地下室长侧墙混凝土早期温度场及应变场分布特性试验研究.pdf

2 0 1 1年第 7期 7月 混 凝 土 与 水 泥 制 品 C HI NA C ONCR ET E AND C EME NT P RODUC T S 2 0l l No 7 J u l y 地下室长侧墙混凝土早期温度场及 应变场分布特性试验研究 张炳 华 ， 刘新 明， 王正峰 ， 朱锦泉 ( 南通四建集团有限责任公司新疆分公司， 乌鲁木齐 8 3 0 0 6 3 ) 摘要 ：混凝土早期变形及 约束引起 的地 下室侧墙 混凝 土开裂现 象是 工程 中的常见 问题 。通过预埋温度与应 变传感器的方法 ， 对 实际工程 中侧墙混凝土早龄期的温度与应 变的 变化规律进行 了监测。研 究结果表 明， 地下室侧 墙 混凝土 浇筑后 ， 温度 的 变化都有 一潜伏期 ， 此后温度 急剧上 升直 至达 到最 大温升 ， 之后 开始降温 并趋 于外界 温 度 。同时研 究也表 明， 混凝土 内部温度是影 响应 变发 生的主要原 因， 且混凝土 内部早期应 变明显 ， 当温度趋 于外界 温度后 ， 侧墙 混凝土的应变并不发 生太大变化 。 关键 词 ： 地下 室侧墙 ； 混凝 土； 温度场 ； 应 变场 Ab s t r a c t ： Ea r l y d e f o r ma t i o n a n d c o n s t r a i n t o f c o n c r e t e c a u s i n g t h e b a s e me n t s i d e wa l l c o n c r e t e c r a c k i n g p h e n o me n o n a r e c o mmo n p r o b l e ms i n e n g i n e e r i n g T h r o u g h t h e me t h o d s o f e mb e d d e d t e mp e r a t u r e a n d s t r a i n s e n s o r ,t h e t e mp e r a t u r e w i t h s i d e wa l l c o n c r e t e e a rl y a g e s a n d s t r a i n c h a n g e r u l e s i n a c t u a l e n g i n e e rin g a r e mo n i t o r e d T h e r e s u l t s i n d i c a t e t h a t a f t e r t h e b a s e me n t s i d e wa l l c o n c r e t e c a s t i n g ，t h e c h a n g e o f t h e t e mp e r a t u r e h a s a n i n c u b a t i o n p e rio d ，t h e n t h e t e mp e r a t u r e s h a r p l y ris e s u n t i l r e a c h i n g t h e ma x i mu m，aft e r t h a t ， t h e t e mp e r a t u r e b e g i n s t o b e c o o l i n g a n d t e n d s t o b e t h e o u t s i d e t e mp e r a t u r e Me a n wh i l e ，t h e r e s e a r c h a l s o s h o w s t h a t t h e i n t e r n a l t e mp e r a t u r e o f c o n c r e t e i s t h e ma i n r e a s o n f o r s t r a i n h a p p e n i n g ，a n d t h e e a r l y s t r a i n o f c o n c r e t e i s o b v i o u s Wh e n t h e t e mp e r a t u r e o f s i d e w a l l c o n c r e t e t e n d s t o b e o u t s i d e t e mp e r a t u r e 。 t h e s t r a i n d o e s n t o c c u r t o o mu c h c h a n g e Ke y wo r d s ： B a s e me n t s i d e wa l l ； C o n c r e t e ； T e mp e r a t u r e f i e l d ； S t r a i n fi e l d 中图分 类号 ： T U 5 2 8 文献 标识码 ： A 文章编号 ： 1 0 0 0 4 6 3 7 ( 2 0 1 1 ) 0 7 5 1 0 3 1 工 程概 况 新疆理化技术研究所职工 高层住宅楼 ， 建筑面 积为 1 2 5 5 4 1 5 m ，施工时间为 2 0 0 9年 5月至 2 0 1 0 年 7月 ， 其 中地 下一层为人 防地下室 ， 地上 l 8层 ， 本工程基础部分采用大体积混凝土。本文现场监控 的地下室侧墙总长达 4 0 0 m， 由 5条后浇带 自然划分 为 9段进行浇筑 ， 长度 2 0 6 5 m不等， 其 中一段墙体 长度为 6 5 m。针对施工过程 中地下室长侧墙混凝土 温度场 与应变场分布特性进行现场实测 与试验 ， 进 而进行混凝土早期开裂敏感性分析以探索地下室 开裂机理的成 因。 2试 验 目的及 设计 2 1 试验的 目的 研究 目的是通过对实际工程 的地下 室侧墙 混 凝土 的温度场与应变进行现场监测 ， 在考虑 已浇筑 底板对长侧墙变形约束的前提下 ， 基于相关预测模 型与成熟度理论对不 同位置 的混凝土应变进行 预 测 ， 进 而可以进一步了解地下室侧墙混凝土早期变 形 的相关机理 ， 为地下室侧墙早期开裂的控制提出 实时性的建议和方案。 地下室侧墙裂缝是工程难以克服的通病 1 - 3 ， 且 裂缝出现后易引起渗漏 ， 修补较 困难 。调查结果表 明，地下室底板出现裂缝数量 占底板总数 的 1 0 ， 而地下室侧墙的开裂数量则 占被调查工程 总数 的 8 5 以上 。对于地下室侧墙来说 ， 早期的非荷载作 用引起的变形主要包括温度变形与收缩变形 1】 。当 这些非荷 载变形受到约束时就产生应力 ， 应力若超 过混凝土强度 ， 就会导致裂缝的产生 。 2 2 试验方案设计 试 验过程中所涉及 到的应 变测量 采用振弦式 应变计 ， 在监测过程 中逐个测读与保存振 弦式应变 计的频率数据 ，根据每个应变传感器对应的参数 ， 将得到的频率数据转换成相应时刻 的应变数据。大 量工程实践表 明， 地下室墙体 开裂一般 出现在墙体 中间部位嗍， 所 以， 将应变传感器布置在墙体 的中间 部位 ， 并位 于墙体厚度 中间， 具体的布 置分 布见 图 1 ， 每个位置处分别在竖直 向( 沿墙 长) 和水平 向( 沿 墙高 ) 布置应变传感器。 一 51 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 2 0 1 1年第 7期 混凝土与水泥制品 总第 1 8 3期 图 1 墙体传感器布置图 为了减少已浇筑底板对墙体的约束作用 ， 设置 了吊模段 ， 其高度为 O 5 m， 新浇筑墙高为 4 9 m。 施工 浇筑方案为墙体与顶板一起浇筑 ， 待墙体混凝土浇 筑完毕 2 3 h后浇筑顶板混凝土。浇筑混凝 土时环 境温度为 4 5 ， 混凝土入模温度为 9 2 。 侧墙配筋 率为 0 0 5 ，环境湿度为 7 0 。混凝土强度等级为 C 4 0 ， 混凝土中掺人 0 6 k g m 的聚丙烯 纤维 ， 侧墙 混 凝土配合 比如表 1 所示 ，且要求混凝土浇筑后 6 d 拆除模板。 3现场温度及应变监测 3 1 温度场监测结果及分析 温度监测系统 由温度传感器 、 巡检仪 、 引线和 计算机 四部分组成 ， 测温采用美 国生产 的 D S 1 8 B 2 0 温度传感器 ，温度传感器布置在墙体的内表面 、 外 表面和 中间位置 ， 同时监测环境 温度 ， 实测温度 和 温差时程曲线如图 2和图 3所示 。 由图 2和图 3的温 度和里表温差时程 曲线 可 表 1 侧墙混凝土配合 比 25 2 O l 5 1 0 赠5 o 一 5 O 1 2 3 4 5 6 时 间 d 图 2 0 6 d墙体 内部及环境实测温度变化时程曲线 知 ， 墙体 内外 表面和中心温度变化趋势一致 ， 且在 厚度方 向温度分布较均匀 ，表面和 中心温度差较 小 ， 基本在 4 q c 范围内。由此可知 ， 通过模板保温， 可 将温差控制在允许范围内， 但是混凝土 的总降温差 还是比较大 。 本次现场监测 的侧墙总降温为 2 8 7 ， 且降温速率也 比较大 ， 但拆模 后未发现裂缝 ， 主要 是 由于早期混凝土弹性模量较小 ， 徐 变较大 ， 减弱 了收缩变形和收缩应力 ， 并且采取了一定 的裂缝控 制措施 ， 比如在墙体表面布置 了抗温度收缩应力的 分布筋 ， 混凝土 中掺入了聚丙烯纤维 ， 提高了混凝 土的抗裂能力。 3 2 应变监测结果及分析 墙体各测点应变监测数据见图 4 图 7 ， 其 中图 一 5 2 2 5 2 O 、 1 5 l O 赠 5 o 一 5 6 7 8 9 l O l 1 l 2 1 3 1 4 l 5 1 6 1 7 1 8 l 9 2 0 2l 时间 d 图 3 6 3 0 d温差 变化 时程 曲线 4和图 5分别为 0 - 6 d与 6 3 0 d龄期 的水平 向的应 变 ，图 6和图 7分别为 0 6 d与 6 3 0 d龄期 的垂直 向的应变。 由图 4和图 5可知 ， 早期水泥水化热引起混凝 土温度升高 ， 混凝土 内部产生热膨胀变形 ， 受到下 部约束后 ， 产生 的水平方 向压应变逐渐增大 。达到 4 8 h龄期时， 内部温度升高到最大值 2 1 8 ， 此时各 测点整体表现为压应变已经达到最大值 ， 压应变达 到最大值与温度达到最大值的时间基本一致 。浇筑 后 4 8 h ，长侧墙混凝土内部温度达到峰值便 开始下 降 ， 侧墙便开始收缩变形 ， 逐渐抵消升温阶段产生 的膨胀压应变。 浇筑后 1 0 0 h至 1 3 5 h ， 各测点早期的 膨胀压应变相继被抵消 ， 各测点出现零 应变 ， 零应 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 张炳华 ， 刘新 明， 王正峰， 等地下室长侧墙混凝土早期温度场及应变场分布特性试验研究 i 妻 12345萎 号 号 马 卜 号 i 一 水平方 向各测点数据 6 8 1 0 l 2 1 4 l 6 l 8 2 O 2 2 2 4 2 6 2 +1 号 时间 d _ 2号 3号 十4号 斗5号 图 4 O 6 d龄期实测水平应变变化 时程 曲线 图 5 6 3 0 d龄期实测水平应变变化时程曲线 6 0 4 0 2 O O 2 O 一 4 o 一 6 O - 8 0 1 0 0 1 2 0 1 4 0 1 6 O = 参 要弓竺 一 图 6 0 6 d实测沿墙高度方向应 变变化时程曲线 变对应 的混凝土内部温度不高 ， 随降温继续拉应变 逐渐增大 。浇筑后 1 4 4 h ， 各测点水平拉应变达到稳 定值 。浇筑 1 4 4 h后拆模 ， 根据 6 3 0 d所测数据显示 拉应变基本保持不变 。降温( 拉应变 ) 稳定段 的数据 显示在靠近边界约束较大处拉应变 比较大 ， 各测点 的最大拉应变为 1 1 8 p e ， 平均值为 8 0 p e 。 由图 6和图 7可知竖 向应变并 没有表现 出水 平方向应变相 同的变化规律 。竖向应变只在浇筑后 初期 因重力作用沉降变形和温升膨胀产生压应变 ， 但 随着温 度升高 ， 压应变并没有增加 ， 反而逐渐减 小 。在温度达到峰值时 ， 出现拉应变最大值 ， 随后拉 应变并没有 明显增加 ， 基本保持稳定。竖 向拉应变 最大值为 4 5 6 ， 比水平方向拉应变小得多。 4结论 ( 1 ) 地下室侧墙混凝土浇筑后 ， 温度 的变化都 有一潜伏期 ， 此后温度急剧上升 ， 直至达到最大温 升 ， 此后开始降温 ， 趋于外界温度。 ( 2 ) 在 6 d拆模后 ， 侧墙混凝土的温度变化趋势 与环境温度大致一致 。早期未拆模前 ， 侧墙混凝土 6 0 4 0 2 0 O 一2 0 一 4 0 一6 o 一 8 O 一 1 oo l 2 0 1 4 0 一l 6 o 图 7 6 3 0 d实测竖 向应变变化时程 曲线 的变形多是 由于内部 温度变化 以及 自生收缩引起 的 ， 在混凝土温度趋 于与外界温度趋同后 ， 侧墙混 凝土的应变并不发生太大变化 。 参考 文献： 1 G F K h e n e r ，R S A l r a w i ， J K A l d h a h i A s t u d y o f t h e b e h a v i o r o f v o l u me c h a n g e c r a c k i n g i n b a s e r e s t r a i n e d c o n c r e t e w a l l s J Ma t e r i a l s a n d S t r u c t u r e s ， 1 9 9 4 ( 7 ) ， 2 7 ： 3 8 3 - 3 9 2 【 2 G F K h e d e r A n e w l o o k a t t h e c o n t r o l o f v o l u me c r a c k i n g c h a n g e c r a c k i n g o f b a s e- r e s t r a i n e d c o n c r e t e w a l l s 【 J A C I S t r u c t u r a l J o u r n a l ， 1 9 9 7 ， 9 4 ( 3 ) ： 2 6 2 - 2 7 0 3 】R S A i r a w i ，G F K h e d e r C o n t r o l o f c r a c k i n g d u e t o v o l u me c h a n g e i n b a s e - r e s t r a i n e d c o n c r e t e me me J A C I S t r u c t u r a l J o u rna l ， 1 9 9 1 ， 8 7 f 4 ) ： 3 9 7 - 4 0 5 4 】 过填海 钢筋混凝土原理 M 北京： 清华大学出版社出版 社1 9 9 9 收稿 日期 ： 2 0 1 1 - 0 5 - 0 6 作者简介 ： 朱锦泉 ， 男 ， 工程师。 E - ma i l ： z h u x u e j i a 1 2 6 c o m 一 5 3一 柏踟加0加加 1 1 1 一一一一 1 1 1 l l 2 2 加舳加0 加 1 1 1 一一一一 1 1 1 1 1 2 2 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m