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1、泵浇混凝土薄壁结构的温度干缩应力和裂缝问题【摘要】本文分析了泵浇混凝土薄壁结构的温度和干缩应力,阐明了裂缝的原因,并对防治的措施进行了探讨.近年来,在某些泵浇混凝土薄壁结构内发生了裂缝,这些裂缝往往与混凝土的温度和干缩应力有关.一,泵浇混凝土薄璧结构的有关特点(1)由于薄壁结构尺寸的限制和用泵输送混凝土的要求,混凝土用石子粒径较小,有的甚至是最小的一级配,混凝土坍落度可达15era,水泥用量可达400kg/m左右.(2)尽管壁厚小,可小到0.6—0.8m,壁面散热条件好,但由于水泥用量很大,混凝土绝热温升很高,薄壁内水泥水化热温升往往仍较大,可达18—20"C,在不利的
2、约束条件下,如受基础板约束或受已浇而停歇较久的下部老混凝土约束,就可能产生很大的温度应力,再加上干缩等其他不利因素而导致裂缝.(3)由于混凝土配台比中灰骨比,砂石比较一般混凝土高得多,因而混凝土干缩大,最终干缩可达(400—1210)10～,即相当于40℃以上的温度变化引起的自由变形,在受到约束时会产生很大的应力.(4)薄壁混凝土结构常常是加筋的,钢筋热膨胀系数约为1.2×10,与混凝土的热膨胀系数很接近,两者在承受温度变化时基本可同步变形,内应力很小.在混凝土发生干缩时情况就不同,钢筋是不变形的,且阻碍了混凝土的变形,因而使混凝土的干缩应力增加.但加筋可以限制裂缝开展
3、,与素混凝土相比,加筋后裂缝往往宽度和深度减少而条数增加.=,实例分析江苏某泵浇混凝土薄壁结构裂缝部分可概化为如图1的温度和应力计算结构概化图,壁厚60era,混凝土设计强度C25和C20,其所采用的混凝土配合比见表1.几处薄壁侧面发生的裂缝情况如图2,可以看出裂缝大部分发生在水平施工缝以上,裂缝长度1.1—2.8m,间距1.0—2.5m,由于壁厚小,通过外观查围1结构精化围围2曩缝分布示意围衰1混凝土的浇筑日期殛配台比情浇筑日期水泥水泥用量水灰比设计配音比外加船薅度备注况(年.月)品种(k)标号及播量(∞)AI螂7普硅42541o0.5C1:124:2.5^T0.5%
4、14一l6^T为缓凝型,石子最大粒径a'm=2em.28d立方体抗压强度%=∞.9MPa,RB=271B3.6普硅4253500.571:2.15:2.98^T0.5%14—16一l3一看和缝深检测相当多的裂缝已贯穿.施工缝停歇时间约2个月,形成了新老混凝土之间的约束.1.薄壁内部温度计算根据大多数裂缝发生在施工缝以上判断,由新老混凝土约束产生的水化热应力,可能是裂缝的重要原因,因此本例着重计算由于水化热在薄壁新浇混凝土中引起的温度变化.由于薄壁的厚度远较其他两个方向尺度为小,可简化为有内热源的一维热传导问题,并满足下列热传导方程和边值条件(见图3):热传导方程aT=+
5、(1)dfddf初始条件r=0=(2)边界条件r>0=-4-z+芦(一)=0(3)本工程属中型工程,混凝土浇筑量不大,一般只做混凝土的强度试验,混凝土的热学性能和其他力学性能将参照类似工程的资料采用.式(1)中为混凝土绝热温升嘶)=(4)式中为水泥用量,按照表1所列两种情况=410kg/m3,=350kg/m3.口(f)为水泥水化热,两种情况均用普通硅酸盐水泥425,其最终水化热o0=376.81kJ.混凝土密度p=2400kg/m3,比热C=0.921kJ/(kg?℃).由式(4)可得最终绝热温升^=69.89℃,B=59.66℃.按照混凝土在7月份左右浇筑,浇
6、筑温度(即初始温度)=25℃,相应采用混凝土的绝热温升过程线见图4.田4混凝土的绝热逗升式(1)～(3)中其他符号:导温系数n=0.1m2/d;导热系数^=10.89kJ/(1et?h?℃);热交换系数口=83.736kJ/(1et?h?℃),以上只给出一种数值的热性能,均表示对两种情况取值相同.通过数值法求解上述边值问题式(1)一(3),可求得薄壁中心的混凝土温度变化过程线(图5)和浇筑后6小时和12小时的断面温度分布图(图6).由此可见:(1)由于水泥用量很高,混凝土最终绝热温升分别达到了69.89%和59.66℃,尽管本例特地采用了很小的壁厚0.6m,水化热散发条
7、件较好,最高水化热温升仍达到22.55℃和17.55℃.(2)由于夏季浇筑,混凝土初始温度较高,水泥水化速度加快,(r)曲线早期急剧上升,其等于1天和3天的值分别为最终值的51%和70%,也即大量热量在早期发生,亦促使水化热温升增加,并在浇筑后12小时即达到最高值.(3)由于壁厚很小,散热较快,95%以上热量在浇筑后两周内已散失,相应壁中心温度已降低到接近于初始温度.2.薄壁混凝土温度徐变应力计算考虑到上述施工缝停歇时间较长,在重新浇筑上部混凝土前,下部混凝土水化热已散尽且混凝土已基本硬化,成为了老混凝土,上部新混凝土将受下部老混凝土田3
