论文部分内容阅读
摘 要：大体积混凝土结构施工中因温度变化而产生的温度裂缝，是一个普遍存在而又难以根治的难题。本文结合高层建筑工程实例，介绍了筏形基础大体积混凝土施工温度裂缝控制措施，给出了混凝土温度及温度应力的计算方法。实践表明，施工温度裂缝控制的效果明显，为类似工程的施工提供指导。
关键词：大体积混凝土；温度裂缝；控制；混凝土温度；温度应力；计算
随着高层建筑的不断增多，大体积混凝土越来越多的被应用到高层建筑工程建设当中。但与很多混凝土工程一样，温度裂缝始终是施工中难以解决的质量通病。由于混凝土单次浇筑方量大，加上混凝土自身放热量大，散发大量的水化热，所以会产生较大的温度变化和体积变化，由此而产生温度应力，从而产生混凝土温度裂缝。混凝土开裂影响结构的整体性和耐久性，形成结构隐患。因此，必须重视大体积混凝土施工温度的控制，采取有针对性的温度裂缝控制措施，避免裂缝的出现，从而保证工程的整体质量安全。
1 工程介绍
某高层建筑工程，建筑总高77.8m，采用桩基筏形基础，地下室面积1425m2，建筑面积23260m2；核心筒底板高度2.75m，混凝土强度等级为C45，一次性浇筑混凝土量约4000m3。工程结构设计选用了转换层形式。
2 转换层结构概况
转换板按施工组织设计分两层浇筑，2m厚C50混凝土转换板分二次浇筑，第一层先浇0.8m厚，等它达到90%设计强度后，再浇第二层1.2m厚混凝土。浇筑过程中符合大体积混凝土的规定：结构断面最小尺寸在0.8m厚以上、水化热引起混凝土内的最高温度与外界气温之差预计不超过25℃的混凝土。
3 温度裂缝控制措施
该工程施工期在6月上旬，测得当地日平均温度在28℃左右，一般來说混凝土温度的最高峰值出现在浇筑后的第三天，对混凝土浇筑的内部最高温度与气温差要控制在25℃以内，否则会因为温度差和混凝土的收缩而产生裂缝。为此对混凝土质量控制指标提出如下要求：
（1）采用降低水泥用量的方法来降低混凝土的绝对温升值，可以使混凝土浇筑后的内外温差在可控范围，这是大体积混凝土配合比选择的特殊要求。（2）优先采用水化热低的矿渣水泥配制大体积混凝土。所用的水泥应进行水化热测定，水泥水化热测定可参照现行国家标准《水泥水化热试验方法（直接法）》。（3）采用5～40mm颗粒级配的石子，控制含泥量小于1.5%。（4）采用中、粗砂，控制含泥量小于1.5%。（5）混凝土在满足泵送要求的坍落度的前提
下，最大限度控制水灰比。（6）掺AEA微膨胀剂。
3.1 采取双掺技术配置混凝土
（1）掺高效减水剂，使混凝土缓凝，要求初凝时间大于9h，以推迟水泥水化热峰值出现，使混凝土表面温度梯度减少；（2）加AEA微膨胀剂补偿混凝土收缩；（3）保证混凝土浇筑速度，不产生人为冷缩；（4）设加强带，在加强带处微膨胀剂掺量增加14%。
3.2 混凝土浇筑完成后采取的保护性措施
（1）底模：除因模板支撑结构需要，满铺木枋外，在木模板上满铺一层塑料薄膜，再铺一层竹胶板；在浇筑前三天，浇水湿透；
（2）在三层与转换板之间，四周用塑料编织布围护，使板下形成温棚，减少空气流动，达到保温作用；
（3）在浇筑混凝土表面12h后，加塑料薄膜一层、麻袋二层覆盖；
（4）设温度测试点，在有代表性的位置设测温点，随时了解混凝土浇筑后开始升、降温情况，随时准备增、减覆盖物；
（5）加强对混凝土的保养，不断观察混凝土保湿状况，定时浇水保湿。
在浇筑第二层1.2m厚混凝土3d后，混凝土内部温度达到56℃，更要加强保温保湿措施。考虑到第一层混凝土板对上面第二层温度变形的约束，除认真控制混凝土内外温差外，该板结构设计在1.2m厚板下400mm处，设一层Φ22mm、@200mm×200mm的钢筋网片，以防止上层混凝土变形时拉裂下层混凝土。
4 混凝土结构不同部分温度计算方法
4.1 混凝土温度的计算
（1）混凝土的绝热温升：
T=W×Q0×（1-e-mt）/cr，
其中：T—混凝土的绝热温升（℃）；W—每立方米水泥用量，W=540kg；Q0—每千克水泥最终水化热量（J/kg），28d的累计水化热，Q0=460440J/kg；c—混凝土比热容，c=976.6J/（kg·K）；r—混凝土密度，r=2500kg/m3；t—混凝土龄期（d）；m—常数，与水泥品种，浇筑时的温度有关。
混凝土最高绝热温升：
Tmax=540×460440/（976.6×2500）=101.84°C。
（2）混凝土中心温度：
Th=Tj+Tmaxζ，
其中：Th—混凝土中心温度（℃）；Tj—混凝土浇筑温度（℃）；ζ—不同浇筑混凝土块厚度的温度系数，对1m厚混凝土3d时，ζ=0.37。
（3）混凝土浇筑温度：
Tj=Tc+（Tp+Tc）×（A1+A2+A3），
式中：Tc—混凝土拌和温度，按多次测量资料，有日照时拌和温度比当时温度高4～6℃，无日照时拌和温度比当时温度高2～3℃，此处按3℃计；Tp—混凝土浇筑时的室外温度，6月上旬，室外平均温度以28℃计；A1+A2+A3—温度损失系数。其中混凝土装卸时，每次为0.032（装车、出料二次计），A1=0.032×2=0.064；混凝土运输时，A2=Qt（Q为滚动式搅拌车每min温升系数0.0042，混凝土泵送不计；t为运输时间，以min计算，从商品混凝土公司到工地约30min）；浇筑过程中A3=0.003×60=0.18（每次温度损失系数值取0.003，运转60次）。 Tj=Tc+（Tp+Tc）×（A1+A2+A3）=24+（21+24）×（0.064-0.126+0.18）=29.31℃，则混凝土内部中心温度： Th=Tj+Tmaxζ=29.31+101.84×0.37=66.98°C。
从温度计算公式得知，在混凝土浇筑后第三天内部实际温升为66.98℃，比当时室外温度（21.7℃）高出近46℃，必须采取相应措施，防止大体积钢筋混凝土板因温差过大产生裂缝。
4.2 温度应力计算
计算温度应力的假定：（1）混凝土等级为C50，水泥用量较大，540kg/m3；（2）混凝土配筋率较高，对控制裂缝有利；（3）底模对混凝土的约束可不考虑；（4）几何尺寸不算太大，水化热温升快，散热也快。因此，降温与收缩的共同作用是引起开裂的主要原因。
首先验算由温差和混凝土收缩所产生的温度应力σmax是否超过当时厚板的极限抗拉强度Rc。
采用公式：σmax=EaT[1-1/（Lcoshβ/2）]s，
式中：E—混凝土各龄期时的弹性模量，Et=Ec（1-e-0.9t）（e=2.718自然对数的底，t—混凝土的龄期（d），Ec—混凝土28d时C50的弹性模量，Et=3.5×105MPa）；a—混凝土的线膨胀系数1.0×10-5；L—结构长度，本工程厚板长度L=44m；T—结构计算温度：该厚板最大绝热温升Tmax=101.84°C，实际温升最高在混凝土浇筑后第三天T3=Tmax×ζ=101.84°C×0.37=37.68°C；s—混凝土應力松弛系数；coshβ—是双曲余弦函数，其中，H—结构厚度，本工程厚板厚度H=0.8，H/L=0.8/44=0.018≤0.2，符合计算假设；Cx—混凝土板与支承面滑动阻力系数，对竹胶模板，比较沙质土的阻力系数取Cx=30N/mm2。
根据以上公式代入相应数据，得σmax=1.18MPa≤1.89MPa，可知不会因降温时收缩引起裂缝。
5 实例分析
本工程施工过程中采用了建筑电子测温仪测温。两次浇筑后分别选取了10个和7个测温断面，每个测温断面分别在上、中、下及覆盖层下埋设测温传感器，在浇筑混凝土后的5d内，每2h测读一次温度（瞬时值），同时监测气温。实际测量结果与理论计算（中间断面点）对比如表1所示，可以看出理论计算与实测数据较接近，结果表明文中所采用的施工方法可以作为以后制定保温保湿措施的理论依据。
表1 温度测试结果对照表℃
6 结束语
温度裂缝的控制是大体积混凝土施工中的难点和重点，温度裂缝的产生原因一般不是由单一的因素造成的，但受内部水化热和外界环境温度的变化影响较大。为避免和控制大体积混凝土温度裂缝的出现，除了在施工前进行认真计算外，还要做到在施工过程中采取一系列有效的温度控制措施，以确保大体积混凝土结构的整体质量。
参考文献
[1] 刘晓明.高层建筑筏形基础混凝土施工温度裂缝控制[J].山西建筑，2007年32期
[2] 唐习文.建筑工程大体积混凝土裂缝的控制施工技术[J].硅谷，2008年第15期
关键词：大体积混凝土；温度裂缝；控制；混凝土温度；温度应力；计算
随着高层建筑的不断增多，大体积混凝土越来越多的被应用到高层建筑工程建设当中。但与很多混凝土工程一样，温度裂缝始终是施工中难以解决的质量通病。由于混凝土单次浇筑方量大，加上混凝土自身放热量大，散发大量的水化热，所以会产生较大的温度变化和体积变化，由此而产生温度应力，从而产生混凝土温度裂缝。混凝土开裂影响结构的整体性和耐久性，形成结构隐患。因此，必须重视大体积混凝土施工温度的控制，采取有针对性的温度裂缝控制措施，避免裂缝的出现，从而保证工程的整体质量安全。
1 工程介绍
某高层建筑工程，建筑总高77.8m，采用桩基筏形基础，地下室面积1425m2，建筑面积23260m2；核心筒底板高度2.75m，混凝土强度等级为C45，一次性浇筑混凝土量约4000m3。工程结构设计选用了转换层形式。
2 转换层结构概况
转换板按施工组织设计分两层浇筑，2m厚C50混凝土转换板分二次浇筑，第一层先浇0.8m厚，等它达到90%设计强度后，再浇第二层1.2m厚混凝土。浇筑过程中符合大体积混凝土的规定：结构断面最小尺寸在0.8m厚以上、水化热引起混凝土内的最高温度与外界气温之差预计不超过25℃的混凝土。
3 温度裂缝控制措施
该工程施工期在6月上旬，测得当地日平均温度在28℃左右，一般來说混凝土温度的最高峰值出现在浇筑后的第三天，对混凝土浇筑的内部最高温度与气温差要控制在25℃以内，否则会因为温度差和混凝土的收缩而产生裂缝。为此对混凝土质量控制指标提出如下要求：
（1）采用降低水泥用量的方法来降低混凝土的绝对温升值，可以使混凝土浇筑后的内外温差在可控范围，这是大体积混凝土配合比选择的特殊要求。（2）优先采用水化热低的矿渣水泥配制大体积混凝土。所用的水泥应进行水化热测定，水泥水化热测定可参照现行国家标准《水泥水化热试验方法（直接法）》。（3）采用5～40mm颗粒级配的石子，控制含泥量小于1.5%。（4）采用中、粗砂，控制含泥量小于1.5%。（5）混凝土在满足泵送要求的坍落度的前提
下，最大限度控制水灰比。（6）掺AEA微膨胀剂。
3.1 采取双掺技术配置混凝土
（1）掺高效减水剂，使混凝土缓凝，要求初凝时间大于9h，以推迟水泥水化热峰值出现，使混凝土表面温度梯度减少；（2）加AEA微膨胀剂补偿混凝土收缩；（3）保证混凝土浇筑速度，不产生人为冷缩；（4）设加强带，在加强带处微膨胀剂掺量增加14%。
3.2 混凝土浇筑完成后采取的保护性措施
（1）底模：除因模板支撑结构需要，满铺木枋外，在木模板上满铺一层塑料薄膜，再铺一层竹胶板；在浇筑前三天，浇水湿透；
（2）在三层与转换板之间，四周用塑料编织布围护，使板下形成温棚，减少空气流动，达到保温作用；
（3）在浇筑混凝土表面12h后，加塑料薄膜一层、麻袋二层覆盖；
（4）设温度测试点，在有代表性的位置设测温点，随时了解混凝土浇筑后开始升、降温情况，随时准备增、减覆盖物；
（5）加强对混凝土的保养，不断观察混凝土保湿状况，定时浇水保湿。
在浇筑第二层1.2m厚混凝土3d后，混凝土内部温度达到56℃，更要加强保温保湿措施。考虑到第一层混凝土板对上面第二层温度变形的约束，除认真控制混凝土内外温差外，该板结构设计在1.2m厚板下400mm处，设一层Φ22mm、@200mm×200mm的钢筋网片，以防止上层混凝土变形时拉裂下层混凝土。
4 混凝土结构不同部分温度计算方法
4.1 混凝土温度的计算
（1）混凝土的绝热温升：
T=W×Q0×（1-e-mt）/cr，
其中：T—混凝土的绝热温升（℃）；W—每立方米水泥用量，W=540kg；Q0—每千克水泥最终水化热量（J/kg），28d的累计水化热，Q0=460440J/kg；c—混凝土比热容，c=976.6J/（kg·K）；r—混凝土密度，r=2500kg/m3；t—混凝土龄期（d）；m—常数，与水泥品种，浇筑时的温度有关。
混凝土最高绝热温升：
Tmax=540×460440/（976.6×2500）=101.84°C。
（2）混凝土中心温度：
Th=Tj+Tmaxζ，
其中：Th—混凝土中心温度（℃）；Tj—混凝土浇筑温度（℃）；ζ—不同浇筑混凝土块厚度的温度系数，对1m厚混凝土3d时，ζ=0.37。
（3）混凝土浇筑温度：
Tj=Tc+（Tp+Tc）×（A1+A2+A3），
式中：Tc—混凝土拌和温度，按多次测量资料，有日照时拌和温度比当时温度高4～6℃，无日照时拌和温度比当时温度高2～3℃，此处按3℃计；Tp—混凝土浇筑时的室外温度，6月上旬，室外平均温度以28℃计；A1+A2+A3—温度损失系数。其中混凝土装卸时，每次为0.032（装车、出料二次计），A1=0.032×2=0.064；混凝土运输时，A2=Qt（Q为滚动式搅拌车每min温升系数0.0042，混凝土泵送不计；t为运输时间，以min计算，从商品混凝土公司到工地约30min）；浇筑过程中A3=0.003×60=0.18（每次温度损失系数值取0.003，运转60次）。 Tj=Tc+（Tp+Tc）×（A1+A2+A3）=24+（21+24）×（0.064-0.126+0.18）=29.31℃，则混凝土内部中心温度： Th=Tj+Tmaxζ=29.31+101.84×0.37=66.98°C。
从温度计算公式得知，在混凝土浇筑后第三天内部实际温升为66.98℃，比当时室外温度（21.7℃）高出近46℃，必须采取相应措施，防止大体积钢筋混凝土板因温差过大产生裂缝。
4.2 温度应力计算
计算温度应力的假定：（1）混凝土等级为C50，水泥用量较大，540kg/m3；（2）混凝土配筋率较高，对控制裂缝有利；（3）底模对混凝土的约束可不考虑；（4）几何尺寸不算太大，水化热温升快，散热也快。因此，降温与收缩的共同作用是引起开裂的主要原因。
首先验算由温差和混凝土收缩所产生的温度应力σmax是否超过当时厚板的极限抗拉强度Rc。
采用公式：σmax=EaT[1-1/（Lcoshβ/2）]s，
式中：E—混凝土各龄期时的弹性模量，Et=Ec（1-e-0.9t）（e=2.718自然对数的底，t—混凝土的龄期（d），Ec—混凝土28d时C50的弹性模量，Et=3.5×105MPa）；a—混凝土的线膨胀系数1.0×10-5；L—结构长度，本工程厚板长度L=44m；T—结构计算温度：该厚板最大绝热温升Tmax=101.84°C，实际温升最高在混凝土浇筑后第三天T3=Tmax×ζ=101.84°C×0.37=37.68°C；s—混凝土應力松弛系数；coshβ—是双曲余弦函数，其中，H—结构厚度，本工程厚板厚度H=0.8，H/L=0.8/44=0.018≤0.2，符合计算假设；Cx—混凝土板与支承面滑动阻力系数，对竹胶模板，比较沙质土的阻力系数取Cx=30N/mm2。
根据以上公式代入相应数据，得σmax=1.18MPa≤1.89MPa，可知不会因降温时收缩引起裂缝。
5 实例分析
本工程施工过程中采用了建筑电子测温仪测温。两次浇筑后分别选取了10个和7个测温断面，每个测温断面分别在上、中、下及覆盖层下埋设测温传感器，在浇筑混凝土后的5d内，每2h测读一次温度（瞬时值），同时监测气温。实际测量结果与理论计算（中间断面点）对比如表1所示，可以看出理论计算与实测数据较接近，结果表明文中所采用的施工方法可以作为以后制定保温保湿措施的理论依据。
表1 温度测试结果对照表℃
6 结束语
温度裂缝的控制是大体积混凝土施工中的难点和重点，温度裂缝的产生原因一般不是由单一的因素造成的，但受内部水化热和外界环境温度的变化影响较大。为避免和控制大体积混凝土温度裂缝的出现，除了在施工前进行认真计算外，还要做到在施工过程中采取一系列有效的温度控制措施，以确保大体积混凝土结构的整体质量。
参考文献
[1] 刘晓明.高层建筑筏形基础混凝土施工温度裂缝控制[J].山西建筑，2007年32期
[2] 唐习文.建筑工程大体积混凝土裂缝的控制施工技术[J].硅谷，2008年第15期