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摘要:简述大体积混凝土施工的理论热工计算,通过混凝土的理论热工计算数据控制现场混凝土的入模温度并结合施工技术措施防止温度裂缝的产生,保证大体积混凝土的施工质量。
关键词:温差混凝土施工技术
一、工程概况
本工程位于大港区中石油炼油厂东侧。共10座10万立方米原油储罐,我单位主要负责施工6座原油储蓄罐罐基础工程(TK101-A~F),主要施工内容包括:基础承台、环墙施工及罐心回填施工。原油罐直径80米,基础承台直径81.6米、高0.6米,基础环墙高1.7米,墙厚0.6米,直径80米。
二、大体积混凝土施工温度计算
1、混凝土配合比的选择
图纸设计混凝土为C35混凝土、为了降低混凝土的水化热混凝土配合比选用低水化热的水泥并掺入一定量的掺合料,配合比为:330(水泥):680(砂子):1095(碎石):165(水):23.5(外加剂):138(掺合料);
2、混凝土施工温度计算:
⑴、砼拌和温度计算:
⑵、混凝土出机温度TI
由于搅拌机棚为敞开式,故TI= T0=26.37℃。
⑶、混凝土浇筑温度Tj
Tj=T0+(Ta-T0)(θ1+θ2+θ3+······+θn)
Ta—室外气温,考虑为25℃
θ1、θ2、θ3、······θn—温度损失系数,按以下规定取用:
①、混凝土装卸和运转,每次θ=0.032,
②、混凝土运输时,θ=At,t为运输时间(min),A查表得0.0042
③、浇筑过程中,θ=0.003t,t为浇筑时间(min)
混凝土装卸和运转考虑3次,混凝土运输时间为45min,浇筑时间为40min。
∑θ=θ1+θ2+θ3=0.405
混凝土浇筑温度Tj=26.37+(25-26.37)×0.405=25.8℃
⑷、水化热绝热温升值:
计算公式:T(t)=(1-e-mt)mcQ/Cρ
Tmax= mcQ/Cρ
T(t)—浇筑一段时间,混凝土的绝热升温值,℃;
mc—每立方米混凝土水泥用量,Kg/m3;
Q—水泥水化热量,J/Kg;
C—混凝土的比热,一般取0.92~1.00,取0.96 J/Kg.K;
ρ—混凝土的质量密度,取2400 Kg/m3;
m—与水泥品种,浇捣时与温度有关的经验系数,一般为0.2~0.4;
t—混凝土浇筑后至计算时的天数,d。
Tmax—混凝土的最大水化热温升值,℃
由水泥厂提供试验报告知,水泥3d水化热为274 J/Kg,7d水化热为305 J/Kg(计算时在此基础上调30 J/Kg)
3d的绝热温升 :Tmax(3)=39.6℃
7d的绝热温升 :Tmax(7)=43.6℃
⑸、混凝土内部实际最高温度Tmax
Tmax=Tj+T(t)·ζ
ζ—不同浇筑厚度的降温系数,浇筑厚度为0.6m,查表的3d,ζ=0.36;7d,ζ=0.29
计算得:3d的Tmax=25.8+39.6×0.36=40.1℃
7d的Tmax=25.8+43.6×0.29=38.4℃
⑹、混凝土表面温度Tb(t)
Tb(t)=Ta+(4/H2)h’(H- h’)△T(t)
Ta—大气平均气温,15℃
H—混凝土的计算厚度H=h+2 h’
h—混凝土的实际厚度
h’—混凝土的虚厚度,h’=Kλ/β
λ—混凝土的热导系数,取2.33W/m·K
β—热传导系数,混凝土表面用岩棉被保温,
β=1/(δ/λ+1/βa)
δ—保温材料厚度,取0.05m
λi—材料导热系数,岩棉0.03~0.047,取0.04
βa—空气传热系数,取23 W/m·K
K—计算折减系数,取0.666
△T(t)—龄期t时,混凝土内部最高温度与外界气温差
β=1/(δ/λ+1/βa)=1/(0.05/0.04+1/23)=0.77
混凝土的虚厚度h’=0.666×2.33÷0.77=2.01m
混凝土计算厚度H=0.6+2×2.01=4.62m
内部最高温度与外界最低气温差:
3d:△T(3)=40.1-15=25.1℃
7d:△T(7)=38.4-15=23.4℃
混凝土表面温度:
3d:Tb(3)=39.7℃;Tmax-Tb(3)=0.4℃<25℃
7d:Tb(7)=38℃;Tmax-Tb(7)=0.4℃<25℃
结论:混凝土中心最高气温与表面温度差未超过25℃,表面温度与气温差3d、7d时也未超过25℃,混凝土温度梯度能满足防裂要求,因此混凝土采用表面覆盖毛毡撒水养护,能够保证混凝土内部、表面、环境三者之间的温度梯度在25℃以内。
三、混凝土的浇筑
1、混凝土的运输及浇筑顺序:
①、混凝土的运输
混凝土运输时尽量缩短运输时间,尽量避免混凝土因运输时间过长造成坍落度损失过大,混凝土坍落度控制在14~18cm,初凝时间在10h以上。采用混凝土运输搅拌车运输,在运输过程中以2~4r/min的慢速搅拌,卸料前快速搅拌30s后再卸料。
混凝土拌和物运输时间限制表气温(℃) 无搅拌设施运输(min) 有搅拌设施运输(min)
20~30 30 60
10~19 45 75
5~9 60 90
②、混凝土的浇筑:
为避免出现收缩裂缝,承台混凝土设置“十”字后浇带,分两次进行浇注。承台混凝土浇筑时配备4台混凝土输送泵。对每台混凝土输送泵分区域进行浇筑,确保上下层及交接带处前后混凝土浇筑间隔不超过初凝时间,确保混凝土在初凝前接茬(不超过10h),不出现冷凝缝。混凝土斜向分层浇筑,每层厚度控制在30cm左右。为避免出现冷缝,每台泵车每小时浇筑约25m3,4台泵车每小时共浇筑约100m3。
混凝土振捣采用直径70mm的插入式振捣器,振捣棒操作遵循“快插慢拔”的原则。振捣中控制好振动棒的移动间距不超过振动棒作用半径的1.5倍,既要防止漏振,也要防止过振,特别注意加强各区浇筑的汇合区,防止漏振。每点振捣时间已20~30s为宜,视混凝土表面呈水平不再显著下沉、不再出现气泡及表面泛浆为准。振动器与侧模保持5~10cm的距离,插入下层混凝土10cm左右,并保证在下层混凝土初凝前进行振捣,使混凝土具有良好的密实度和整体性,防止出现施工冷缝。严禁振捣棒触及钢筋、预埋件等,在必要位置悬挂警示牌。对捣固人员要认真划分施工区域,明确责任,以防漏捣。
③、混凝土防温度裂缝的措施
根据规范要求,混凝土内外温差不得超过25℃。为满足此要求,在保证混凝土强度等级的前提下减少水泥用量,用添加剂代替,减小水泥水化热。
严格控制混凝土的入模温度,使其不高于27℃(根据计算得出),如入模温度高于27℃,拌和站必须采取降温措施,确保混凝土入模温度不大于27℃。
在混凝土养护程中,及时调整混凝土养护措施,尤其是加强保温措施,延缓混凝土升降温速率,减小混凝土的温差梯度,保证混凝土不开裂。
在养护中通过测温记录,来指导降温、保温工作的进行,控制混凝土内表温差从而将混凝土内外温差控制在25℃左右。
四.结束语
通过混凝土施工的温度计算来采取相应措施控制混凝土的入模温度,通过混凝土内布置散热管通水降温、顶面蓄水养护及连续测温等技术措施来控制各个界面的温度梯度,并采取相应的技术措施来防止温度裂缝的出现,保证大体积混凝土构件的质量。
参考文献
1、周水兴、何兆益、邹毅松·路桥施工计算手册·人民交通出版社
2、江正荣·建筑施工计算手册·中国建筑工业出版社
3、交通部第一公路工程总公司·桥涵·人民交通出版社
4、中华人民共和国交通部发布·公路桥涵施工技术规范JTJ041-2000·人民交通出版社
关键词:温差混凝土施工技术
一、工程概况
本工程位于大港区中石油炼油厂东侧。共10座10万立方米原油储罐,我单位主要负责施工6座原油储蓄罐罐基础工程(TK101-A~F),主要施工内容包括:基础承台、环墙施工及罐心回填施工。原油罐直径80米,基础承台直径81.6米、高0.6米,基础环墙高1.7米,墙厚0.6米,直径80米。
二、大体积混凝土施工温度计算
1、混凝土配合比的选择
图纸设计混凝土为C35混凝土、为了降低混凝土的水化热混凝土配合比选用低水化热的水泥并掺入一定量的掺合料,配合比为:330(水泥):680(砂子):1095(碎石):165(水):23.5(外加剂):138(掺合料);
2、混凝土施工温度计算:
⑴、砼拌和温度计算:
⑵、混凝土出机温度TI
由于搅拌机棚为敞开式,故TI= T0=26.37℃。
⑶、混凝土浇筑温度Tj
Tj=T0+(Ta-T0)(θ1+θ2+θ3+······+θn)
Ta—室外气温,考虑为25℃
θ1、θ2、θ3、······θn—温度损失系数,按以下规定取用:
①、混凝土装卸和运转,每次θ=0.032,
②、混凝土运输时,θ=At,t为运输时间(min),A查表得0.0042
③、浇筑过程中,θ=0.003t,t为浇筑时间(min)
混凝土装卸和运转考虑3次,混凝土运输时间为45min,浇筑时间为40min。
∑θ=θ1+θ2+θ3=0.405
混凝土浇筑温度Tj=26.37+(25-26.37)×0.405=25.8℃
⑷、水化热绝热温升值:
计算公式:T(t)=(1-e-mt)mcQ/Cρ
Tmax= mcQ/Cρ
T(t)—浇筑一段时间,混凝土的绝热升温值,℃;
mc—每立方米混凝土水泥用量,Kg/m3;
Q—水泥水化热量,J/Kg;
C—混凝土的比热,一般取0.92~1.00,取0.96 J/Kg.K;
ρ—混凝土的质量密度,取2400 Kg/m3;
m—与水泥品种,浇捣时与温度有关的经验系数,一般为0.2~0.4;
t—混凝土浇筑后至计算时的天数,d。
Tmax—混凝土的最大水化热温升值,℃
由水泥厂提供试验报告知,水泥3d水化热为274 J/Kg,7d水化热为305 J/Kg(计算时在此基础上调30 J/Kg)
3d的绝热温升 :Tmax(3)=39.6℃
7d的绝热温升 :Tmax(7)=43.6℃
⑸、混凝土内部实际最高温度Tmax
Tmax=Tj+T(t)·ζ
ζ—不同浇筑厚度的降温系数,浇筑厚度为0.6m,查表的3d,ζ=0.36;7d,ζ=0.29
计算得:3d的Tmax=25.8+39.6×0.36=40.1℃
7d的Tmax=25.8+43.6×0.29=38.4℃
⑹、混凝土表面温度Tb(t)
Tb(t)=Ta+(4/H2)h’(H- h’)△T(t)
Ta—大气平均气温,15℃
H—混凝土的计算厚度H=h+2 h’
h—混凝土的实际厚度
h’—混凝土的虚厚度,h’=Kλ/β
λ—混凝土的热导系数,取2.33W/m·K
β—热传导系数,混凝土表面用岩棉被保温,
β=1/(δ/λ+1/βa)
δ—保温材料厚度,取0.05m
λi—材料导热系数,岩棉0.03~0.047,取0.04
βa—空气传热系数,取23 W/m·K
K—计算折减系数,取0.666
△T(t)—龄期t时,混凝土内部最高温度与外界气温差
β=1/(δ/λ+1/βa)=1/(0.05/0.04+1/23)=0.77
混凝土的虚厚度h’=0.666×2.33÷0.77=2.01m
混凝土计算厚度H=0.6+2×2.01=4.62m
内部最高温度与外界最低气温差:
3d:△T(3)=40.1-15=25.1℃
7d:△T(7)=38.4-15=23.4℃
混凝土表面温度:
3d:Tb(3)=39.7℃;Tmax-Tb(3)=0.4℃<25℃
7d:Tb(7)=38℃;Tmax-Tb(7)=0.4℃<25℃
结论:混凝土中心最高气温与表面温度差未超过25℃,表面温度与气温差3d、7d时也未超过25℃,混凝土温度梯度能满足防裂要求,因此混凝土采用表面覆盖毛毡撒水养护,能够保证混凝土内部、表面、环境三者之间的温度梯度在25℃以内。
三、混凝土的浇筑
1、混凝土的运输及浇筑顺序:
①、混凝土的运输
混凝土运输时尽量缩短运输时间,尽量避免混凝土因运输时间过长造成坍落度损失过大,混凝土坍落度控制在14~18cm,初凝时间在10h以上。采用混凝土运输搅拌车运输,在运输过程中以2~4r/min的慢速搅拌,卸料前快速搅拌30s后再卸料。
混凝土拌和物运输时间限制表气温(℃) 无搅拌设施运输(min) 有搅拌设施运输(min)
20~30 30 60
10~19 45 75
5~9 60 90
②、混凝土的浇筑:
为避免出现收缩裂缝,承台混凝土设置“十”字后浇带,分两次进行浇注。承台混凝土浇筑时配备4台混凝土输送泵。对每台混凝土输送泵分区域进行浇筑,确保上下层及交接带处前后混凝土浇筑间隔不超过初凝时间,确保混凝土在初凝前接茬(不超过10h),不出现冷凝缝。混凝土斜向分层浇筑,每层厚度控制在30cm左右。为避免出现冷缝,每台泵车每小时浇筑约25m3,4台泵车每小时共浇筑约100m3。
混凝土振捣采用直径70mm的插入式振捣器,振捣棒操作遵循“快插慢拔”的原则。振捣中控制好振动棒的移动间距不超过振动棒作用半径的1.5倍,既要防止漏振,也要防止过振,特别注意加强各区浇筑的汇合区,防止漏振。每点振捣时间已20~30s为宜,视混凝土表面呈水平不再显著下沉、不再出现气泡及表面泛浆为准。振动器与侧模保持5~10cm的距离,插入下层混凝土10cm左右,并保证在下层混凝土初凝前进行振捣,使混凝土具有良好的密实度和整体性,防止出现施工冷缝。严禁振捣棒触及钢筋、预埋件等,在必要位置悬挂警示牌。对捣固人员要认真划分施工区域,明确责任,以防漏捣。
③、混凝土防温度裂缝的措施
根据规范要求,混凝土内外温差不得超过25℃。为满足此要求,在保证混凝土强度等级的前提下减少水泥用量,用添加剂代替,减小水泥水化热。
严格控制混凝土的入模温度,使其不高于27℃(根据计算得出),如入模温度高于27℃,拌和站必须采取降温措施,确保混凝土入模温度不大于27℃。
在混凝土养护程中,及时调整混凝土养护措施,尤其是加强保温措施,延缓混凝土升降温速率,减小混凝土的温差梯度,保证混凝土不开裂。
在养护中通过测温记录,来指导降温、保温工作的进行,控制混凝土内表温差从而将混凝土内外温差控制在25℃左右。
四.结束语
通过混凝土施工的温度计算来采取相应措施控制混凝土的入模温度,通过混凝土内布置散热管通水降温、顶面蓄水养护及连续测温等技术措施来控制各个界面的温度梯度,并采取相应的技术措施来防止温度裂缝的出现,保证大体积混凝土构件的质量。
参考文献
1、周水兴、何兆益、邹毅松·路桥施工计算手册·人民交通出版社
2、江正荣·建筑施工计算手册·中国建筑工业出版社
3、交通部第一公路工程总公司·桥涵·人民交通出版社
4、中华人民共和国交通部发布·公路桥涵施工技术规范JTJ041-2000·人民交通出版社