大体积混凝土最小化温差控制技术

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1、大体积混凝土最小化温差控制技术(2011-03-10 11:01:27)转载▼标签：杂谈工程师在重荷载结构设计中，常采用高强混凝土。由于，这种混凝土的强度比较高，因此，与采用传统混凝土的相比，其构件的尺寸就较小。大体积混凝土的水化热（无论是否采用高强混凝土）及其产生的温升，都会导致热膨胀和收缩问题。如不对其进行监测，混凝土中的温差膨胀，会使其内部的拉应力超过其抗拉强度，导致混凝土开裂。本文介绍了一种由某工程承包商采用的,对大体积高强混凝土基础,进行温差监控的方法。大体积混凝土基础美国田纳西流域管理局，正在对其管辖区内的烧煤发电厂，安装优先

2、催化还原设备，其中有一个结构装置首位于阿拉巴马州东北部。新设备要求大体积混凝土基础承受其巨大的重力和瞬间荷载。基础由四个巨大的承台和相连的地梁组成。承台面积2.7m2，厚2.4m，地梁宽1.2m，深1.2m，基础混凝土的 28天强度为C40（40MPa）。标准的能满足项目设计规范的拌合物是：石灰石骨料，350kg符合ASTM C150规范的波特兰Ⅱ型水泥，以及47kg（符合ASTM C618规范）的F级粉煤灰。ACI 207. 1R对大体积混凝土的定义是：“任何体积的混凝土，其三维尺寸大到足以需考虑测定其水泥水化产生的热量，及其伴随的体积

3、变化会导致最细微的开裂。” ACI207 接着指出，巨大的拉应力和应变，可能会随着大体积混凝土中，温度升降引起的体积变化，而进一步发展。本项目的基础，钢筋密布，四周均设约束钢筋。但是，这些钢筋不能保证混凝土不开裂，更不能防止混凝土产生热量。这些采用高强混凝土的基础，如果暴露在寒冷气候中进行养护，必然会由于基础中央和外露表面之间的巨大温差，而问题多多。但是，如果混凝土的最大温差得以控制，大体积混凝土基础的散热均匀，避免出现基础中的温差，这些问题都是可以避免的。被选择用于本项目的方法，就是尽量减少温差和降低混凝土最高升温，从而防止混凝土的开裂

4、及其潜在的内部损伤。测量设备及监测方法当混凝土的外表面温度持续下降时（由于散热），会随着大体积混凝土内部持续升温（由于水化），使温度裂缝的可能性增加。此外，由于拌合物的配合比设计，水泥用量以及浇筑规模的大小，都会使混凝土内部的温度，轻易地超过最高安全极限温度70℃。该极限温度的设定，正是来自当前混凝土行业施工实践所关注的，与延迟钙矾石反应有关的，混凝土长期耐久性问题。外界（周围气温）温度与混凝土内部温度有巨大的差异（这种状况在实际施工中相当严重），如果外界温度进一步降低，外侧的混凝土就会阻止不断升温的内部混凝土的热膨胀，其结果就会导致混凝

5、土毁损。本项目的基础是在11月份浇筑的，当时的室外平均温度在4-10℃之间。特别是两个位于北面的承台，有三面外露在空气环境中，并在浇筑时，会遭受寒流。而两个位于南面的承台及地梁，由于局部埋在土中与地平面相平，且只有朝北一面外露，因此，遭受极端温差的可能性较小。最初，避免温差膨胀和收缩问题的计划是：采用现有标准规定的保温毯给混凝土保温，尽量减少温差。把基础混凝土水化过程中产生的热散去，预计需14 天。由于钢结构吊装进度很紧，因此，承包商很重视对基础进行14天保温养护。他们决定在混凝土内放置热电偶，用来确定何时混凝土内部温度，已下降到足以掀去

6、保温毯。这是一种简单的监测温度的方案，可提供混凝土中最高的内部温度数据资料。把热电偶放置在东北和西南方向上的承台内部（以代表混凝土的中心温度），也把热电偶放置在同样的承台外表面中央，（以代表混凝土的表面温度），深度离模板表面50mm。对西南方向上的承台进行温度测量，用以判断土地对混凝土温度变化和冷却的影响程度。若出现特殊降温不切实际的场合，以及出现必须使用高强拌合物的场合，为了控制开裂，波特兰水泥协会的“混凝土拌合物的设计和控制”规范认为的良好技术是：1）连续一次性浇筑全部分项混凝土工程，2）避免来自邻近混凝土构件的外部约束，3）通过防止

7、混凝土内部和外层过高的温差，控制内部温度变化。本项目的基础，就采用连续一次性浇筑。并且不受到邻近混凝土构件的约束。具体措施的落实内部的水化热会引起升温，为了预测基础内部的峰值升温，我们采用了两种原始文件资料作为参考依据，即波特兰水泥协会文件和ACI207.2R规范。引起峰值升温的因素包括：混凝土的初始温度，周围环境温度，拌和物的配合比（胶凝材料总量），混凝土构件的尺寸，及其用钢量。在炎热气候条件下，最常用的是：采用冷却水，或采用部分取代用水量的冰块，对混凝土进行降温。其他还有采用水喷淋骨料，或把液态氮注入新拌混凝土等降温方法。基础混凝土的

8、初始温度估计在16℃左右，其依据是：搅拌站测得的骨料和其他材料的温度。混凝土生产商表示，用特殊的方法把混凝土冷却到16℃以下，会增加生产成本。该混凝土初始温度，加上预计的混凝土升温，然后，对混