大體積混凝土水化熱計算及施工

1、 大體積混凝土水化熱計算及施工 一、大體積混凝土的概念 1、定義現(xiàn)代建筑中時常涉及到大體積混凝土施工，如橋梁基礎(chǔ)、墩臺、高層樓房基礎(chǔ)、大型設(shè)備基礎(chǔ)、水利大壩等。它主要的特點就是體積大，一般實體最小尺寸大于或等于1m，它的表面系數(shù)比較小，水泥水化熱釋放比較集中，內(nèi)部溫升比較快?；炷羶?nèi)外溫差較大時，會使混凝土產(chǎn)生溫度裂縫，影響結(jié)構(gòu)安全和正常使用。所以必須從根本上分析它，來保證施工的質(zhì)量。 我國大體積混凝土施工規(guī)范GB50496-2009規(guī)定：混凝土結(jié)構(gòu)物實體最小尺寸大于或等于1m的大體量混凝土，或預計會因混凝土中膠凝材料水化引起的溫度變化和收縮而導致有害縫產(chǎn)生的混凝土。 美國混凝土學會(ACI)

2、規(guī)定：“任何就地澆筑的大體積混凝土，其尺寸之大，必須要求解決水化熱及隨之引起的體積變形問題，以最大限度減少開裂”。日本建筑學會標準(JASS5)規(guī)定：“結(jié)構(gòu)斷面最小厚度在80cm以上，同時水化熱引起混凝土內(nèi)部的最高溫度與外界氣溫之差預計超過25的混凝土，稱為大體積混凝土”。 2、大體積混凝土的特點： 結(jié)構(gòu)厚實，混凝土量大，工程條件復雜（一般都是地下現(xiàn)澆鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)），施工技術(shù)要求高，水泥水化熱較大（預計超過25度），易使結(jié)構(gòu)物產(chǎn)生溫度變形。大體積混凝土除了最小斷面和內(nèi)外溫度有一定的規(guī)定外，對平面尺寸也有一定限制。因為平面尺寸過大，約束作用所產(chǎn)生的溫度力也愈大，如采取控制溫度措施不當，溫度應力

3、超過混凝土所能承受的拉力極限值時，則易產(chǎn)生裂縫。 3、大體積砼與普通砼的區(qū)別 不能僅以截面尺寸來簡單判斷是否大體積砼，實際施工中，有些砼厚度達到1m，但也不屬于大體積砼的范疇，有些砼雖然厚度未達到1m，但水化熱卻較大，不按大體積砼的技術(shù)標準施工，也會造成結(jié)構(gòu)裂縫。 大體積砼與普通砼的區(qū)別表面上看是厚度不同，但其實質(zhì)的區(qū)別是由于砼中水泥水化要產(chǎn)生熱量，大體積砼內(nèi)部的熱量不如表面的熱量散失得快，造成內(nèi)外溫差過大，其所產(chǎn)生的溫度應力可能會使砼開裂。因此判斷是否屬于大體積砼既要考慮厚度這一因素，又要考慮水泥品種、強度等級、每立方米水泥用量等因素，比較準確的方法是通過計算水泥水化熱所引起的砼的溫升值與環(huán)

4、境溫度的差值大小來判別，一般來說，當其差值小于25時，其所產(chǎn)生的溫度應力將會小于砼本身的抗拉強度，不會造成砼的開裂，當差值大于25時，其所產(chǎn)生的溫度應力在可能大于砼本身的抗拉強度，造成砼的開裂，此時就可判定該砼屬大體積砼，并應按規(guī)范進行水化熱計算并采取措施進行施工，以確保砼不致開裂，造成工程滲漏水的隱患。二、 水泥水化熱值 影響水泥水化熱的因素很多，最重要的因素是熟料中的礦物組成（如高C3A的熟料水化熱高），其次還有混合材種類（粉煤灰、礦渣水化熱低）和摻入量、水泥細度（越細，水化熱越高）、水灰比、溫度和濕度、水泥早期強度高低等等。 一般來說，水泥水化放熱的周期很長，但大部分熱量是在 3d 以內(nèi)

5、放出。水化熱的大小與放熱速率首先決定于熟料的礦物組成，一般規(guī)律為：C3A ( 鋁酸三鈣)的水化熱和放熱速率最大， C2S(硅酸二鈣)、 C4AF（鐵鋁酸四鈣）次之， C3S(硅酸三鈣 )的水化熱最小，放熱速率也最慢。有的研究認為，水泥的水化熱具有可加性，可用下式計算：Q 3 天 = 240C 3S+ 50C 2 S+ 880C 3 A + 290C 4 AFQ 28 天 377C 3S+ 150C 2 S+ 1378C 3 A + 494C 4 AF式中： Q 水泥的水化熱 (J/g) ；C3S,C2S,C3A ,C4 AF 各熟料礦物的含量（）。一般來說，幾種不同品種的水泥水化熱為：普通硅酸

6、鹽水泥 375525J/g抗硫酸鹽水泥和礦渣水泥 355440J/g火山灰水泥 315420J/g 不同等級的水泥水化熱為： 水泥強度等級 32.5 42.5普通水泥 (J/g) - 461礦渣水泥 (J/g) 247 335注：火山灰硅酸鹽水泥、粉煤灰硅酸鹽水泥的發(fā)熱量與礦渣水泥接近。 三、大體積混凝土的溫控計算示例 1、混凝土的絕熱溫升 水泥水化熱引起的混凝土內(nèi)部實際最高溫度與混凝土的絕熱溫升有關(guān)。 (1) 混凝土的絕熱溫升： T=W×Q×(1e-mt)/(C×) 式中：T混凝土的絕熱溫升() W每立方混凝土的水泥用量(kg/m3)，取329kg/m3 Q每公

7、斤水泥28d的累計水化熱，查大體積混凝土施工P14表21，Q=460240J/kg C混凝土比熱993.7J/(kg·)； 混凝土容重2400kg/m3； t混凝土齡期(天)； m常數(shù)，與水泥品種、澆筑時溫度有關(guān),一般取0.3； e常數(shù)，e=2.718自然對數(shù)的底； 當t為0天時，混凝土最高絕熱溫升： 計算：Tmax=329×460240/(993.7×2400)=63.49() （2）混凝土的內(nèi)部最高溫度 Tmax= T0+T× 式中：Tmax混凝土內(nèi)部最高溫度()； T0混凝土澆筑溫度()； T混凝土的絕熱溫升 混凝土的散熱系數(shù)，混凝土厚度為2m，取

8、=0.65； 按上式計算：Tmax=18+63.49×0.8=60 。 （3）混凝土的表面最高溫度 Tbmax=Tq+4×(Hh')×h'+T/2H H=h+2×h' h'=K×/ 式中： Tbmax混凝土表面最高溫度()； Tq大氣的平均溫度()，取18； H一混凝土的計算厚度； h'混凝土的虛厚度； h混凝土的實際厚度； T混凝土中心溫度與外界氣溫之差的最大值，T=TmaxTq； 混凝土的導熱系數(shù)，此處可取2.33W/m/k； k計算折減系數(shù)，根據(jù)試驗資料可取0.666； 混凝土模板及保溫層的傳熱系數(shù)

9、(W/m2/K)， 大體積混凝土未采取保溫措施時，此處取空氣的平均傳熱系數(shù)5W/m2/K； 以10月施工為例：Tq取18，h取2m； h'=K×/=0.666×2.33/5=0.31 H=h+2×h'=2+2×0.31=2.6T=6018=42混凝土的表面溫度：Tbmax=18+4×(20.31)×0.31+(6018)/2×2.6=32.8（4）內(nèi)外溫差計算 混凝土的內(nèi)外溫差： Tmax Tbmax=6032.8=27.125 所以砼表面不能滿足防裂要求，需要采用內(nèi)部降溫措施。 混凝土表面溫度和大氣的溫差：

10、 Tbmax Tq=27.118=9.125，可滿足防裂要求。 四、 大體積混凝土的施工技術(shù)1、大體積混凝土主要指混凝土結(jié)構(gòu)實體最小幾何尺寸不小于1m，或預計會因混凝土中水泥水化引起的溫度變化和收縮導致有害裂縫產(chǎn)生的混凝土。2、配制大體積混凝土用材料宜符合下列規(guī)定：、水泥應優(yōu)先選用質(zhì)量穩(wěn)定有利于改善混凝土抗裂性能，C3A含量較低、 C2S含量相對較高的水泥。、細骨料宜使用級配良好的中砂，其細度模數(shù)宜大于2.3。、釆用非泵送施工時粗骨料的粒徑可適當增大。、應選用緩凝型的高效減水劑。3、大體積混凝土配合比應符合下列規(guī)定：、大體積混凝土配合比的設(shè)計除應符合設(shè)計強度等級、耐久性、抗?jié)B性、 體積穩(wěn)定性等要求外，尚應符合大體積混凝土施工工藝特性的要求，并應符合合理使用材料、降低混凝土絕熱溫升值的原則。、混凝土拌和物在澆筑工作面的坍落度不宜大于160mm。、拌和水用量不宜大于170kg/m。、粉煤灰摻量應適當增加，但不宜超過水泥用量的40%;礦渣粉的摻量不宜超過水泥用量的50%，兩種摻和料的總量不宜大于混凝土中水泥重量