大体积混凝土承台水化热分析及温控措施研究
摘要
关键词
大体积混凝土承台;水化热分析;温控措施
正文
大量的水化热会导致大体积混凝土承台出现结构裂缝的情况,这对于建筑结构的耐久性和承载力都有着不良影响。随着我国社会的发展,大体积混凝土结构也广泛地应用于土木工程领域,水化反应的出现是由于大体积混凝土中的水泥遇水产生的,而反应过程中会释放大量的热量,如果混凝体的导热能力有限,就会出现水化热无法排出的现象。这种现象直接导致结构内部的温度快速升高,但由于散热缓慢,出现结构内外温差增大的情况,温度应力超出混凝土抗力,也就产生了混凝土结构裂缝。下文对大体积混凝土承台水化热的影响因素进行分析,并提出了温控措施。
1 大体积混凝土承台的特点
混凝土是我国当今建筑行业应用的最多的材料之一,混凝土的抗拉强度比较低,属于脆性凝胶材料。就我国目前的大体积混凝土承台来讲,大多都是直接暴露在环境内的,所以环境因素也会给整体结构带来一定的拉应力。还有,水化热反应是当今混凝土结构中较为常见的问题,也可被称为现象,由于水化热反应会释放热量,导致混凝土结构内外的温差较大,i当有拉力作用于混凝土结构,就会导致裂缝的产生。
2 大体积混凝土承台水化热的影响因素
2.1 水泥种类
想要减少水化热反应的出现,避免由于水化热对混凝土结构带来影响,造成裂缝,最主要就是依靠降低反应速度的方式。有实践证明,缓凝水泥或者添加缓凝剂在混凝土材料中的应用,可以有效减小结构内外温差应力,对整体结构起到保护的作用。例如,可以利用高强硅酸盐,其强度高,且降温速度快,但这种方法有个弊端,就是无法解决承台中心内外的温差问题。这时就可以利用中热硅酸盐水泥,这种水泥的优点就是降温速度快,这样就可以有效减少大型混凝土承台水化热对整体结构带来的影响。
2.2 浇筑层厚度与间歇时间
混凝土结构在浇筑过程中,横截面的尺寸也会影响到结构内部的温度。若想快速散热,就要保证浇筑的横截面尺寸较小,那么结构内部的温度就会越低。相反的,浇筑的横截面尺寸越大,内部温度就会越高。因此,在混凝土的实际浇筑过程中,对于大体积混凝土承台,可以选择用分层浇筑法或是分块浇筑法进行施工,减小浇筑尺寸,增大受热面积减少水化热反应出现的频率。有实验表明,利用分层浇筑法对降低水化热温度效果比较明显,一般分两次浇筑,就可以使混凝土内最高温度降低约30%。在实际施工过程中,如果可以采用分别浇筑三次或三次以上的方法,效果会更加明显。除了分层浇筑法,也可以利用间歇浇筑法来降低混凝土内部的温度。对于大体积混凝土承台工程来说,可以利用不同的浇筑间隔时间来使内外温差影响减小。也就是说,浇筑的间隔时间对于混凝土结构,内外温差是有一定影响的。在浇筑时,间歇时间过长,会导致新旧混凝土层出现接茬缝。但如果浇筑层的间接时间过短,先前浇筑的混凝土处在升温时期, 接触面有比较高的温度,这时进行混凝土浇筑,会影响下层混凝土的散热情况,导致上下层结构的温度一起升高,这会严重增加裂缝的产生概率。因此,在施工的实际过程中,要以施工的实际情况及施工进度来对浇筑层的间歇时间进行综合考虑后予以确定。
2.3 拆模与冷凝管
对于大体积混凝土形态来说,拆模时间对于结构内外温度也存在着较大的影响。拆模对混凝土外界的热交换条件有所改变,拆模工序结束后,混凝土内部的温度会较低。这一阶段的混凝土会存在外部散热内部不散热的情况,导致内外温度差增大,从而出现水化热反应。因此,混凝土结构在拆模时,要合理选择拆模时间,避免因拆模时间过早,导致混凝土内外温差变化太大,从而出现开裂情况。可以适当拖延拆模时间,这对于预防混凝土开裂有着一定的助力作用。在大体积混凝土承台施工过程中,运用冷凝管冷却方法已经较为普遍,但是冷凝管对于水化热反应的影响,效果会受到许多因素的影响。但由于冷凝管对降低大体积混凝土承台水化热效果非常明显,所以进行冷凝水管的布置时,要对冷却效果和经济成本进行综合考虑。相关参数及布置方式都要选择最合适的,保证防止水化热的实际效果,避免混凝土承台在使用过程中出现开裂情况。
2.4 入模温度与保温材料
混凝土在入模时可以通过控制入模温度,减少水化热反应的生成,避免结构产生裂缝病害。若想使混凝土结构出现内外温差峰值的时间延长,有效方法就是对入模温度采取措施进行降低。也就是说将入模温度降低,可以使混凝土内外之间减缓时间产生的温度差。在混凝土承台浇筑完成后,会在混凝土的表面,包裹一些保温材料,从而使混凝土和外界环境之间的温度差得到有效降低。在施工中选用的保温材料要以实际情况来确定。大体积混凝土承台保温材料一般选用材质轻可重复使用、有着高强度、稳定性及抗腐蚀的聚乙烯泡沫塑料板。
3 大体积混凝土承台的温控措施
3.1 优化施工工艺
对于大体积混凝土承台来讲,若想保证结构质量,施工工艺是重要内容之一。在混凝土浇筑工作中,为了保证结构的整体性,要进行连续浇筑。具体浇筑方法可以选用分层浇筑法,以30厘米到50厘米为具体数据,提高散热效果,避免水热化反应。当然,在浇筑过程中也要遵循薄层浇筑的原则,使浇筑层厚度均匀上升。混凝土的收缩值和极限拉伸值,有关的因素除了水泥用量、骨料品种及级配、水灰比、骨料含泥量等以外,还和施工工艺和养护有着密切的关系。因此,在施工过程中,可以通过改善工艺来使混凝土的收缩减小,让混凝土的极限拉伸值提高,这可有效防止裂缝的出现。
3.2 布置冷却水管
对于大体积混凝土承台建筑来说,混凝土的配比是非常重要的环节,为了保证混凝土的坚固性,可以采取适当的控温措施,最常用的就是布设冷却管的方法。在夏季,大体积混凝土承台建造过程中如果不采取降温措施,会使得承台内外的温差比较大,更易产生水化热问题。这时就可以采用人工降温模式,在承台内设置循环冷凝水,降低混凝土内部的温度。对于冷却水管材料的应用也有一定的规定,关节部分要利用套丝进行连接,并设置出进出水口,还要根据不同高度的承台建筑,布设不同层次的冷却水管。对于高3米高的承台,冷却水管可布设1层,对于承台有2.5米高的,冷凝水管要布置2层。冷却水管的布设位置分别在承台的1/3高度处、2/3高度处,保持2m左右的水平间距,利用圆管把端头连接起来。在建造承台的施工过程中,冷却管要用钢筋进行绑扎。完成安装以后对冷却管进行检查,确认没有渗水情况才可投入使用。只有保证冷却水管的完整性,才能进行混凝土浇筑。在浇筑过程中,需要对水温与混凝土内温精确测量,并且要进行测量间隔时间的规定,在确认无须运用冷却水管后,把管道予以压浆处理。建造时选择的水泥砂浆强度,不能比承台混凝土的标号低,防止出现冷却管堵塞或是漏水的现象。所以,在混凝土灌注前,要进行通水试验,在一层混凝土覆盖于冷却管内时,开始通水,根据天气和水化变化情况进行水压的及时调整,并保证出水口的温度在一定范围内。在这一过程中,通过不断改变水流方向的形式,促使混凝土能够均匀的冷却。
3.3 温度监控结果
在大体积承台建筑过程中,若想保证混凝土的质量,就要采取一定的温控措施,除了上述的布置冷却水管外,也要对温度实时监控。在承台建筑过程中,要合理地设置温度观测点在每一部分,实时有效地进行温度的监控。在浇筑期间最适宜的气温是25℃,混凝土也要通过冷却水来进行散热降温,使内部和混凝土表面的温度差减少。在大体积承台进行施工的阶段,要对冷却水的进水温度以及进水时间进行严格把控,避免发生进水温度跟混凝土中心温度有较大的差别,导致混凝土的质量出现问题。混凝土在搅拌过程中,如果处于升温状态,可以利用冷却水,当混凝土覆盖冷却管时通水,保证混凝土的温控质量。大体积承台内部与表面温度在特定的时间内会保持较快的上升速度,但在时间过后就会达到最高温升,利用冷却水,可以逐渐降温,且降温速度要逐渐平稳,使得混凝土内外温度相差不高,只有这样才能够保证混凝土的坚硬程度。工作人员要根据混凝土的温度指标,保证其处在规范数值内,如果出现温度过高或过低的情况,可以采用物理降温法。这一过程中不仅需要布置温度监测点,工作人员也要根据不同的温度改变施工过程,并布置相应的解决方案。只有保证混凝土的内外温度符合国家要求和相关标准,才能进一步提升混凝土的坚硬度,这也是保证大体积混凝土承台质量的重要因素。
4 结语
总而言之,对大体积混凝土承台的施工温度进行控制是极其复杂且系统的工程,也是一个进行目标动态控制的过程。在实际工作中,可以通过改善施工工艺,布置冷却水管,控制温度结果的方法,来降低混凝土的水化热,减少混凝土承台在使用过程中出现裂缝的情况,这也为我们国家建筑行业的发展奠定了基础。
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