山東江泰建材科技有限公司
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1 工程概況
某工程筏板基礎(chǔ)厚度為 1900mm、2200mm、2400mm,電梯井、集水坑局部厚度達(dá) 5050mm、6300mm。筏板基礎(chǔ)設(shè)計(jì)強(qiáng)度等級(jí)為 C35,抗?jié)B等級(jí)為 P8,混凝土用量約 7000m3。該工程屬大體積且有抗?jié)B要求的特殊混凝土,其對(duì)混凝土密實(shí)度和耐久性要求較高,且施工期在 7 月,平均溫度為 32℃,為防止因大體積混凝土內(nèi)外溫差過大而產(chǎn)生溫度應(yīng)變裂縫就顯得尤為重要。在該工程筏板基礎(chǔ)澆筑前,我們分析了大體積混凝土的施工控制要素,并進(jìn)行了水化熱分析,以論證施工方案的可行性。
2 配合比設(shè)計(jì)
依據(jù) JGJ 55—2011《普通混凝土配合比設(shè)計(jì)規(guī)程》及 GB 50496—2018《大體積混凝土施工標(biāo)準(zhǔn)》進(jìn)行原材料優(yōu)選及配合比設(shè)計(jì)。
所選原材料在滿足相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范質(zhì)量要求的同時(shí),還應(yīng)滿足以下要求:
(1)采用低水化熱的 P·O42.5 水泥。
(2)細(xì)骨料采用中砂,細(xì)度模數(shù)宜大于 2.3,含泥量不應(yīng)大于 3%。
(3)粗骨料粒徑宜為 5.0~31.5mm,并應(yīng)連續(xù)級(jí)配,含泥量不應(yīng)大于 1%,且為非堿活性的粗骨料。
(4)應(yīng)采用緩凝型外加劑,使得混凝土初凝時(shí)間控制在 8~10h,避免出現(xiàn)混凝土接茬冷縫。
配合比設(shè)計(jì)應(yīng)滿足如下要求:
(1)嚴(yán)格控制水泥用量,并合理摻用礦物摻合料。
(2)混凝土拌合物坍落度不宜大于 180mm。
(3)拌合水用量不宜大于 170kg/m3。
(4)水膠比不宜大于 0.45。
(5)砂率宜為 38%~45%。
經(jīng)反復(fù)試配調(diào)整,最終確定配合比如表 1 所示。
3 水化熱分析
為掌握混凝土澆筑、養(yǎng)護(hù)過程中,水化熱造成的溫度變化情況,以便于控制混凝土溫升、溫降速率,防止混凝土內(nèi)外溫差過大,造成溫度應(yīng)力裂縫,結(jié)合設(shè)計(jì)配合比,進(jìn)行熱工計(jì)算如下:
3.1 膠凝材料的水化熱
Q=(k1+k2-1)Q0
式中:
Q——膠凝材料的水化熱總量,kJ/kg;
k1——粉煤灰摻量對(duì)應(yīng)的水化熱調(diào)整系數(shù),取 0.95;
k2——礦渣粉摻量對(duì)應(yīng)的水化熱調(diào)整系數(shù),取 0.93;
Q0——水泥的水化熱總量,kJ/kg,采用 P·O42.5 水泥,取值 377kJ/kg。
3.2 混凝土的絕熱溫升值
T(t)=WQ(1-e-mt)/Cρ
式中:
T(t)——齡期為t時(shí),混凝土的絕熱溫升值,℃;
W——每方混凝土中膠凝材料的用量 (kg/m3),取值 436kg/m3;
C——混凝土的比熱,J/(kg·℃),
取 0.96×103 J/(kg·℃);
ρ——混凝土的密度,kg/m3,
根據(jù)配合比取 2380kg/m3;
t——混凝土齡期,d;
m——與水泥品種、用量和入模溫度等有關(guān)的單方膠凝材料對(duì)應(yīng)系數(shù),取 0.4d-1。
3.3 混凝土由水化熱引起的實(shí)際溫升(中心最高溫度)
Tm(t)=Tj+T(t) ζ(t)
式中:
Tm(t)——齡期為 t 時(shí),混凝土的中心最高溫度,℃;
Tj——入模溫度,經(jīng)試驗(yàn)實(shí)測(cè),取值 28℃;
ζ(t)—— t 齡期混凝土的降溫系數(shù),按表 2 取值。
該筏板基礎(chǔ)厚度 1900mm、2200mm、2400mm,按最大值選取 2.5m 厚度不同齡期時(shí)的ζ 值。電梯井雖然厚度較大,但頂部及側(cè)面(坑內(nèi))外露,不單獨(dú)計(jì)算,加強(qiáng)測(cè)溫養(yǎng)護(hù)。
3.4 混凝土的表面溫度
Tb(t) = Tq + 4hˊ(H-hˊ)ΔT(t)/H2
式中:
Tb(t)——齡期為 t 時(shí),混凝土的表面溫度,℃;
Tq——齡期為 t 時(shí),大氣的平均溫度,取 32℃;
ΔT(t)——齡期為 t 時(shí),混凝土中心溫度與大氣的平均溫度之差,℃;
H——混凝土的計(jì)算厚度,m。
H = h + 2hˊ
h——混凝土的實(shí)際厚度,取 2.4m;
hˊ——混凝土的虛厚度,m。
hˊ= Kλ/β
λ——混凝土的導(dǎo)熱系數(shù),取 2.33W/(m2·k);
K——計(jì)算折減系數(shù),可取 0.666;
β——模板及保溫層的傳熱系數(shù),W/(m2·k)。
β=1/(Σδi/λi+1/βq)
δi——各種保溫材料的厚度,m;
λi——各種保溫材料的導(dǎo)熱系數(shù),W/(m·k);
βq——空氣層傳熱系數(shù),取 23W/(m2·k)。
該筏板基礎(chǔ)采用木模厚 0.015m;表面蓋塑料薄膜厚度 0.0003m;表面灑水覆蓋 0.01m。保溫材料導(dǎo)熱系數(shù)按表 3 取值。
3.5 計(jì)算與分析
根據(jù)以上公式及取值,可計(jì)算得出不同齡期時(shí),混凝土中心與表面的溫差和混凝土表面與大氣的溫差,具體數(shù)據(jù)見表4。
通過分析表 4,可知:
(1)入模溫度 28.0℃<30.0℃;
(2)最大絕熱溫升值 64.0-28.0=36.0℃<50.0℃;
(3)混凝土中心與表面的最大溫差為 23.4℃< 25.0℃;
(4)混凝土表面與大氣最大溫差 8.6℃<20.0℃;
(5)最大降溫速率 (58.2-46.4)/(18-12)=1.97℃< 2.0℃。
在 3~30d 齡期內(nèi),該筏板基礎(chǔ)混凝土各項(xiàng)溫度指標(biāo)均滿足 GB 50496—2018《大體積混凝土施工標(biāo)準(zhǔn)》規(guī)范要求。
4 結(jié)論
通過水化熱分析,可知該施工方案中的配合比選用及保溫養(yǎng)護(hù)措施是可行的。但此計(jì)算結(jié)果為理論設(shè)定計(jì)算結(jié)果,為確保大體積混凝土不出現(xiàn)溫度應(yīng)力裂縫,在實(shí)際施工時(shí)還應(yīng)嚴(yán)格控制混凝土入模溫度不超過30℃,并根據(jù)氣溫變化等實(shí)際情況,參考實(shí)際測(cè)溫?cái)?shù)據(jù)來控制保溫覆蓋材料的增減,及時(shí)對(duì)養(yǎng)護(hù)措施進(jìn)行調(diào)整。
參考文獻(xiàn)
[1] GB 50496—2018.大體積混凝土施工標(biāo)準(zhǔn)[S].
[2] 楊嗣信.高層建筑施工手冊(cè)[M].北京:建筑工業(yè)出版社,2017.
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