筏板大体积混凝土施工技术探索.pdf

低温建筑技术 2 0 1 2年第 1 1期( 总第 1 7 3期) 筏板大体 积混凝土施 工技术探 索 杜 日武 ( 辽宁省大连海洋大学职业技术学院 辽 宁大连1 1 6 3 0 0) 【 摘要】 本文通过深入分析筏板中大体积混凝土裂缝产生机理 ， 提出了大体积混凝土的温度场传导方程 和边界条件 ， 并运用多物理场有限元软件对大体积混凝土的温度场进行了模拟， 模拟表明， 温度 自内向外逐步降 低 ， 温度场的分布较为均匀。本文还针对混凝土开裂的情况提出了改进措施， 包括从配制方法、 浇筑方法、 养护方 法做 了改进 。 【 关键词】 裂缝模拟； 大体积混凝土； 混凝土浇筑； 抗裂措施 【 中图分类号】 T U 7 5 5 【 文献标识码】 A 【 文章编号】 1 0 0 1 6 8 6 4 ( 2 0 1 2 ) 1 1 0 0 6 6 0 3 T HE R A F T B O AR D MAS S C ONC R E T E C ONS T R UC T I ON T EC HN I QU E DU Yu e wu ( D a l i a n M a r i t i m e U n i v C a r e e r T e c h n i c a l C o l l e g e ， L i a o n i n g D a l i a n 1 1 6 3 0 0 ， C h i n a ) Abs t r a c t ： I n t h i s p a p e r，t h r o ug h i n d e p th a n a l y s i s o f t h e c r a c k s i n ma s s c o n c r e t e r a f t me c h a ni s m o f t h e c o n d u c t i o n e qu a t i o n a n d bo u n da r y c o n d i t i o n s o f the t e mp e r a t u r e fie l d o f ma s s c o n c r e t e，ma s s c o n c r e t e t e mp e r a t u r e fi e l d wa s s i mu l a t e d b y u s e o f mu l t i ph y s i c s fin i t e e l e me n t s o ftwa r e Th e s i mu l a t e s h o w t h a t t h e t e mp e r a t u r e f r o m i n s i d e t o o u t s i d e，g r a d u a l l y r e d uc e a n d t h e t e mp e r a t ur e fie l d d i s t r i b u t i o n i s mo r e u ni f o r m S o me s u g g e s t i o ns we r e g i v e n b y a n a l y z i n g c o n c r e t e c r a c ki n g， i n c l u d i n g t he me tho d o f pr e p a r a t i o n，p o u r i n g me t h o ds ，c o ns e r v a t i o n me t h o d s Ke y wo r ds： c r a c k s i mu l a t i o n； ma s s c o n c r e t e；c o n c r e t e p o u r i ng；c r a c k me a s u r e s 目前很多土木工程中逐渐较多地采用大体积混凝土施 工， 如筏板基础、 水利工程大坝等， 类似的筏板基础厚度达 到 1 m以上。大体积混凝土表面积相对较小， 有着较为集中 的水泥水化放热且难以排放充分， 继而内部快速升温。当 混凝土内部的温差超出允许范围， 则将导致混凝土内外 出 现温度裂缝， 影响结构安全及正常使用。因此 ， 大体积混 凝土必须深人分析研究， 确保施工质量。以下将通过某筏 板大体积混凝土施工从温度场概念等进行深入探讨。 1 工程概 况 某人防地下室采取筏板基础， 筏板厚度达到 1 1 0 0 m m， 而且地下室面积较大， 是典型的大体积混凝土施工。针对 此 ， 本工程一方面对地下室的大体积 昆 凝土施工采取一些 列的抗裂措施， 另一方面对本地下车库共分三大块浇筑 ， 按 设计留置后浇带。 2大体积混凝 土裂缝分析 从研究结果表明大体积混凝裂缝可分为贯穿型裂缝、 深层型裂缝和表面型裂缝三种。贯穿型裂缝通常由于混凝 土表面 的裂缝 发展产生 ， 渐渐产生 深层次 的裂缝 ， 最终 就形 成了贯穿型的裂缝形式。贯穿型裂缝能够将结构断面切 断， 而且对结构的稳定性和整体性都有破坏效应， 具有非常 严重的危害性威胁。深层型裂缝能够对结构断面局部进行 切断， 同样具有相当大的危害性， 表面型裂缝通常危害性就 比较小。产生的局部裂缝收到环境影响较大 ， 而且所产生 的裂缝也不全都对结构安全造成绝对影响， 只要满足最大 允许值就是安全的。根据文献研究发现， 大体积混凝土温 度裂缝出现的机理主要有两个， 一是取决于混凝土的内部 因素， 内外的温差产生裂缝， 二是外部因素， 混凝土各个质 点之问约束作用及结构外部的约束效果阻碍了混凝土的收 缩等变形。混凝土材料的抗压强度 比较大， 能够承受的抗 拉强度小得多， 一旦受到超过混凝土可以承受的设计抗拉 强度的温度应力则会产生裂缝 ， 对其控制必须着重考虑。 施工中出现的裂缝原因很多， 笔者以下做了几点总结。 ( 1 ) 水泥水化热作用影响。水泥的水化过程不断释 放热量， 大体积混凝土的结构断面又比较厚 ， 其表面系数较 小， 水泥水化放热更容易在 内部聚集难以散失。这种情况 下混凝土的内部水化热不能及时的向外散发， 继而温度越 积越高， 最终产生较大的内外温差。 ( 2 ) 外界气温的变化作用。进行大体积混凝土施工 时， 其浇筑温度是随着外部的温度而变化的， 尤其是当温度 骤降的时候 ， 内外层的混凝土温差增大迅速， 非常不利于大 体积混凝土性能保证。 ( 3 ) 混凝士收缩 的影响 。将 近 2 0 的混凝 土 内部 水 分在水泥硬化过程中需要用到， 剩下的将近 8 0 水分蒸发 掉。这一过程中会有部分水分多余在混凝土中， 继而造成 杜日武： 筏板大体积混凝土施工技术探索 6 7 混凝土的收缩。根本上来讲， 混凝土的收缩很大部分原因 是其内部的水分蒸发所致 ， 接着就引起了混凝土的开裂。 3 大体积混凝土的温度场模拟 大体积混凝土温度场分布较为复杂， 一般来说内部温 度高， 外边温度低， 这样造成混凝土内部膨胀 ， 而外部由于 温度接近 自然温度 ， 一般不会膨胀， 这就造成大体积混凝土 更容易发生破坏。而了解大体积混凝土温度场的分布对于 我们采取措施降低大体积混凝土的温度有很大的益处 。 通过 C O M S O L多物理场软件 ， 可 以通过有限元的办法预测 出大体积混凝土的温度场分布。C O M S O L工作原理是使用 偏微分方程和边界条件求解温度场， 对于大体积混凝土的 内部高温处与低温处的连接面可以采用第三类边界条件， 同时考虑连续边界条件 ， 如果 内部有其它材料， 此边界条件 将发生变化。上述定解问题是 目前对钢管混凝土温度场计 算理论描述最完整的数学物理模型， 可能部分学者根据 自 己的研究对其中部分参数的取值做了简化或根据自己实验 取值 ， 或是根据研究对象的几何形状不同对控制方程进行 了简化处理。带保护层的温度场技术和上面类似， 只需要 增加保护层区域的相关参数。对大体积混凝土的多物理场 有限元模拟结果如图 1 所示。从计算来看 ， 温度场从内向外 是温度依次降低 ， 并且温度场的分布较为均匀。 网格划分计算结果 图1 有 限元模拟温度场 4 大体积混凝土降温措施 4 1 大体积混凝土的配制方法 大体积混凝土要减少温度的影响， 首先要从其配制的 材料及方法人手。大体积混凝土所选用的原材料应注意以 下几点 ： 对于骨料的选择 ， 粗骨料宜采用连续级配， 而细 骨料宜采用中砂； 外加剂宜采用缓凝剂、 减水剂， 掺合料 宜采用粉煤灰、 矿渣粉等， 适当的时候可以采用硅灰； 大 体积混凝土在保证混凝土强度及坍落度要求的前提下 ， 应 尽量降低水泥用量， 并提高掺合料及骨料的含量， 这样可以 保证水化热减少； 水泥应尽量选用水化热低、 凝结时间长 的水泥， 优先采用中热硅酸盐水泥、 低热矿渣硅酸盐水泥； 掺加碳纤维。碳纤维有很好的柔韧性， 其抗拉性能相当 优越 ， 它掺入到大体积混凝之中去， 对提高大体积混凝土的 抗裂性能大有益处。 4 2 大体积混凝土的浇筑技术 浇筑大体积混凝土应采用合理有效的降温浇筑技术， 通过结合工程实践 ， 笔者总结可采用以下几种方法： ( 1 ) 全面分层。全面分层是指在第一层全面浇筑全 部浇筑完毕后 ， 再回头浇筑第二层 ， 这种浇筑可以避免大体 积混凝土在竖向产生膨胀。 ( 2 ) 分段分层。分段分层浇筑是指在混凝土浇筑时， 先从底层开始， 浇筑至一定距离后浇筑第二层， 这种方法可 以使得大体积混凝土之间有伸缩缝， 这样即使内部有膨胀 ， 这种膨胀的影响也不大。 ( 3 ) 斜面分层。对于斜面的施工， 要求斜面的坡度不 超过 1 3 ， 适用于结构的长度大大超过厚度 3倍的情况。混 凝土从浇筑层下端开始， 逐渐上移。这种浇筑可以避免温 度产生的影响。 4 3 大体积混凝土养护措施 大体积混凝土养护关乎到后期的大体积混凝土膨胀裂 缝是否出现， 是非常关键的时期， 采取人为温度的控制以预 防温度变形而造成的混凝土开裂 ， 如控制混凝土浇筑温度 及混凝土内部最高温度。在混凝土养护期间确保对大体积 混凝土表面的温度同环境最低的温度差值和大体积混凝土 中心的温度同大体积混凝土表面的温度差值的绝对值小于 2 0 。当混凝土结构拥有了足够抗裂能力的时候 ， 上述温 度差值绝对值小于 2 03 0 C。完成混凝土拆模之后 ， 混凝 土温度差值小于 2 0 C， 这里的温度差值包含表面的温度、 中 心的温度及外界气温三者之间温度差值。 4 4 大体积混凝土温度场的智能监控 目前对于大体积混凝土可以预先在浇筑之前在其内部 埋入热电藕， 热电藕通过导线与外界相连， 在外面可以用电 脑连接热电藕。当大体积混凝土浇筑完毕时， 其内部的温 度会随着水化的进行而升高， 通过热 电藕以及计算机， 可以 知道其内部各个位置的温度分布 ， 并据此对大体积混凝土 的内部采取降温的措施。目前智能监控还没有在大体积混 凝土工程中使用， 这项技术 目前可以推广， 从而监测大体积 混凝土内部温度变化 J 。 温度传感器品种众多， 选择一合适 的温度传感器是本 电路设计的关键所在。热电藕由于热电势较小 ， 因而灵敏 度较低 ； 热敏电阻由于非线性而影响其精度； 铂电阻温度传 感器由于成本高， 在一般小系统中很少使用。考虑到本电 路设计用的是 8 9 S 5 1 微处理器我们选择由美信公司免费提 供的 D S 1 8 B 2 0温度传感器。它具有微型化、 低功耗 、 高性 能、 抗干扰能力强、 易配微处理器等优点 ， 特别适合于构成 多点温度测控系统 ， 可直接将温度转化成串行数字信号供 微机处理， 且每片 D S 1 8 2 0都有 唯一的产品号并可存入其 R O M中， 以使在构成大型温度测控系统时在单线上挂任意 多个 D S 1 8 2 0芯片。从 D S 1 8 2 0读出或写入 D S 1 8 2 0信息仅 需一根 口线 ， 共读写及温度变换功率来源于数据总线 ， 该总 线本身也 可向所挂接的 D S 1 8 2 0供 电， 而无需额外 电源。 D S 1 8 2 0能提供 9位温度读数， 它无需任何外围硬件即可方 便地构成温度检测系统。采用热电藕进行温度智能监控的 具体操作是在混凝土内布置热 电藕， 热 电藕设在温度容易 发生变化的地方。每个箱梁施工段底板可设 2个， 顶板及翼 板每施工段各设 2个 ， 索塔每施工段每侧设 2个。对热电藕 进行编号 ， 并绘制热电藕布置图。混凝土浇筑完后内部每 隔 2 h测温一次， 其中升降温时每 1 h测 1 次 ， 外部 自然气温 在每天 7时、 1 2时、 l 6时和午夜零时4个时间进行记录。 低温建筑技术 2 0 1 2年第 1 1期( 总第 1 7 3期) 大通河桥体外预应力加固设计 徐斌 ， 赵建 昌 【 兰州交通 大学 土木 工程学 院， 甘肃兰州7 3 0 0 7 0】 【 摘要】 体外预应力技术具有施工简单、 结构可靠、 造价经济等优点， 在桥梁结构加固工程中得到广泛应 用。结合大通河桥的主要病害分析， 对结构进行验算， 介绍了简支梁桥体外预应力加固设计方法及其加固效果。 【 关键词】 体外预应力 ； 简支梁桥 ； 加固； 设计 【 中图分类号】 T U 7 4 6 3 【 文献标识码】 B 【 文章编号】 1 0 0 1 6 8 6 4 ( 2 0 1 2 ) 1 1 0 0 6 8 0 3 T HE DAT oNG R E R BR) GE EXT ERNALL Y PRES TRES S ED RE F ORCEM E NT DES I GN X U B i n， Z HA O J i a n c h a n g ( S c h o o l o f C i v i l E n g i n e e r i n g ， L a n z h o u j i a o t o n g U n i v e r s i t y ，L a n z h o u 7 3 0 0 7 0 ，C h i n a ) Ab s t r a c t ： Be c a u s e o f t h e a d v a n t a g e s o f s i mp l e c o n s t r u c t i o n，s t r u c t u r a l s a f e t y a n d e c o n o my，t h e e x - t e r n a l p r e s t r e s s i n g t e c h n i q u e h a s b e e n w i d e l y u s e d i n t h e b r i d g e r e i n f o r c e me n t e n g i n e e ri n g C o mb i n e d wi t h a n a l y z i n g t h e ma i n d i s e a s e o f the Da t o n g Ri v e r b r i d g e ，the p a p e r u n d e rt a k e s c a l c u l u s o f the s t rnc t u r e s ，a n d i n t r o d u c e s t h e s i mp l y s u p p o s e d b e a m b ri d g e e x t e r n a U y p r e s t r e s s e d r e i n f o r c e me n t d e s i g n me t h o d a nd i t s r e i n f o r c e me n t e f f e c t Ke y wo r ds： e x t e r n a l p r e s tre s s i n g；s i mp l y s u p p o r t e d b e a m b rid g e；s tre n g t he n i n g；de s i g n 体外预应力加固技术能够有效克服其他加固方法的后 补强材料应力滞后效应， 是一种有效的主动加 固方法。 除主动加固的优点之外， 体外预应力还针对超筋截面调整 其截面内应力 ， 有效克服由于钢筋锈蚀和其他病害造成的 承载力下降， 提高桥梁的荷载等级 ， 特别用于控制梁体裂缝 及降低钢筋的应力疲劳幅度 。我国从上世纪 7 O一8 O年 代开始采用预应力加固方法( 包括水平拉杆加固法、 下撑式 拉杆法和组合式拉杆 ) 加固钢筋混凝土梁。近 2 O多年来， 采用高强度低松弛钢绞线进行体外预应力加固旧桥的工程 实例较多 。 本文结合大通河桥的加固工程 ， 根据桥梁病害检测结 论。采用体外预应力加固措施加固主梁， 并利用有限元分 析程序 MI D A S C i v i l 进行体外预应力加固设计分析， 对加固 前后承载力和正常使用情况进行对 比分析， 并对其所采取 的施工构造措施进行了介绍。 1 桥梁概况 大通河桥位于兰州市红古区兰州大通河水泥有限公司 门前， 跨越大通河， 建成于上世纪 6 0年代， 已投入使用4 0余 年。桥梁基本情况为： 该桥为 6跨钢筋混凝土简支 T梁桥， 全长8 5 1 4 m。桥宽净 一 3 9 4+ 2 0 9 m， 由4片简支 T梁拼 装而成， 行车道数为单车道单向行驶。下部结构为石砌重 力式墩 台。 因设计资料缺失， 原设计荷载标准未知。根据现场静 载试验结果及理论分析， 推定该桥 目前承载能力为单车道 公路 级荷载。 2 桥梁主要病害 0 0 O 0o O0 O0 o0 00 OO O O 00 oo OO O0 oO 0o 0O 0 O O0 oo O0 Oo 0 0 OO o 0 o0 00 00 OO o0 0O oO 0o O 0 0O oO o 。0 o OD o 0O OO 0o 00 0o o0 0 5结 语 本文对大体积混凝土的温度场模拟提出了一种新 的研 究思路 ， 并且给 出了有限元模拟的方程以及边界条件的选 择。运用了多物理场软件对大体积混凝土的温度场进行了 模拟 ， 得到了温度场的分布模拟， 为后续研究提供借鉴。 参考文献 1 王峰顺 ，寓文艺大体积混凝土开裂探究与控制措施 J 中 国城市 经济 ， 2 0 1 1 ， 2 8 ( 5 )： 1 1 81 1 9 2 李潘武 ， 曾宪哲， 李博渊， 等 浇筑温度对大体积混凝土温度 应力的影响 J 长安大学学报( 自 然科学版) ， 2 0 1 1 ， 2 7 ( 9 ) 3 雷李梅 大体积混凝土温度控制及有限元分析 D 武汉： 华 中科技大学 ， 2 0 0 9 收稿日期】 2 0 1 2 0 7 1 3 作者简介】 杜日武( 1 9 6 0一一) ， 男， 辽宁瓦房店人。 副教授， 从 事建筑施 工技术教学 与研究工作。