大体积承台.ppt
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大体积承台.ppt
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大体积混凝土承台广西路桥一分公司2009.09大体积混凝土大体积混凝土判别:
通过计算水泥水化热所引起的混凝土的温升值与环境温度的差值大小来判别,一般来说,当其差值小于25时,其所产生的温度应力将会小于混凝土本身的抗拉强度,不会造成混凝土的开裂,当差值大于25时,其所产生的温度应力有可能大于混凝土本身的抗拉强度,造成混凝土的开裂,此时就可判定该混凝土属大体积混凝土。
大体积混凝土裂缝产生原因:
混凝土具有热胀冷缩的物理性质,大体积混凝土浇筑量过大,整体要求性高,在浇捣和养护过程水泥水化发出大量的水化热,但因其体积厚大,大量水化热得不到散发,混凝土内部温度高于外层混凝土温度,产生较大的温度差,当混凝土内外温差过大时,由于表里体积膨胀不一至,就会产生温度变形,在表面引起拉应力。
当这些拉应力超出混凝土的抗裂能力时,便会产生温度裂缝。
许多混凝土的内部湿度变化很小或变化较慢,但表面湿度可能变化较大或发生剧烈变化。
如养护不周、时干时湿,表面干缩变形受到内部混凝土的约束,也会导致裂缝。
混凝土是一种脆性材料,抗拉强度是抗压强度的110左右,由于原材料不均匀,水灰比不稳定等因素在混凝土内存在着许多抗拉能力很低,易于出现裂缝的薄弱部位。
大体积混凝土裂缝的危害:
大体积混凝土裂缝的出现就降低了混凝土的抗渗性,加速了混凝土的碳化和钢筋的锈蚀膨胀,降低了结构物的强度和使用寿命。
更具危害性的深层、贯穿裂缝破坏了结构物的整体性,改变了设计应力状态和受力条件,直接危害到结构物的使用安全。
大体积混凝土配合比设计一、配制混凝土用的材料混凝土的导热性能较差,水泥水化热的积聚使混凝土出现早期温升和后期降温现象。
合理选择混凝土原材料、优化混凝土配合比能够控制水泥水化热引起的温升,使混凝土具有较大的抗裂能力。
配制混凝土用的材料除满足设计和规范要求之外,还应注意:
水泥水泥:
选用水泥时,应注意其特性对混凝土结构强度、耐久性和使用条件是否有不利影响。
选用水泥时,应以能使所配制的混凝土强度达到要求、收缩小、和易性好和节约水泥为原则。
针对大体积混凝土的特点,选用水泥时,应选用水化热低、凝结时间长的水泥。
因为大体积混凝土升温的主要热源是水泥在水化反应中产生的水化热。
因此选择中热和低热水泥品种是控制混凝土温升的比较可行方法。
细集料细集料:
混凝土的细骨料,应采用级配良好、质地坚硬、颗粒洁净、粒径小于5mm的河砂,河砂不易得到时,也可用山砂或用硬质岩石加工的机制砂。
对于细骨料应采用优质的中、粗砂为宜,含泥量不得超过3%,在满足和易性的前提下尽可能选用较小的砂率。
粗集料粗集料:
混凝土的粗骨料,一般选择自然连续级配的骨料,它具有较好的和易性、较少的用水量、节约水泥用量、较高的抗压强度等优点,然后根据施工条件和工艺以及配合比设计选用一个最佳的粗骨料最大粒径。
优先选用540MM石子,减少混凝土收缩。
骨料中针状和片状15%(重量比),所含泥土不得呈块状或包裹石子表面并含泥量不得超过1%。
外加剂外加剂:
大体积混凝土可掺用减水剂,它有减水和增塑作用,在保持混凝土坍落度及强度不变的条件下,减少用水量,延长混凝土初凝时间,用水量减少,在水灰比不变的情况下,相应的减少了水泥用量,降低混凝土的绝热温升。
混合材料混合材料:
在大体积混凝土中掺用粉煤灰,以保持混凝土在降低混凝土、拌合水用量的情况下的流动性;在相同施工条件、内外温差、配筋率的条件下,由于高掺量粉煤灰混凝土具有较小的弹性模量,使得最终由温度引起的约束应力变小。
同时,由于后期强度的增长,使得混凝土的抗拉强度也有较快的增长,这对限制混凝土的裂缝出现是有利的。
二、混凝土配合比设计大体积混凝土除满足普通混凝土配合比设计的要求外,还应注意以下几点:
a、大体积混凝土在保证混凝土强度及坍落度要求的前提下,应提高混合材料及集料的含量,以降低单方混凝土的水泥用量。
b、大体积混凝土配合比确定后宜进行水化热的验算或测定。
三、冷却管设计冷却管是大体积混凝土温度控制主要手段之一,设计图纸设计有冷却管的,按设计图纸加工,设计图纸没有设计冷却管的,需依据施工现场情况设计冷却管布设方案。
冷却管按最终确定方案图加工。
进行冷却管布设方案设计时,应注意考虑以下几个方面:
大体积混凝土的结构尺寸:
依据大体积混凝土的结构尺寸确定冷却管的布设层数和间距。
层数和间距多依据经验布设,例如新寨河特大桥与大河边特大桥高度方向间距均为100cm,水平方向间距分别为100cm和70cm。
计算混凝土的水泥水化热绝热温升值:
由计算的水化热绝热温升值控制冷却管的层数和间距。
相邻两层可以考虑纵横交叉(即正交)布设冷却管。
大河边特大桥采用正交方案,水平间距由原设计的50cm变为70cm,实施过程各层的温度阶差很好的控制在10以内,说明了冷却管的布设是比较合理的。
修订后方案不但在质量技术保证方面取得了较好的效果,在经济可行性方面也节约了成本,冷却管节约了115m。
一般考虑每层设置进出水口各一处,若冷却要求不高的,可多层设置进出水口各一处。
冷却管可以考虑使用钢管或者冷却管专用的耐热塑料管,建议使用钢管。
新寨河特大桥主墩承台冷却管布置图大河边特大桥主墩承台冷却管布置图大河边特大桥主墩承台钢筋和冷却管安装四、混凝土浇筑过程的温控措施1、确定大体积混凝土的浇筑方案并对技术员、施工员和劳务人员进行交底。
浇筑方案应明确分层方式、分层厚度、浇筑顺序等。
一是全面分层:
即第一层全部浇筑完毕后,浇筑第二层,第二层要在第一层混凝土凝结之前,全部浇筑振捣完毕,如此逐层进行,这种分层方法适用于平面尺寸不大的结构。
二是分段分层:
即混凝土从底层开始浇筑,进行到一定距离后,就回头浇筑第二层,如此向前呈阶梯形推进,这种分层法适用于厚度不大而面积和长度较大的结构。
三是斜面分层:
即振捣工作从浇筑层斜面的下端开始逐渐上移,适用于长度超过厚度3倍的结构。
2、混凝土所需材料是否充足,如果采用商品混凝土,应选择规模比较大的厂商,如在高温季节施工,应要求厂商对混凝土材料进行降温,降低入模温度。
3、如大体积混凝土浇筑时处于高温季节,为降低混凝土入机温度,应对集料进行浇水降温,既可降低原材料的入机温度,又可预先吸足水分,减少混凝土坍落度损失。
对集料浇水降温同时注意检测集料含水量变化,调整施工配合比。
4、如大体积混凝土浇筑时处于高温季节,为降低混凝土出机温度,可以在拌和用水中加入冰块,虽然混凝土中水的用量较少,但它的比热最大,在拌和用水中加入冰块,可使入模温度大为降低。
5、高温季节采用输送泵泵送混凝土时,应对输送泵管进行洒水降温。
五、混凝土养护养护是大体积混凝土施工中最关键的一个环节,大体积混凝土裂缝控制的主要措施均在这一阶段进行。
大体积混凝土养护主要是保持适宜的温度和湿度条件,养护的最主要目的就是控制大体积混凝土内外温差。
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25。
1、大体积混凝土的温度变化要控制大体积混凝土内外温差,首先要了解大体积混凝土浇筑后温度变化的过程。
大体积混凝土的温度变化曲线一般如图所示。
先是一个升温过程,升到最高点后就慢慢降温,升温的速度要比降温的速度大。
那么大体积混凝土何时达到最高点呢?
主要决定于配合比、几何尺寸、现场条件等因素,根据工程统计,一般的大体积混凝土浇筑后34出现最高点。
混凝土养护可遵循降温速率“前期大后期小”的原则。
因养护前期混凝土处于升温阶段,弹性模量、温度应力较小,而抗拉强度增长较快,在保证混凝土表面湿润的基础上应尽量少覆盖,让其充分散热,以降低混凝土的温度,亦即养护前期混凝土降温速率可稍大。
养护后期混凝土处于降温阶段,弹性模量增加较快,温度应力较大,应加强保温,控制降温速率。
大体积混凝土养护时的温度控制一般有两种方法:
一种是降温法,即在混凝土浇筑成型后,通过循环冷却水降温,从结构物的内部进行温度控制;另一种是保温法,即混凝土浇筑成型后,通过保温材料、碘钨灯或定时喷浇热水、蓄存热水等办法,提高混凝土表面及四周散热面的温度,从结构物的外部进行温度控制。
保温法基本原理是利用混凝土的初始温度加上水泥水化热的温升,在缓慢的散热过程中(通过人为控制),使混凝土获得必要的强度。
六、温控结果1、新寨河特大桥:
温度监测数据显示,在混凝土浇注完成后(监测开始)第3天,各部位混凝土内部温度达到最高值,25日-14:
00时D、E测点温度峰值60;达到这一峰值后混凝土开始缓慢降温,到第9天,温度又开始回升,直至第11天再次出现峰值,但第二个峰值明显没有第一个峰值高,最大相差10.5;第二个峰值过后,混凝土再次开始降温,并逐步趋于稳定。
整个混凝土内部温度变化趋势与图大体积混凝土温度变化曲线图的温度变化趋势相近。
水平方向:
E测点温度最高,向外部A、B、C、D测点方向逐步降低,形成温度梯度,A、B、C测点与E测点最大温差达17,D测点与E测点温度时而接近时而相同,但对比比较还是低于E测点温度,说明混凝土中心温度最高,向外部逐步降低。
垂直方向:
下层混凝土由于先浇注,首先达到该层温度的最高值,上层混凝土则相对落后,但通过F、G、H、I四个测点温度变化的比较,可以看出上层混凝土温度的峰值大于下层混凝土温度的峰值,说明垂直方向上温度向上部集中。
2、大河边特大桥:
a)从垂向上来看,整个承台的混凝土温度最高是第四层的混凝土,这跟热传导的理论是相吻合。
每浇注一层混凝土,其往下跟老混凝土的温度梯度远远小于往上跟空气的温度梯度,所以热量是由下往上传导的,而第五层混凝土跟空气接触,热量损失最大,造成第四层聚积的热量最多。
在今后的施工当中出现混凝土体积更大,水泥用量多的大体积混凝土作业,可以考虑将冷却管适当的往上调动或在混凝土的上部分对冷却管进行合理的加密布设。
承台各层混凝土平均温度对比图b)从klmf这个截面上来看,从峰值到降温阶段,整个高温区域并不是出现在承台的中心点f,而是出现在K点,而且,以截面klmf为例,从承台边界到承台中心温度呈降低的趋势。
这说明了冷却管布设修改方案比原设计方案在温度控制方面效果更佳。
修订后的方案设置两个进出水孔,均设置在承台的中轴线,这样就把整个承台温度场划分为四个小温度场,K点近于小温度场的中心,流动到K点的冷却水已经吸收了大量的热量,其与混凝土的温度梯度相对f点则小得多,热交换必然也慢得多,k点的温度必然也就比f点高得多。
同理,截面klmf的温度依次下降也是这个道理。
为了让混凝土内部的温度场分布更均匀,采用增设多个进出水口,减小冷却液的循环时间这个办法具有较高的可行性。
klmf四点平均温度对比图c)观察各层混凝土的温度发展变化曲线,除了第一层混凝土不太明显以外,其余各层的温度变化曲线均呈现出“陡涨缓落”的趋势。
究其原因,浇注第一层混凝土的时侯,入模温度得到了较好的控制,水泥的水化速度正常,加上与地基、空气的热量交换,混凝土的温升就显得较为缓慢;在浇注第二、三、四层混凝土时,他们受到来之下卧层老混凝土的热交换,温度升高,促进了水泥水化和水化热释放的速度,也加速了混凝土的温升。
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