大體積混凝土溫度裂縫計算及控制

盛文仲

(中冶南方工程技術有限公司，湖北武漢 430223)

1 混凝土溫度裂縫計算

采用商品混凝土站供應，拌合出料溫度不小于10℃，入模溫度T≥5℃。水泥發熱量:Q=461 kJ/kg;混凝土比熱:0.96 J/(kg·℃)。混凝土配比如表1所示。

表1 混凝土配比 kg/m3

1.1 混凝土內部中心溫度(絕熱溫升)計算

1)混凝土的最高絕熱溫升。

Tmax=T+W/10=5+486×1.15/10=61 ℃。

混凝土3 d，7 d的絕熱溫升分別為:

T(t)=Tmax(1 －e－mt)。其中，m=0.013;t為混凝土齡期，h。

T(3)=37℃。

T(7)=54℃。

2)混凝土內部中心溫度計算。

大體積混凝土內實際最高溫度(按5.7 m計算厚度):

T1max=T+T(t)×ξ。

其中，ξ為不同澆筑塊厚度的溫降系數，3 d取0.7，7 d取0.68。3 d:Tmax=5+37 ×0.7=30.9 ℃，7 d:Tmax=5+54 ×0.68=41.72 ℃。

1.2 表面溫度計算(考慮混凝土表面覆蓋一層草袋，周邊設兩層帆布)

Tb=Tq+4h′(H － h′)ΔT/H2。

其中，H 為混凝土的計算厚度，H=5.7+2h′=6.7 m;h為混凝土的實際厚度，5.7 m;h′為混凝土的虛厚度，h′=kλ/V=0.666 ×2.33/3.112=0.5 m，λ 為混凝土的導熱系數，取 2.33 W/(m·K)，V為模板及保溫層的傳熱系數，W/(m2·K)，V=1/(∑δi/αi+Rw)=1/(0.018/0.17+0.01/0.058+0.043)=1/0.321=3.112。ΔT(t)為各齡期混凝土內最高氣溫與外界氣溫之差。

ΔT(3)=Tmax－Tq=30.9－8=22.9 ℃。

ΔT(7)=Tmax－Tq=41.72 －8=33.72。

則3 d表面溫度為 Tb(3)=8+0.5×4×(4.4－0.5)×22.9/4.42=17.2 ℃。

7 d表面溫度為Tb(7)=8+0.5×4×(4.4－0.5)×33.7/4.42=21.6 ℃。

1.3 體積內外溫差引起的溫度應力

1)各齡期的混凝土的彈性模量:

E(13)=E0(1 － e－0.09t)=3.45 ×104×0.236=8.163 ×103N/mm2。

E(17)=E0(1 － e－0.09t)=3.45 ×104×0.467=1.613 ×104N/mm2。

2)混凝土的二維溫度應力計算式如下:

σ =E(1t)αΔTsh(t)Rk/(1－μ)。

混凝土的最大綜合溫度差:

3 d為ΔT=T0+2×T(15)/3+T1(t)=5+2×37/3+2=31.667 ℃。

7 d為ΔT=T0+2×T(15)/3+T1(t)=5+2×54/3+2=43℃。

混凝土的松弛系數 sh(t)，3 d 取0.57，7 d 取0.502;

混凝土的外約束系數Rk取0.3;

混凝土的泊松比μ取0.15。

則3 d應力為 σ =8.163×103×10－5×31.667×0.57 ×0.3/(1 －0.15)=0.52 MPa。

7 d應力為 σ =1.613×104×10－5×43×0.502×0.3/(1－0.15)=1.22 MPa，符合要求。

結論:從3 d及7 d的計算結果可以看出，3 d時混凝土內外溫差相差7℃，7 d時混凝土內外溫差相差21℃，在此養護保溫條件下，能夠保證混凝土的冬季施工質量，再加上冷卻循環水管不斷的進行降溫，使內外溫差進一步縮小，保證混凝土澆筑后的質量控制。

2 基礎混凝土塊體內循環水導熱降溫

2.1 循環水溫要求

承臺混凝土塊體內敷設φ50@2 m循環水管，利用循環水將混凝土塊體內的熱量帶出。為避免產生不良效應，循環水進水溫度不宜低于所測塊體最低溫度的平均值，且與塊體內所測最高溫度之差不超過25℃。而循環水的進出水溫差，升溫階段不大于20℃;降溫階段應控制在10℃左右。采用循環水導熱降溫后，應控制混凝土內部降溫速率不大于1.5℃/d。

2.2 溫度監控

塊體基礎大體積混凝土的養護效果，關鍵在溫度監控。

一般情況下溫控指標不大于以下數值:混凝土澆筑塊體內的最大溫升值為35℃;混凝土澆筑塊體的里外溫差不大于25℃;混凝土澆筑塊體的降溫速度控制在1.5℃/d以內。

養護階段的溫度監測采用水銀溫度計，監測點布置圖及監測點詳見圖1，圖2。

溫度監測過程主要記錄或反映在養護過程中混凝土塊體各部位的升降溫情況、里外溫差、降溫速度及環境溫度等。

監測的頻度:混凝土澆筑完畢的當天即進行量測，前7 d，每6 h測溫一次，以后每天2次;以量測的數據或監測資料為依據及時調整溫控措施。保溫養護的持續時間和循環水導熱降溫的持續時間，均視溫度監測結果而定。

圖1 溫度監測點平面布置圖

圖2 測溫管布置點圖

2.3 混凝土塊體養護的后期處理

1)保溫保濕養護的持續時間一般不少于15 d，確切時間視溫度監測結果，并結合實時氣溫而定。當混凝土里表溫差不大于20℃時，可選擇適宜時機拆除保溫棚。拆除保溫棚前特別留意天氣變化，必須保證3 d內不出現強降溫天氣。

2)保溫棚拆除后立即回填四周基坑，而承臺上部外露面則覆蓋兩層草袋，上再蒙一層塑料薄膜，進行后期養護。

3 結語

通過對大體積混凝土溫度下降的控制，使其不會因為水泥水化熱，外界氣溫變化，混凝土的收縮而產生裂縫，影響結構安全和正常使用，保證施工質量。

［1］ 王鐵夢.工程結構裂縫控制［M］.北京:中國建筑工業出版社，1997.

［2］ 《建筑施工手冊》編寫組.建筑施工手冊［M］.第4版.北京:中國建筑工業出版社，2003.

［3］ 劉秉京.混凝土技術［M］.北京:人民交通出版社，2004.

［4］ 朱伯芳.大體積混凝土的溫度應力與溫度控制［M］.北京:中國電力出版社，1999.

［5］ 侯景鵬，熊 杰，袁 勇.大體積混凝土溫度控制與現場監測［J］.混凝土，2004(5):88-89.

［6］ 梁 文.簡析大體積混凝土裂縫的控制［J］.山西建筑，2011，37(5):91-92.