《大体积混凝土施工中的温度控制技术【9000字论文】》

绪论1.1研究背景如今，随着社会的不断发展和经济的不断发展，各地都在建设项目。人类对施工技术质量要求不断提高的同时，相关行业的产品质量要求也相应提高，尤其是建筑材料的质量问题，如今，大体积混凝土在施工过程中出现了不同程度和形状的裂缝。使用维护不当会严重影响混凝土结构的耐久性，造成了很多的损失从理论上讲，所有结构或构件在应力作用下都会产生变形，因此在设计中结构计算时，都需要计算构件的最大变形和整体结构的沉降量，使之控制在结构的正常使用状态所容许的范围内。混凝土是一种重要建筑原料，是关系国计民生的重要战略物资，混凝土工业是世界各国建筑的重要基础材料。随着社会主义市场经济体制的建立和完善，科学技术的进步，建材企业全面推行了环保资源研发项目的制备，甚至更高强度等级的混凝土。然而，如何有效地促进混凝土在建材制备研发的过程中，所有企业必须面对的环保材料制备问题。然而超高强高性能混凝土具有以上优点的同时，存在着粘度较高的缺点。1.2研究意义大量的工程实践证明，在很多的混凝土工程的垮塌事故中，裂缝质量问题都起了主要的作用，由于裂缝的存在，我国建筑业随着国民经济建设的快速发展，在经历大规模的建设之后，也将进入维修与新建并重时期。在房屋建筑施工中，混凝土施工是及其重要的一环，混凝土本身的质量好坏和混凝土浇筑操作是否规范都直接关系到房建工程质量的高低[2]，混凝土制造、混凝土浇筑和养护中使用的材料直接影响混凝土成型后的质量。了解混凝土施工的技术规范、操作规程、设计要求和细节，澄清相关技术资料，对提高工程质量要求具有重要意义。由于施工质量受温度的影响，大体积混凝土中存在大量裂缝，因此对大体积混凝土温度的研究具有重要意义。2大体积混凝土的温度裂缝介绍2.1大体积混凝土概念目前，我国对大体积混凝土没有明确的定义，但国外对大体积混凝土的定义大致相同。日本木构学会规定，最小横截面厚度应大于1cm。热液引起的混凝土最高温度与外界空气温度之间的差值越大，则估计25℃时的混凝土称为大体积混凝土。美国混凝土协会（ACS）标准要求随时采取措施解决水化热引起的体积变形，以尽量减少混凝土开裂。在一些地方标准中，如果厚度大于0.5m，则底部长度大于边缘长度大体积混凝土。2.2大体积混凝土温度裂缝产生的机理温差引起的表面温度裂缝很大。混凝土结构，特别是大体积混凝土结构浇筑后，在硬化过程中释放出大量水泥水化热，不易散发，内部温度不断升高，温度越高，混凝土表面散热越快，混凝土表面和内部的温差越大。由于混凝土中水泥砂浆与骨料之间的热膨胀系数不同，在加热过程中，水泥砂浆与骨料之间的界面首先在温度荷载作用下发生破坏，并随着温度的升高而发展。（a）表面裂缝（b）深层裂缝（c）贯穿裂缝图2.2大体积混凝土温度裂缝混凝土结构与其他结构在温度应力方面存在一定差异。在后期冷却过程中，水泥砂浆界面裂缝和微裂缝不断发展，导致混凝土结构出现宏观裂缝，导致混凝土结构的损伤和破坏，这是混凝土搅拌过程中最薄弱的环节。在混凝土内部，不同的浇筑时间、不同的散热要求和不同的水泥用量，在远离基础约束的混凝土内部温度场中，主要受非线性约束。图2.4结构补强法例如，如果外荷载超过设计承载力，裂缝是由地震、爆炸、火灾等因素引起的，或钢筋锈蚀是由构件承载力不足引起的，如裂缝，通常采用结构加固方法。采用预应力钢筋时，应根据工程条件和预应力大小选择预应力施工方法。钢板加固宜采用3号钢或16号锰钢，厚度2-6mm。该胶粘剂用于粘接JGN钢板胶粘剂。3大体积混凝土工程施工温度控制3.1工程项目概述3.1.1工程介绍本研究以泉州某大型市政建筑的施工工程队作为研究对象。泉州某大型市政混凝土工程项目建筑面积45643.48m2，占地面积为16090.58㎡，其中4﹟、6﹟、8﹟、9﹟、11﹟楼建筑面积为3222.24m2×5，13﹟、15﹟楼建筑面积为4646.94m2×2，14、16﹟、18﹟楼建筑面积为3478.44㎡×3，17﹟楼建筑面积为9803.08m2×1，建筑檐高位72.20m，建筑层高为3.00米，建筑等级为二级，建筑耐火等级为二级、耐久年限为50年，墙体上除了混凝土之外，内外墙体材料全部使用的是MU10烧结实心页岩砖。3.1.2水文条件根据勘察结果，场地内含水层均为第四系砂砾石孔隙含水层，主要赋存于第四系中更新统下荒山组冲积层和下更新统东深井组冰水堆积层的砂层中，地下水类型主要为孔隙承压水，透水性好，富水性强，稳定水位埋深10.4~25.0m，标高118.56~123.16m，年水位变幅2～3m。地下水位位于底板以下，局部地方地下水位与底板持平，高速公路开挖受地下水影响不大。3.1.3工程项目的特点、难点分析（1）建设规模大，工期紧，施工难度高，专业性强，电力行业的项目管理标准比其他行业高，实施过程中对项目的安全、质量、进度以及文明施工等方面十分荀刻，尤其在安全文明施工管理要求更加细致；（2）本项目工程量大，工艺种类多，施工作业面密集。各工序交叉施工，因此对现场施工衔接与连贯要求很高，更加需要配备经验十分丰富的现场管理人员，来确保工程施工的顺利进行；（3）施工场地局限，大型机械设备多，各施工作业面交叉相互影响，因此必须合理布置施工区域和场地，编制合理的施工顺序，以保证各节点目标的实现；（5）本工程地质条件复杂，游泥层厚度较大，边坡落石危险系数大、土层条件差，易失稳，灌注桩施工过程中采取必要措施防止塌孔或缩径，并有效控制成桩充盈系数；3.2施工中的注意事项或预防3.2.1混凝土施工方面的预防混凝土是由水、水泥和骨料组成的非均质材料。在控制裂缝的同时，还可以得到控制混凝土构件裂缝的方法，包括选择合理的水泥品种、合格的骨料级配、选择合适的外加剂和掺量。配制混凝土时，严格控制水灰比和水泥用量，选用级配良好的砾石，以降低孔隙率和砂率。同时进行振动压实，减少混凝土收缩，提高混凝土抗裂性。此外，需要加强表面压力的维护。混凝土应振捣密实。注意面板表面的压实，以减少收缩。3.2.2关于材料外界环境温度控制选用级配良好的骨料，严格控制砂砾石含量，降低水泥水灰比，加强振捣，提高混凝土密实度和抗拉强度，并在混凝土中加入缓凝剂，减缓浇筑，或将木钙与减水剂结合，以改善和易性，减少水泥用量。避免在炎热天气下浇筑大体积混凝土。在炎热天气下，混凝土可以用冷水或冷水在深井中搅拌，或在冷却骨料前喷上简单的遮光装置，以降低混凝土搅拌和浇筑温度。是的，混凝土砌块应留有一定的孔隙，并通过冷水或空调冷却。混凝土浇筑完毕后，及时用草袋、木屑、砂等覆盖屋面，达到节水的目的。在夏天，这应该是一个很好的时间来延长缓慢冷却。寒冷季节，混凝土表面应采取保温措施，防止寒潮侵袭。脱模时，中间部分与块体表面的温差不得超过20℃，以防止因快速冷却而产生表面裂纹。混凝土基础在脱模后应及时回填。3.3混凝土水化热计算本工程底板2300厚，采用C30、S8抗渗混凝土，面积1500平方米。除进行必要的热工计算和抗裂验算外，还将根据计算结果采取进一步措施，确保混凝土楼板的浇筑质量，满足防渗要求。3.3.1混凝土拌和温度假设混凝土混合料的热量由不同的原材料提供，混凝土搅拌前的原材料总热量等于混凝土搅拌后的液体总热量，因此，混凝土搅拌温度可计算如下：式中——混凝土的拌和温度（）；、——砂、石子的温度（）；、——水泥、拌和用水的温度（）；、、——水泥、扣除含水量的砂及石子的重量（㎏）；、、——水及砂、石子中游离水的重量（㎏）；、、、——水泥、砂、石子及水的比热容（）。上式若取===0.84，=4.2则简化得本工程采用C45混凝土，每立方混凝土水用量155㎏，水泥250㎏，砂705㎏，石子1000㎏==253.3.2混凝土浇筑温度计算混凝土拌和出机后，经运输平仓振捣等过程后的温度称为浇筑温度。根据实践，混凝土的浇筑温度一般可按下式计算：式中——混凝土的浇筑温度（）；——混凝土的拌和温度（）；——混凝土运输和浇筑时的室外气温（）；、、——温度损失系数，按以下规定取用：1.混凝土装卸和运转，每次=0.032；2.混凝土运输时，=A，为运输时间（），如用搅拌运输车时，A为0.0042；3.浇筑过程中，=0.003，为浇筑时间（）。0.032*3+0.0042+0.003*60=0.28=25+（28-25）×0.28=25.843.4模板的施工浇筑方案3.4.1混凝土浇筑的准备工作对混凝土浇筑方案进行审批，检查模板，支持，应确保正确的高度，位置，尺寸、强度、刚度、稳定和严格满足要求；模板的垃圾、灰尘和油钢应干净；木模板应该加水润湿，但不允许水。模板和钢筋应做好预检和隐检，查验钢筋品种、数量、规格及插筋、锚筋情况。准备和检查材料、机具等；注意天气预报，不在雨雪天气浇筑混凝土。做好施工组织工作和技术、安全交底工作。按照质量标准要求，模板在竖直方向上保持通长顺直，且拼缝高度应当在一个水平上。本工程大部分柱子断面为矩形，基坑四周部位均按设计要求放坡，用防水细石砼灌密实以满足底板防水要求。模板系统主要由模板、支架以及紧固件组成，施工基本流程如图3.1所示。图3.1模板施工基本流程3.4.2模板安装加固严格按照工程图纸进行设计，注意防排水措施。混凝土墩柱采用整体拼装钢模板、螺栓连接、脚手架围护结构施工。混凝土浇筑完毕后，采用机械振捣或人工振捣的方法进行压实。预留槽钢尺寸、位置正确，槽钢平整，端部预埋钢板与槽钢中心线垂直。浇筑混凝土承台时，由于承台厚度较大，应分层浇筑，每层厚度不得超过30cm。布置钢筋横截面和预应力孔道，并与设计监理协商修改。3.5大体积混凝土温度抽样测试3.5.1测温方法选择监控浇筑机温度和混凝土浇筑过程温度。本工程混凝土内部温度采用fas-t-dz120温度传感器测量，大气温度和保温层温度采用水银温度计测量。测温范围为-50℃～120℃，测温精度为±0.3℃。一方面，温度监测可以帮助我们了解混凝土浇筑温度及其原因。由于导线长度不同，电阻也不同。标准导线长度为600mm。浇筑混凝土时，除保护标志外，还应检查温度是否正常。测温时，按测温点的数量和顺序进行测温，读数准确、快速，同时将测温点记录在测温记录中，温度测量点覆盖在原始模型的隔热材料上。通过这些试验和监测工作，施工单位可以及时提供反映大体积混凝土温度变化的信息，并采取有效的技术措施。3.5.2测点布置混凝土凝固后的热释放对混凝土的温度裂缝有很大的影响。温度测点的布置应反映混凝土内部温度场的变化，使500mm和1600mm区域的测点布置更加均匀，地下车库通道更加集中。测量点应根据成型结构的截面尺寸和平面尺寸进行布置。成形高度方向测点间距一般为500-800mm，平面尺寸一般为2500-5000mm，测点边缘温度超过50mm。其中C5区有22个测温区。平面及竖向布置如图3-3所示，每个测温区域沿竖向布置两个测温点。图3.3C5区裙楼测温点布置示意图C1-C4区共布置25个测温区，其平面及竖向布置如图5.3所示，其中1-20，25测区沿竖向布置4个测温点，21-24测区沿竖向布置5个测温点。图3.4C1-C4区主楼测温点布置示意图测温时间从混凝土浇筑后12小时内开始，九天内每2小时测试一次，九天后每8小时测试一次。并根据混凝土内部的温度变化情况随时增减测温次数，以确保测温工作的连续性和可靠性，发现异常情况及时通知相关单位。3.5.3温度测试结果应在大体积混凝土浇筑后15小时和大体积混凝土浇筑前10天测量混凝土温度。现场环境温度和混凝土原材料温度应连续测量并记录原始数据，进行数理统计分析，绘制每日温度曲线，分析不同原材料的温度变化。第三天，水化热引起的新拌混凝土内部温度最高，温差应力最大。利用采集的混凝土温度数据，自动绘制混凝土温度成熟度计算曲线。如图3.5-3.8所示，选择代表区域的温度曲线进行描述。图3.5裙楼筏板基础5测区温度监测曲线图3.6主楼筏板基础5测区温度监测曲线图3.7主楼筏板基础16测区温度监测曲线图3.8主楼筏板基础17测区温度监测曲线3.5.4数据分析混凝土养护时，各测点内外温差不得超过2℃。混凝土顶部、中部和底部中部的温度最高，一般在80℃以上，第二个点靠近底部；由于靠近表面的点散热最快，且温度为高下限，因此表面温度迅速下降，中间温度缓慢下降。中心点和底点之间的温差迅速减小。但是，由于上部和中部的温度以相对较低的速率降低，因此温差仍然是一个相对稳定的值。4大体积混凝土温度控制成因及预防措施4.1大体积混凝土裂缝成因4.1.1收缩引起的裂缝在混凝土硬化的初始阶段，水泥等骨料的体积发生变化；后期由于混凝土中水分的蒸发而产生收缩变形，产生较大的收缩应力。当收缩应力达到一定程度时，混凝土会产生收缩裂缝。因此，在一些大型重要工程的施工中，必须将混凝土的收缩率作为衡量其性能的重要指标。影响混凝土收缩应力的主要因素是水灰比和水泥用量。水泥和水的含量越高，混凝土的收缩越强。同时，水泥的质量对混凝土的收缩应力有很大的影响。这些混凝土裂缝大多属于表面裂缝，裂缝形状不规则。产生这种裂缝的原因是混凝土浇筑后，表面未及时覆盖，暴露在阳光和风中，自由水面蒸发过快，导致混凝土早期强韧时体积收缩过大，无法抵抗这种变形和应力诱发的裂缝。使用收缩大的水泥、过度使用水泥或过度使用淤泥。4.1.2温度天气的因素混凝土裂缝产生的原因有很多，其中最重要的原因之一就是温度的变化。混凝土具有热膨胀、冷收缩等特点。随着内外环境温度等因素的变化，混凝土的变形抗力降低，产生相应的内应力。如果内应力超过混凝土本身的抗拉强度，混凝土将变形并产生温度裂缝。在施工过程中，温度裂缝频繁发生，温度变化对接缝宽度影响很大。由于养护时间的不同或养护温度和混凝土水化速度的变化，混凝土表面也会出现色差。沿横截面高度，裂缝主要出现在窗形的上下宽度，但在某些情况下，上下宽度也较窄。此外，混凝土冷却时会出现裂缝。主要原因是在冷却阶段，混凝土不断收缩，也会受到外力的约束而产生拉应力。当拉应力超过混凝土的抗裂性时，就会出现裂缝。4.1.3结构荷载结构裂缝后实施可以由很多因素引起的，在建设和使用可能会破裂。如早期的振动，很快拆除或施工方法不当，在储存、运输、组件加载块或不当的吊点位置、建设重载，过度紧张压力值可能产生裂缝。在钢筋混凝土结构设计规范当中，分别视不同情况规定裂缝的最大宽度为0.2-0.3mm。那些宽度规定的宽度比裂缝，应该考虑和不允许开裂裂缝有害成分，仔细分析，慎重处理。混凝土因为荷载而产生的裂缝主要有直接应力裂缝、次应力裂缝两种类型，其中直接应力裂缝在设计计算阶段、施工阶段和使用阶段由于计算不合理、荷载漏算、不了解结构特点、大风或者地震等都会可能会发生，但是不是很常见；而次应力裂缝是荷载裂缝最经常发生的裂缝，在实际工程中往往由于结构某个部位引起次应力或者在孔洞的附近产生密集且非常大的集中应力导致裂缝的产生。4.2大体积混凝土的温控方案设计4.2.1优化配合比，降低水化热为减少温度裂缝对混凝土质量的影响，本工程段搅拌站根据图纸和规范多次确定配合比，以降低水化热。为了提高混凝土的早期强度，满足泵送混凝土的要求，防止混凝土早期温度应力应变裂缝的产生，应在混凝土中加入早强减水剂（UEA）。同时降低混凝土出口温度和模内混凝土温度，控制温度裂缝。因此，应对本项目的原材料进行管理，以提高配合比。根据规范和图纸要求，实验室工程和搅拌站选择的混合比分别为0.44、0.42、0.40和0.38。同时，根据试验结果绘制强度和寿命曲线（图4-1）。图4.1混凝土强度、龄期曲线不可盲目选择标号大的水泥，应选择适合本工程而且质量口碑过硬的水泥，控制混凝土的收缩变形。根据工程实际需要，确定正确的材料参数，比如混凝土配合比，坍落度，搅拌时间等。大体积混凝土配合比选择时应考虑的是施工用配合比在满足设计要求及施工工艺要求的前提下，应尽量减少水泥用量，以降低混凝土的绝热温升。4.2.2控制浇筑温度，合理浇筑在每次混凝土浇筑前，实验室应测量水泥、砂和水的温度，记录和计算浇筑温度，并估算浇筑温度。根据设备温度计算和搅拌站反馈，采取必要的冷却措施。清除浇筑表面的浮浆、混凝土软层和松散石块，并均匀露出粗骨料。同时，搅拌站实验室对混凝土预制板的性能进行了评估，对混凝土预制板进行了预阻尼，进行了二次振动，并充分了解了混凝土预制板的性能。测量第一块混凝土板的坍落度，观察其分散性和和易性。为保证混凝土浇筑质量，必须及时清除混凝土表面的渗水。及时向搅拌站反馈第一块混凝土面板的质量，搅拌站将根据反馈信息进一步调整和改进。4.2.3优化浇筑方案，合理降温保温施工时严格按分层要求进行。原则上，混凝土层的厚度不得超过50cm。在浇筑上层混凝土前，先浇筑下层混凝土，以保证养护，提高混凝土的工作性能，保证混凝土的施工质量，防止面板开裂。混凝土浇筑后4～6h内表面可能出现塑性裂缝，可采用二次加压或二次浇筑层处理。内置锯末，可实现不同季节、不同工程的施工。其次，在浇筑混凝土之前，必须检查模板和支撑架的承载力、刚度和稳定性。同时，应遵守钢筋和插入件的位置和规格。浇筑大体积混凝土时，应避免高温天气。夏季施工时，骨料可提前冷却。搅拌混凝土时，可使用低温水或冰水。运输混凝土时应设置遮阳设施，在配套费的设计中，加入适量舒缓高效的还原剂，改善和加强模内通风，使模内温度在合理范围内。夏季避免阳光直射，冬季应采取保温措施。混凝土保护必须延长时间，掌握混凝土的冷却时间，调整混凝土的冷却速度，“应力松弛效应”对混凝土的质量起着非常重要的作用，因此混凝土的“应力”对混凝土的质量起着非常重要的作用，有必要利用混凝土的“应力松弛效应”。在施工过程中建立一个检测温度的系统，针对于结果调整养护措施，随时知道其内部结构发生的温度变化。在混凝土的浇筑过程中，必须要有科学的施工方法，一定要保证产生裂缝不是由于施工方施工造成的。施工完毕后，应重新回填混凝土，以防混凝土温差过大时长时间暴露在混凝土侧面而产生裂缝。对于厚板承台等构件，应提前在混凝土上填塞管道，做好水冷散热工作。4.3优化降温方案4.3.1埋设冷却水管埋地管道连续流动的冷水降低混凝土的温度，混凝土砌块也可冷却到稳定的体积。冷却水可用江水，冷却时间通常在开始投入的10d-15d。通常可使用25mm薄不锈钢管的管径，确定冷却效率的主要因素是管间距、冷却水温度和时间、管道直径的影响很小，可使用河水冷却，可以使用管径较大或较小的管道。一层混凝土浇筑开始后，应打开管道的排水系统，水的持续时间应充足，以确保混凝土的温升不超过第一次，体积较小的混凝土在达到最大温度时应停止用水，避免达到混凝土裂化的温度梯度。冷却速度应在每天0.6度左右。冷却速度约每天0.6℃左右。管道系统的设计应该注意，在安装和拆卸模板时水管的冷却活动不能停止，在经过水压试验后才能浇筑混凝土，管道系统不能有泄漏，观察冷却水流活动，可以测定混凝土内的温度和水温。结束后，使用微膨胀水泥灌浆，将水管表面配件移至混凝土深处，取出连接器后的孔洞可以用干燥的微膨胀混凝土封闭[11]。4.3.2混凝土面层保温尽量保持混凝土不流失水分，在一定范围内降低温度是避免开裂的重要原则。不受约束的冷却会使混凝土表面收缩，大约每低1℃缩短0.001%，30米长度下降30℃缩短9毫米。约束能够减短收缩，但会引发拉应力，温度下降很大时，足够引发混凝土表面开裂，表面裂纹扩展，内部产生裂缝的压力只需一半，所以混凝土在遭到寒潮攻击时，特别要运用保温措施，如保温充足、保温时间长，让混凝土渐渐冷却，拉应力达不到危险水平，拉伸应变的发展部分是在混凝土中松弛，直到温度达到允许的范围，从而避免表面裂纹的发生。为了获得良好的表面强度，必须保持充分的湿度。如果在养护时可以防止干涸过快，蠕变将进一步减小开裂应力，达到维护期限后，可以把覆盖物笼盖在混凝土上直到混凝土硬化，让混凝土表面缓慢干燥，这有利于减少开裂。总结大体积混凝土温度裂缝是大体积混凝土内部矛盾的结果。长期以来，温度裂缝一直是大体积混凝土的主要问题。土木工程对温度裂缝的控制要求并不完善。工程中温度控制的实施主要依靠实践经验，缺乏理论依据。本文论述了大体积混凝土的温度裂缝及其控制技术。通过监测每层混凝土的温度，及时调整混凝土表面保温材料的厚度和混凝土养护时内循环冷却水的流速，以控制高速和低