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论文
福建农林大学
本科（函授）毕业论文
论文题目：
大体积混凝土施工及温差裂缝控制
学院：
交通学院
专业年级：
09土木工程
学号：
091291113
姓 名：
林永奇
指导教师、职称：
谢成新副教授
Influenceofthefastdevelopmentofexpressway
onthelogisticsindustryofmyprovince
College：
TransportationCollege
SpecialtyandGrade：
TrafficEngineeringofGrade2009
Number：
091291113
Name：
Linyong-qi
Advisor：
Prof.Xiecheng-xin
Submittedtime:
March2011
目录
摘要………………………………………………………………………………………………3
Abstract…………………………………………………………………………………………3
前言……………………………………………………………………………………4
2大体积混凝土的特性…………………………………………………………………4
2.1结构整体性…………………………………………………………………………………4
2.2密实性能……………………………………………………………………………………4
2.3体积收缩性…………………………………………………………………………………4
2.4水化热温升及其影响………………………………………………………………………4
2.4．1砼绝热温升与实际温升…………………………………………………………………4
2.4．2温升对砼结构的影响……………………………………………………………………5
2.4．3内外温差的预测…………………………………………………………………………5
3、大体积混凝土的施工…………………………………………………………………………6
3．1确定大体积砼的施工方案…………………………………………………………………6
3．2大体积砼配合比的确定……………………………………………………………………7
3．3砼的浇筑……………………………………………………………………………………7
3．3．1分层浇筑的形式…………………………………………………………………………7
3．3．2确定分层厚度与分层面积………………………………………………………………8
3．4砼施工注意事项……………………………………………………………………8
4、测温原理及过程…………………………………………………………………8
4．1测温原理及设备…………………………………………………………………9
4．2测温要点…………………………………………………………………9
4．3热电偶的调试与埋设……………………………………………………………10
4．4测温工作…………………………………………………………10
5、大体积混凝土温差裂缝的控制……………………………………………………………10
5．1测温的目的…………………………………………………………………………………10
5．1测温的结论分析……………………………………………………………………………11
6、结束语……………………………………………………………………………………12
参考文献………………………………………………………………………………………15
大体积混凝土施工及温差裂缝控制
摘要：
结合工程实践,进行了大体积混凝土施工中混凝土温升的计算,从大体积混凝土的特性和施工技术两方面归纳了消除温差裂缝的措施,实践表明降低水化热、防止温度裂缝是保证大体积浇筑混凝土施工质量的关键。
关键词：
大体积混凝土施工大体积混凝土的特性测温温差裂缝
Abstract：
Engineeringpractice,toalargevolumeofconcreteconstructionconcretetemperaturerisecalculatedfromthecharacteristicsofmassconcreteandconstructiontechnologytoeliminateboththeinductiontemperatureCracks,practiceshowsthatthelowerheatofhydration,topreventtemperaturecracksistoensurethatlargevolumepouringconcreteconstructionqualityofthekey.
Keywords：
Massconcreteconstruction；Thecharacteristicsofmassconcrete；Temperature；Temperaturedifferencebetweencracks。
1前言
大体积砼是指体积与厚度较大且现场浇筑、成型和养护的砼，主要应用于大坝、大型桥墩、大型设备基础、高层建筑深基础底板及各种特殊结构如防辐射建筑物等。
温度裂缝是大体积砼施工中的一大难题，也是施工中易出现的一种极具破坏性的现象。
其产生的原因是由于砼受到自约束拉应力和外约束拉应力的作用引起的。
近十年来随着大体积砼日益广泛地运用，我所任职的福建综合楼、电信枢纽大楼、厦门铁道大厦、厦融宾馆等高层建省第一建筑工程公司成功地完成了福州元洪大厦、长途电信枢大楼、三明江滨大厦、邮政筑地下室底板及长乐火电厂210m烟囱、邵武火电厂210m烟囱基础和莆田市医院放疗中心、永安市立医院钴—60放疗中心防辐射屋面与板墙等十几个工程大体积砼的施工，积累了丰富的经验。
本文尝试结合上述工程实践，对大体积砼的测温工作及施工前后温度裂缝的控制进行探讨。
2大体积砼的特性
要保证大体积砼结构的完整性及施工后满足设计要求，首先必须了解大体积砼的几个主要特性：
2.1结构整体性
大体积砼在施工时，一般要求连续浇筑，不允许出现施工缝，对整体性要求较高。
2.2密实性能
大体积砼应用于大坝或地下室基础底板时，需承受压力水的作用：
应用于各种特殊结构时，对砼的密实度也有较高的要求；因此大体积砼浇筑后应具有较好的密实性。
2.3体积收缩性
砼拌合物在凝结硬化过程中，多余水分蒸发，水化物凝结硬化，将使砼体积收缩。
由于砼早期温度底、弹性模量小，当收缩应力大于砼抗拉强度时，砼将出现收缩裂缝。
影响砼收缩的主要因素是单位用水量和水泥用量。
据资料表明，砼体积收缩的变化范围以小于200×10-6为界。
2.4水化热温升及其影响
大体积砼硬化过程中，随着水泥水化热的释放，将使砼温度升高，并可能对砼结构产生不利影响，也是我们测温工作的依据及意义所在。
2.4.1砼绝热温升与实际温升
砼内部最大绝热温升计算公式：
T0=W.Q0/C.r……………
（1）
式中T0——砼最大绝热温升（0C）
W——单位水泥用量（㎏/m3）
Q0————单位重量水泥的水化热总量（J/㎏），可用“直接法”测定
C——砼比热，可取C=0.942×103J/㎏.0C
r——砼容重，取r=2400～2450㎏/m3
砼的硬化过程是水化热不断积蓄与散发的过程。
试验表明，在3天龄期时，砼内部温升达到最大值，3天后则呈降温态势。
这是因为3天内水泥水化快，水化热释放速度大于热量散发速度而导致砼升温；3天后水化热趋于缓慢，水化热释放量不足以抵消热量的散发，使砼降温。
一般来讲，水泥3天内水化热释放放量为水化热总量的50%，这样的最大实际温升亦为最大绝热温升的50%，即：
Tmax=0.5T。
…………
（2）
式中Tmax——砼最大实际温升（0C）
T0——砼最大绝热温升（0C）
利用上述两式，我们对各工程最大实际温升进行预测，现针对以下几个工程进行表述。
表1砼最大实际温升预测表
工程名称
砼设计等级
水泥品种、标号
水泥用量（㎏/㎡）
Tmax预测值（0C）
三明江滨大厦
C40
普硅525#
388
37.4
厦门铁道大厦
C40
普硅425#R
456
39.2
三明电信枢纽大楼
C30
普硅425#R
300
29.8
福泥（顺昌）4#窑原料粉磨及废气处理基础
C40
普硅525#R
344
33.2
_
2.4.2温升对砼结构的影响
大体积砼由于体积、厚度大，其表面与内部散热速度极不一致，水化热温升将使砼内部温度高于表面温度，形成内外温差。
在升温与降温阶段，砼分别发生热膨胀与收缩，砼的热膨胀系数约为1.0×10-5/0C。
由于存在内外温差，使砼内部与表面的这种热膨胀与收缩不一致而产生约束应力（拉应力、也叫温度应力），内外温差越大，约束应力也越大；当应力值大于砼的抗拉强度时将导致砼开裂，形成温差裂缝，给砼结构造成大危害。
2.4.3内外温差的预测
tc=t0+Td……………（3）
△t=tc-ts………（4）
式中:
tc________砼内部温度（0C）
t0_______砼入模温度（0C）,实测或热工计算求得
Td_________龄期为d时砼内部实际温升（0C）
△t_________砼内外温差（0C）
ts_________砼表面温度（0C）,无保温养护时可视为环境平均气温。
这样，我们可以预测各工程砼当内部温升最大（d=3天，Td=Tmax）又无保温养护措施时的内外温差，如表2所示。
表2砼最大内外温差预测表
工程名称
t0（0C）
Tmax（0C）
ts（0C）
△t预测值（0C）
三明江滨大厦
28.0
37.4
27.0
38.4
厦门铁道大厦
32.0
39.2
31.0
40.2
三明电信枢纽大楼
20.0
29.8
18.0
31.8
福泥（顺昌）4#窑原料粉磨及废气处理基础
18.5
33.2
16.4
35.3
从上表中可以看出，若砼浇筑后未采取保温保湿措施，砼内外温差将超出规范允许的范围；因此采取有效的控温措施，防止砼产生温度裂缝。
3、大体积砼的施工
由于大体积砼的特殊性，也就决定了大体积砼施工的特殊性，井且砼的施工是决定大体积砼性能的最关键因素，也是防止出现温度裂缝的前提条件；因此，我们对大体积砼的施工有必要做进一步表述。
3.1确定大体积砼的施工方案
大体积可采用流动性砼进行泵送浇筑，也可现场拌制利用塔吊或架子车浇筑入模。
前者适用于施工场地狭小，不能同时安置多台搅拌机，无原材料堆场的工程，具有浇筑速度快、砼拌合物均匀性较好的特点，但成本较高，且由于单位水泥用量较大，不利于砼内部温升的控制。
后者则适用于有一定施工场地的工程，相对来讲单位水泥用量较少，施工成本较低，但浇筑时间较长，需要大量机械设备和劳动力，且砼拌合物的均匀性较不易控制，振捣时易漏振，影响砼结构的整体性。
我们在几项大体积砼砼工程施工中，充分发挥我公司在机械设备、劳动力和施工技术与组织管理等方面的优势，克服施工现场的种种困难，基本采用现场搅拌制备，通过塔吊、井架和架子车运送浇筑。
3.2大体积砼配合比的确定
大体积砼配合比设计的原则是在满足砼强度、和易性、密实性的前提下尽量减少水泥用量，减少水泥水化热的释放和减缓释放速度。
我们一般采用“双掺”或“三掺”手段，即用外粉煤灰或膨胀剂取代部分水泥，同时掺入缓凝型减水剂；这样可有效减少水泥用量，降低水化热，延缓水化热释放速度，从而达到降低砼内部最大实际温升，缩小内外温差的目的。
粉煤灰应选用符合《粉煤灰地混凝土和砂浆中应用技术规程》（JGJ28—86）规定的Ⅰ、Ⅱ级灰，其掺量用“超量取代法”计算，通过试验确定。
缓凝型减水剂我们主要选用BD—Ⅲ及省科研院TW—3型减水剂。
据测试，该两种减水剂可推迟水化热峰值4～6水时。
掺入粉煤灰和减水剂，还可改善砼拌合物的和易性，使砼更易振捣密实，并且可减小砼硬化过程中的体积收缩，防止出现收缩裂缝。
另外，我们还建议在设计单位允许的条件下，利用45天或60天代替28天作为强度评定的龄期；这样，可适当降低砼的试配强度，减少水泥用量。
我们大量试验表明，试配强度相同时，有掺粉煤灰的早期强度增长缓慢，但后期强度却增长更高。
3.3砼的浇筑
大体积砼施工时，为避免发生离析现象，减少对模板产生偏心侧压力，易于振捣密实，且利于水化散发，应采取分层浇筑。
3.3.1分层浇筑的形式
a、全面分层：
在整个模板内沿水平方向全面分层，第一层浇筑完毕后浇筑第二层，逐层进行。
适用于一般平面尺寸大小的结构，如板墙的浇筑，如图（a）所示。
b、阶段分层：
从底层开绐，浇筑一段距离后回头浇筑上一层，呈阶段形向前推进。
适用于面积或长度较大的结构，如图（b）所示
c、斜面分层：
砼拌合物浇筑入模后呈斜坡状，振捣工作从斜坡下端开始逐渐上移，呈斜坡状向前推进。
也适用于面积或长度较大的结构。
如图（c）所示。
图1
3.3.2确定分层厚度与分层面积
选择分层形式时，尚应教考虑砼的浇筑强度、分层面积与厚度及每层间隔时间。
它们的关系用下式表示：
Q=F.H/T…………（5）
式中Q---砼浇筑强度（m3/h）
F----浇筑分层的面积（㎡）
H----浇筑分层的厚度（m）
T----每层间隔时间（h）
当砼采用现场拌制时,浇筑强度取决于搅拌机的台数、容量、搅拌时间的长短、送料工具的效率及运距等。
每层间隔时间应小于下层砼振捣完毕至凝结的延续时间，与水泥凝结时间、外加剂种类及环境气温有关，一般在2小时左右。
确定分层厚度时应考虑振捣方式，以保证振捣密实。
当用插入式振动器时，分层厚度为振捣作用长度的1.25倍，分层面积则可通过式（5）计算确定。
总之，大体积砼分层浇筑的原则就是要保证在下层砼凝结前将上一层浇筑完毕。
3.4砼施工注意事项
（1）由于砼工程量大，浇筑时间长，必须认真细致地做好施工前准备工作。
施工中，应连续浇筑，不允许中断。
（2）应与当地气象部门联系，了解砼浇筑、养护期间的气候变化，做好防备措施。
（3）当砼自由落差超过2m时，应采用串简、溜槽或振动管下料，避免砼离析。
（4）当有多个施工组同时作业时，应有专人负责协调各组的浇筑速度，并严格控制坍落度，防止出现漏振。
4、测温原理及过程
大体积砼施工中，除了必须做到连续浇筑、振捣密实以保证砼获得设计要求的强度、抗渗性与整体性外，还应采取措施，控制内外温差，防止出现温差裂缝。
据GB50204---92《混凝土结构工程施工及验收规范》第一线4.5.3条规定“对大体积混凝土的养护，应根据气候条件采取控温措施，并按需要测定浇筑后的混凝土表面和内部温度，将温差控制在设计要求的范围以内；当设计无具体要求时，温差不宜超过250C。
”该规范对降温速度未作规定，查阅有关资料，大体积砼的平均降温速度一般不宜大于1.50C/d。
基于以上因素，我们对我公司大型设备基础、高层建筑深基础底板及一些特殊结构有要求进行测温控温，也成功进行了多项大体积砼测温工作，积累了丰富的经验，对大体积的施工及质量保证起了关键作用。
目前的测温手段主要还是运用铜——康铜线的热电感应原理来进行测温，它可以任意选点测试，是较为理想、精确的一种方法。
4.1测温原理及设备
利用热电效应原理，由测定铜——康铜热电偶的热电势值以推求其接点温度，测量误差在0.20C以内。
（1）铜——康铜热电偶：
由铜线一端与康铜线一端焊接而成，并在焊接点上薄薄地涂上一层沥青或环氧树脂。
（2）电位差计：
UJ33A型低电势直流电位差计，最小分度为1uv。
。
（3）接线箱：
自制，箱体上有接线柱与转换开关等，用于多点测量。
（4）温度计：
水银温度计0～500C和500C～1000C各1～2支，最小分度为0.10C。
（5）保温瓶：
普通热水瓶及保温瓶各2个。
4.2测温要点
（1）热电偶的率定：
建立热电势值与接点温度的关系，即E—t曲线或E—t对应表，供测温时查用。
（2）测点布置的间距：
应根据砼构筑物的形状与大小来确定，我们在实际运用中，沿大体积砼厚度方向测点间距不大于50cm，呈均匀布置；中心部位肯定有一测点，以测定中心温度，最外侧（一般为砼的底面和顶面，墙体除外）测点则布置在离表面10cm处，以测定表面温度，如图2（a）所示。
在大体积砼平面上，测点间距一般不大于300cmn，如图示2（b）所示。
图2
4.3热电偶的调试与埋设
（1）每个热电偶在埋设前应作测试检查，并在热电偶焊接点处薄薄涂上一层沥青或环氧树脂，根据测点布置图进行编号，对号入座。
埋设工作必须在钢筋绑扎完毕后到砼浇筑前完成。
（2）热电偶必须牢固绑扎在相应位置横向较粗钢筋的下则，同时要保证热电偶的焊接点与钢筋绝缘隔离。
（3）浇捣砼时应小心，避免使热电偶移位、脱落或损坏。
4.4测温工作
（1）测温工作在砼入模时开绐进行，7天内每2小时测试一次，7天后每4小时测试一次，一般测温天数为30天左右，测试时按编号顺序进行，并认真记录所测数据。
（2）测温工作24小时连续进行，由测试单位派专人负责。
为保证测温工作顺利进行，施工现场人员需各方面给予配合。
（3）测温过程中，若出现异常情况（如内外温差超出允许范围）而值班人员一时又无法解决时，应立即会集有关人员共同商讨解决办法，以保证测温工作的连续性。
5.大体积砼温差裂缝的控制
5.1测温的目地：
通过观察砼内部温度的变化，采取有效措施，将内外温差控制在允许范围内。
对大体积砼温差裂缝的控制大体可分为施工前、施工中和施工后的各种措施。
1、施工前，主要采取“双掺”、“三掺”技术优化配合比，利用砼后期强度等，这些前面已有阐述。
2、施工中，主要措施有：
（1）降低入模温度。
如对水泥加以覆盖，在砂石料装车前用水冲洗等，有条件时可用低温水进行搅拌。
（2）采取分层浇筑的形式，连续进行，确保砼结构的整体性与密实性。
（3）在设计同意前提下可预埋散热钢管，以便散发砼内部温度。
砼稳定生预留孔位置再进行二次灌浆。
3、由于水泥水化热在砼浇筑后才开始散发，因此砼浇筑后的保温养护措施尤为重要。
我们就以福泥（顺昌）4#窑原料粉磨及废气处理基础的控温措施为例进行阐述。
该工程所用控温措施材料如表3所示。
表3大体积砼控温措施材料表
序号
名称
单位
数量
备注
1
温度计
个
2
用温室内、外测温
2
塑料布
㎡
700
基础表面覆盖用
3
彩条布
㎡
480
温室屋面、墙面
4
麻袋
个
370
基础顶面覆盖用
5
碘钨灯
盏
8
用于温室加温
6
取暖器
个
2
用于温室加温
7
开关灶/锅
个
4
用于温室加温
8
散热管
根
64
预埋在基础内
9
温室
座
1
钢管架18×13.5m
（1）砼浇筑完毕后立即盖上一层塑料薄膜和草垫。
其原理是利用覆盖物在砼表面形成保温层，延缓表面散热速度，减小内外温差，同时，砼在硬化过程中，其内部残余水分在严密覆盖下不易蒸发，而将热量积蓄到砼表面，提供砼硬化所需的温度，有利于强度的增长，减少因干缩而产生的裂纹。
事实表明，保温养护的效果显著。
（2）采取二级保温措施，即在基础上如图3用钢管架塔设温室，面层用塑料薄膜和彩条布封严，仅留一个进出口。
温室内设4个开水灶，2个取暖器，8盏碘钨灯，使温室的温度保持在300C以上。
（3）控制基础侧面模板的拆除时间，一直到砼温度稳定后才进行基础侧面模板的拆除，并马上粘贴两层泡沫塑料板。
（4）利用两台水泵对基坑进行不断抽水。
（5）准备应急措施。
在砼局部温度差有超过250C趋势时，采用碘钨灯照在该部位，对表面进行加温。
当较大面积有超过250C趋势时，采用热水浇在该部位进行加温，水温与加热时间由测温技术人员确定。
采取以上的控温措施，使砼内外温差控制在允许范围内（实测表明，最大内外温差为18.60C,小于250C）保证了大体积砼的质量。
测温结束后，我们掀去保温层仔细检查，未发现任何温差裂缝，其他工程的情况也是如此。
另外，采取控温措施还有助于减小大体积砼的收缩，避免产生收缩裂缝。
5.2测温结论分析
例举的四项工程中温升最大的测点为例，其温度变化曲线如附图4所示。
1、最大实际温升，测试结果表明，温升最大的测点一般位于结构中心处或厚度最大处。
例举的各工程中温升最大测点的温度变化如图4所示。
水化热温升在3天龄期左右时到达顶峰，而后开始降温。
最大实际温升测值与表1中预测值很接近，如表4所示。
表4砼入模温度、中心最高温、最大温升实测表（单位：
0C）
工程名称
三明江滨大厦
厦门铁道大厦
三明电信枢纽大楼
福泥（顺昌）4#楼窑原料粉磨及废气处理基础
砼入模温度
25.3
31.0
18.3
16.9
中心最高温度
63.7
71.2
47.6
50.9
最大实际温升
38.4
40.2
29.3
34.0
2、最大内外温差：
实测表明，内外温差的变化受到保温条件与环境气候的影响，不与温升变化同步。
各工程最大内外温差如表5所示，均不超过250C，符合要求。
表5砼最大内外温差实测表
（单位：
0C）
工程名称
三明江滨大厦
厦门铁道大厦
三明电信枢纽大楼
福泥（顺昌）4#楼窑原料粉磨及废气处理基础
最大内外温差
20.5
20.3
21.5
20.9
表2与表5均可说明保温养护可有效地控制内外温差,也说明了大体积砼必须采取必要的保温措施.
3、砼入模温度很大程度上受环境气温的影响，入模温度越高，温度曲线的升温段越陡，说明温升速度越快，其1天龄期时的温升越接近最大值，这对于控温是不利的。
因此，大体积砼尽量选择在环境气温较低时浇筑。
6.结束语
工程结束后我们对几个工程砼强度的综合评定均符合设计及规范要求，评定结果如附表6所示。
表6各工程大体积砼强度统计与评定表
工程名称
龄期（天）
统计项目
三明江滨大厦
厦门铁道大厦
三明电信枢纽大楼
福泥（顺昌）4#楼窑原料粉磨及废气处理基础
28
60
28
60
28
60
28
60
试块组数n（组）
45
50
35
40
20
25
30
35
平均强度mfCU（MPa）
42.1
50.2
42.8
51.5
31.8
34.3
43.7
52.6
标准差Sfon（Mpa）
3.79
3.98
4.21
4.30
3.65
3.70
4.00
4.12
最小值fCUmn（Mpa）
39.8
45.2
38.3
44.7
29.9
32.0
37.9
41.4
评定结果
符合GB50204---94规范及设计要求
我们近十年来的大体积砼测温工作经验及结合上述论述,可为大体积砼的施工提供一定的帮助,并总结出以下几个大体积砼施工及温控的关键问题。
1、大体积砼施工中，当具备一定的施工场地时，砼采用现场拌制代替流动性砼；它可减少水泥用量，有利于降低水泥水化热和对温升
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