的“應力松弛效應”; 加強測溫和溫度監測。可采用熱敏溫度計監測或專人多點監測, 以隨時掌握與控制混凝土內的溫度變化。混凝土內外溫差應控制在25℃以內, 基面溫差和基底面溫差均控制在20℃以內, 并及時調整保溫及養護措施, 使混凝土的溫度梯度和濕度不致過大, 以有效控制有害裂縫的出現; 合理安排施工程序, 混凝土在澆筑過程中應均勻上升, 避免混凝土堆積高差過大。在結構完成后及時回填土, 避免其側面長期暴露。

( 4) 改善約束條件, 削減溫度應力。在大體積混凝土基礎與墊層之間可設置滑動層, 如技術條件許可, 施工時宜采用刷熱瀝青作為滑動層, 以消除嵌固作用, 釋放約束應力。

( 5) 提高混凝土的抗拉強度。包括: 控制集料含泥量。砂、石含泥量過大, 不僅增加混凝土的收縮, 而且降低混凝土的抗拉強度, 對混凝土的抗裂十分不利。因此在混凝土拌制時必須嚴格控制砂、石的含泥量,將石子含泥量控制在1%以下, 中砂含泥量控制在2%以下, 減少因砂、石含泥量過大對混凝土抗裂的不利影響; 改善混凝土施工工藝。可采用二次投料法、二次振搗法、澆筑后及時排除表面積水和最上層泥漿等方法; 加強早期養護, 提高混凝土早期及相應齡期的抗拉強度和彈性模量; 在大體積混凝土基礎表面及內部設置必要的溫度配筋, 以改善應力分布, 防止裂縫的出現。

5 結語

在大體積混凝土施工時, 準確計算混凝土拌和溫度、混凝土出機溫度、混凝土絕熱溫升、混凝土內部實際溫度、混凝土表面溫度及混凝土內部與表面溫差, 有利于選取適宜的施工工藝、采取相應的降溫與養護措施, 從而避免出現混凝土溫度裂縫, 以保證混凝土結構的工程質量。