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近几年来随着城市的发展高层建筑逐渐增多,高层建筑深基础大体积混凝土施工也相应增多。根据我国对大体积混凝土定义:结构断面最小尺寸大于1m以上的,表面系数不大于5m-1的混凝土结构。大体积温控指标如下:
(1)混凝土浇筑在入模温度基础上的最大温升值不大于35℃。
(2)混凝土内部与混凝土表面温差不大于25℃(不含混凝土收缩的当量温度)。
(3)混凝土浇筑后的降温速度为1.5℃/d~1.8℃/d为宜。
水泥水化过程中,放出的热量称为水化热。大体积混凝土在凝固过程中聚积在内部热量散失很慢,使混凝土温度峰值很高,当混凝土内部温度冷却时就会收缩,从而在混凝土内产生拉应力。拉应力超过混凝土的极限抗拉强度就会在混凝土内部产生裂缝。这些内部裂缝有可能与表面干缩裂缝连通,从而在混凝土内部形成通缝,破坏混凝土的耐久性和结构的稳定性。
大体积混凝土极易产生温度收缩裂缝,在混凝土早期升温和降温过程中由于混凝土内外温差、升温和降温速率不同而引起的收缩裂缝。大体积混凝土内部控制好温度应力的产生是防止裂缝的关键(一般外约束应力影响产生深度裂缝,内约束应力影响产生表面裂缝)。内约束应力的产生主要是由于混凝土散热不均而造成的,因此在施工期间特别是我市地区如何控制好混凝土内外温差。如何控制好混凝土内部中心最高温度的产生是冬期施工防止裂缝的关键。
1.大体积混凝土中心温度影响因素
1.1混凝土强度等级对混凝土中心温度的影响
混凝土强度等级对混凝土中心温度影响最大,随混凝土强度等级的提高混凝土中的水泥掺量就越多,水泥掺量越多水泥水化产生的热量就越多,混凝土中心温度就越高,直接影响混凝土内部温度的高低。
1.2不同品种的水泥对混凝土中心温度的影响
同一标号不同品种的水泥每千克水泥水化发热量不同,同一标号不同品种水泥普通硅酸盐水泥比矿渣水泥每千克水化热多42KJ,大体积混凝土水泥选用低水化热的水泥对防止混凝土温度应力收缩裂缝有利。
1.3水泥标号对混凝土中心温度的影响
采用不同标号水泥配制同强度等级混凝土,由于水泥发热量的不同对混凝土中心温度有一定的影响,高标号的水泥水化产生的热量要高。由此在符合设计混凝土强度等级的条件下,优先选用低标号的水泥,低标号的水泥对降低混凝土中心温度有益从而减少内外温差影响。
1.4混凝土浇筑温度对混凝土中心温度的影响
混凝土浇筑入模温度的高低直接影响混凝土的中心温度,因此加以控制,尽量降低混凝土的入模温度。
2.大体混凝土内外温差影响因素
2.1混凝土浇筑厚度对混凝土内外温差的影响
大体混凝土中心及混凝土表面温度随浇筑不同厚度而变化,混凝土厚度越大其中心温度就越高,大体积混凝土内部温度相对表面温差就越大,因此大体混凝土在冬期施工为了减少混凝土内外温差影响防止产生裂缝应在措施和管理上加以控制。
2.2气温温差大小对混凝土内外温差的影响
大体积混凝土中心温度及表面温度的温差随气温高低而变化,大气温度越低其内外温差越大,保温材料热阻值越小其内外温差就越大。大体积混凝土在冬期施工要注意保温材料覆盖及掌握好保温层覆盖的时间和混凝土温升、温降的速度,防止产生裂缝。
3.混凝土内部温升计算
观湖国际3#楼建筑面积为31055㎡,立面设计为32层,建筑物高度为99.00m,地下一层,基础形式为桩筏基础,筏板基础长度为62.7m,宽度为21.1m,筏板基础混凝土厚度为1.60m,筏板底标高为-8.4m,筏板的混凝土防水等级为S8,混凝土强度等级为C30。
混凝土采用商品混凝土,根据混凝土配合比通知单水泥为北疆P.O32.5,水泥用量为340Kg/m3,粉煤灰掺量为80 Kg/m3,中砂用量为708Kg/m3,石子用量为1062Kg/m3,GB-B缓凝泵送剂为11.09Kg/m3,GIF早强防冻剂为23.10Kg/m3,UEA为42.0Kg/m3,混凝土缓凝时间为10小时,混凝土的入模温度为5℃,筏板基础厚度为1.6m,每千克水泥产生的热量为377J/Kg,混凝土的比热为0.96KJ/Kg.K。
大体积混凝土内部中心温度包括混凝土浇筑温度及不同龄期混凝土的绝热温升调整温度。
3.1混凝土水化热绝对温升值计算
T(t)=mcQ/Cρ(1-e-mt)
当e-mt=0时
TMax=340×377/0.96×2400=55.63℃
混凝土的最大温升温度55.63℃为混凝土水化溫度为绝热状态下的混凝土温升温度。
3.2混凝土3d、4d、5d、6d、7d、8d、9d的水化热绝热温度值计算
当t=3d T(3)=mcQ/Cρ(1-e-mt)=55.63×0.587=32.65℃
当t=4d T(4)=mcQ/Cρ(1-e-mt)=55.63×0.693=38.55℃
当t=5d T(5)=mcQ/Cρ(1-e-mt)=55.63×0.771=42.89℃
当t=6d T(6)=mcQ/Cρ(1-e-mt)=55.63×0.83=46.17℃
当t=7d T(7)=mcQ/Cρ(1-e-mt)=55.63×0.873=48.56℃
当t=8d T(8)=mcQ/Cρ(1-e-mt)=55.63×0.906=50.40℃
当t=9d T(9)=mcQ/Cρ(1-e-mt)=55.63×0.930=51.74℃
3.3混凝土最终绝热温升计算
查建筑施工计算手册查表如下:
根据以上的温降系数ζ值求得不同龄期混凝土水热温升值:
当t=3d Th3=T(3)×ζ=32.65×0.506=16.52℃
当t=4d Th4=T(4)×ζ=38.55×0.496=19.12℃
当t=5d Th5=T(5)×ζ=42.89×0.486=20.84℃
当t=6d Th6=T(6)×ζ=46.17×0.476=22.00℃
当t=7d Th7=T(7)×ζ=48.56×0.451=21.90℃
当t=8d Th8=T(8)×ζ=50.40×0.426=21.47℃
当t=9d Th9=T(9)×ζ=51.74×0.401=20.75℃
3.4混凝土的中心温度计算
T‘(t)=T0+T(t)×ζ
T‘(3)=T0+T(3)×ζ=5+16.52=21.52℃
T‘(4)=T0+T(4)×ζ=5+19.12=24.12℃
T‘(5)=T0+T(5)×ζ=5+20.84=25.84℃
T‘(6)=T0+T(6)×ζ=5+22.00=27.00℃
T‘(7)=T0+T(7)×ζ=5+21.90=26.90℃
T‘(8)=T0+T(8)×ζ=5+21.47=26.47℃
T‘(9)=T0+T(9)×ζ=5+20.75=25.75℃
经计算高层建筑大体积混凝土筏板基础冬期混凝土在浇筑后,混凝土内部中心温度温升调整温度为27℃。
通过对高层建筑筏板基础大体混凝土冬期施工混凝土内部中心温度的计算,我们可以知道大体积混凝土内部中心温度的变化和最大温升值,根据混凝土的最大温升可以对大体积混凝土施工之前采取相应的措施控制混凝土的内部温度,防止高层建筑筏板基础大体混凝土内部裂缝的产生。
(1)混凝土浇筑在入模温度基础上的最大温升值不大于35℃。
(2)混凝土内部与混凝土表面温差不大于25℃(不含混凝土收缩的当量温度)。
(3)混凝土浇筑后的降温速度为1.5℃/d~1.8℃/d为宜。
水泥水化过程中,放出的热量称为水化热。大体积混凝土在凝固过程中聚积在内部热量散失很慢,使混凝土温度峰值很高,当混凝土内部温度冷却时就会收缩,从而在混凝土内产生拉应力。拉应力超过混凝土的极限抗拉强度就会在混凝土内部产生裂缝。这些内部裂缝有可能与表面干缩裂缝连通,从而在混凝土内部形成通缝,破坏混凝土的耐久性和结构的稳定性。
大体积混凝土极易产生温度收缩裂缝,在混凝土早期升温和降温过程中由于混凝土内外温差、升温和降温速率不同而引起的收缩裂缝。大体积混凝土内部控制好温度应力的产生是防止裂缝的关键(一般外约束应力影响产生深度裂缝,内约束应力影响产生表面裂缝)。内约束应力的产生主要是由于混凝土散热不均而造成的,因此在施工期间特别是我市地区如何控制好混凝土内外温差。如何控制好混凝土内部中心最高温度的产生是冬期施工防止裂缝的关键。
1.大体积混凝土中心温度影响因素
1.1混凝土强度等级对混凝土中心温度的影响
混凝土强度等级对混凝土中心温度影响最大,随混凝土强度等级的提高混凝土中的水泥掺量就越多,水泥掺量越多水泥水化产生的热量就越多,混凝土中心温度就越高,直接影响混凝土内部温度的高低。
1.2不同品种的水泥对混凝土中心温度的影响
同一标号不同品种的水泥每千克水泥水化发热量不同,同一标号不同品种水泥普通硅酸盐水泥比矿渣水泥每千克水化热多42KJ,大体积混凝土水泥选用低水化热的水泥对防止混凝土温度应力收缩裂缝有利。
1.3水泥标号对混凝土中心温度的影响
采用不同标号水泥配制同强度等级混凝土,由于水泥发热量的不同对混凝土中心温度有一定的影响,高标号的水泥水化产生的热量要高。由此在符合设计混凝土强度等级的条件下,优先选用低标号的水泥,低标号的水泥对降低混凝土中心温度有益从而减少内外温差影响。
1.4混凝土浇筑温度对混凝土中心温度的影响
混凝土浇筑入模温度的高低直接影响混凝土的中心温度,因此加以控制,尽量降低混凝土的入模温度。
2.大体混凝土内外温差影响因素
2.1混凝土浇筑厚度对混凝土内外温差的影响
大体混凝土中心及混凝土表面温度随浇筑不同厚度而变化,混凝土厚度越大其中心温度就越高,大体积混凝土内部温度相对表面温差就越大,因此大体混凝土在冬期施工为了减少混凝土内外温差影响防止产生裂缝应在措施和管理上加以控制。
2.2气温温差大小对混凝土内外温差的影响
大体积混凝土中心温度及表面温度的温差随气温高低而变化,大气温度越低其内外温差越大,保温材料热阻值越小其内外温差就越大。大体积混凝土在冬期施工要注意保温材料覆盖及掌握好保温层覆盖的时间和混凝土温升、温降的速度,防止产生裂缝。
3.混凝土内部温升计算
观湖国际3#楼建筑面积为31055㎡,立面设计为32层,建筑物高度为99.00m,地下一层,基础形式为桩筏基础,筏板基础长度为62.7m,宽度为21.1m,筏板基础混凝土厚度为1.60m,筏板底标高为-8.4m,筏板的混凝土防水等级为S8,混凝土强度等级为C30。
混凝土采用商品混凝土,根据混凝土配合比通知单水泥为北疆P.O32.5,水泥用量为340Kg/m3,粉煤灰掺量为80 Kg/m3,中砂用量为708Kg/m3,石子用量为1062Kg/m3,GB-B缓凝泵送剂为11.09Kg/m3,GIF早强防冻剂为23.10Kg/m3,UEA为42.0Kg/m3,混凝土缓凝时间为10小时,混凝土的入模温度为5℃,筏板基础厚度为1.6m,每千克水泥产生的热量为377J/Kg,混凝土的比热为0.96KJ/Kg.K。
大体积混凝土内部中心温度包括混凝土浇筑温度及不同龄期混凝土的绝热温升调整温度。
3.1混凝土水化热绝对温升值计算
T(t)=mcQ/Cρ(1-e-mt)
当e-mt=0时
TMax=340×377/0.96×2400=55.63℃
混凝土的最大温升温度55.63℃为混凝土水化溫度为绝热状态下的混凝土温升温度。
3.2混凝土3d、4d、5d、6d、7d、8d、9d的水化热绝热温度值计算
当t=3d T(3)=mcQ/Cρ(1-e-mt)=55.63×0.587=32.65℃
当t=4d T(4)=mcQ/Cρ(1-e-mt)=55.63×0.693=38.55℃
当t=5d T(5)=mcQ/Cρ(1-e-mt)=55.63×0.771=42.89℃
当t=6d T(6)=mcQ/Cρ(1-e-mt)=55.63×0.83=46.17℃
当t=7d T(7)=mcQ/Cρ(1-e-mt)=55.63×0.873=48.56℃
当t=8d T(8)=mcQ/Cρ(1-e-mt)=55.63×0.906=50.40℃
当t=9d T(9)=mcQ/Cρ(1-e-mt)=55.63×0.930=51.74℃
3.3混凝土最终绝热温升计算
查建筑施工计算手册查表如下:
根据以上的温降系数ζ值求得不同龄期混凝土水热温升值:
当t=3d Th3=T(3)×ζ=32.65×0.506=16.52℃
当t=4d Th4=T(4)×ζ=38.55×0.496=19.12℃
当t=5d Th5=T(5)×ζ=42.89×0.486=20.84℃
当t=6d Th6=T(6)×ζ=46.17×0.476=22.00℃
当t=7d Th7=T(7)×ζ=48.56×0.451=21.90℃
当t=8d Th8=T(8)×ζ=50.40×0.426=21.47℃
当t=9d Th9=T(9)×ζ=51.74×0.401=20.75℃
3.4混凝土的中心温度计算
T‘(t)=T0+T(t)×ζ
T‘(3)=T0+T(3)×ζ=5+16.52=21.52℃
T‘(4)=T0+T(4)×ζ=5+19.12=24.12℃
T‘(5)=T0+T(5)×ζ=5+20.84=25.84℃
T‘(6)=T0+T(6)×ζ=5+22.00=27.00℃
T‘(7)=T0+T(7)×ζ=5+21.90=26.90℃
T‘(8)=T0+T(8)×ζ=5+21.47=26.47℃
T‘(9)=T0+T(9)×ζ=5+20.75=25.75℃
经计算高层建筑大体积混凝土筏板基础冬期混凝土在浇筑后,混凝土内部中心温度温升调整温度为27℃。
通过对高层建筑筏板基础大体混凝土冬期施工混凝土内部中心温度的计算,我们可以知道大体积混凝土内部中心温度的变化和最大温升值,根据混凝土的最大温升可以对大体积混凝土施工之前采取相应的措施控制混凝土的内部温度,防止高层建筑筏板基础大体混凝土内部裂缝的产生。