大体积混凝土施工中表面保温
和志发,陈卫国
(连云港开发区建设工程监理公司,江苏连云港222047)
摘 要:对于严寒地区寒潮是大体积混凝土产生裂缝的主要原因。因此,表面保温尤为重要,本文从寒潮引起的混凝土表面温度及应力变化讨论了大体积混凝土的表面保温及防裂问题。并介绍了一种有效的保温方法。
关键词:大体积混凝土;冬季施工;表面保温
中图分类号: TU755.8文献标识码: B
1 概述
大体积混凝土发生裂缝主要是温度裂缝和干缩裂缝。除混凝土本身的抗裂性外,混凝土内外温度差引起的超过抗拉极限的温度裂缝是防止大体积混凝土产生裂缝的重要部分。大体积混凝土产生裂缝90%以上是表面裂缝,而大多数发生在气温较低或寒潮袭击的早期,从裂缝发生的部位看大多数为侧面裂缝约占裂缝总数的60%~70%。如葛洲坝一期5个主要建筑物、龙羊峡工程部分统计资料见表1。
表1表明混凝土裂缝侧面约占总数的66%,水平面裂缝为34%。因此,对混凝土侧面保护尤为重要。本文拟从混凝土产生裂缝的诸多原因中取寒潮引起混凝土表面的温度及应力变化来讨论大体积混凝土的表面保温及防裂问题。
为防止寒潮产生的混凝土裂缝在混凝土表面覆盖保温材料是行之有效的措施,国内外水电工程都有许多成功的经验。由于各个工程的情况不近相同,对于保温标准尚无统一的规范,但国内外工程施工对热交换系数β值提出了要求,如美国科贝坝要求β≤0.002 0 W/(m2·K),前苏联筑坝冬季施工β≤0.002 5~0.003 7W/(m2·K)。国桓仁地处严寒地区,多年平均气温6.3℃,一月份平均气温为-15.5℃,平均每年寒潮19次,最大气温降幅13.6℃,据此要求β≤0.008 5 W/(m2·K)。
龙羊峡工程地处青藏高原,年平均气温5.8℃,最高气温34.1℃,最低气温-30.9℃,月平均最低气温-9.3℃,年平均寒潮12次,寒潮往往伴随大风(全年6级以上大风有80次之多),最大寒潮降温16℃。据此工程设计强调对重要部位混凝土加强表面保温,要求混凝土热交换系数β≤0.004 2 W/(m2·K),新浇混凝土<0.004 2W/(m2·K)。
针对混凝土侧面产生裂缝较多这一情况,先后采用了挂草袋、保温被等措施,虽然能保证要求,但施工难度大且不经济。后采用保温钢模板(在钢模板凹槽内粘结泡沫塑料)对混凝土侧面进行保温,这种作法具有制作简单,施工方便,保温效果好等优点。
2 保温层厚度确定
龙羊峡地区混凝土表面与空气热交换系数(βC)为0.084 W/(m2·K),泡沫塑料导热系数(λ) 0.000 1 W/(m2·K),设计要求β≤0.004 2W/(m2·K)。代入δ=λ/βC(βC/β-1) ,得δ=0.029 m。
考虑到其它不利因素,取保温层厚度为5 cm,并在主坝侧面位置距混凝土表面分别为0、10、20 cm处埋设电子温度计进行了长期试验观测。根据观测资料龄期60 d内共发生3次寒潮观测结果见表2。
观测结果表明:保温钢模板能削减寒潮85%, 20 cm处削减达97%以上,说明寒潮只对混凝土表面产生影响,引起较大的温度梯度,容易使混凝土产生表面裂缝,这一成果与其它工程观测结果相接近。另外混凝土表面初期仍按水化热过程发展4 d成熟度达1 950℃·h,即满足规范混凝土受冻条件。根据寒潮引起的混凝土表面温度变化进行反算取平均值保温钢模板下混凝土表面热交换系数β=0.004 1 W/(m2·K)。工程实际采用β=0.004 2 W/(m2·K)。
3 寒潮引起的温度徐变应力
根据文献[1]提出的寒潮引起的温度徐变应力计算方法对3次寒潮情况下(1)混凝土表面裸露;(2)有保温钢模板保温的温度应力进行计算:
3.1 表面裸露
3.2 保温钢模板表面
混凝土表面保温钢模板情况下的表面热交换系数β=0.004 2 W/(m2·K),代入计算其结果见表3。
从表3可以看出寒潮引起的混凝土表面拉应力的确比较大,也是引起裂缝发生的重要原因。在采用保温钢模板后,拉应力降低74%~79%。因此,为了防止混凝土表面裂缝的发生,应十分重视大体积混凝土表面保温。
混凝土产生裂缝的原因是表面拉应力超过相应龄期的混凝土抗拉强度,而表面拉应力主要由水化热和初始温差以及有寒潮袭击时的温度徐变应力组成。混凝土坝一般是分块、分层浇筑的,由于分层的影响,浇筑块中的各层温度不同,弹性模量也不同。加上浇筑温度和外界气温等变化,浇筑块中的温度应力变化是十分复杂的。水化热和初始温差形成的温度徐变应力的控制一般通过进行一期冷却(降低最高温升)控制浇筑温度及表面保温来实现。而寒潮引起的混凝土表面温度徐变应力则由控制混凝土表面的热交换系数β来实现。根据实测资料进行计算,保温钢模板混凝土表面热交换系数β=0.004 1 W/(m2·K),而设计要求混凝土热交换系数β≤0.004 2W/(m2·K)。因此,从保温方面来讲保温钢模板满足了设计要求,有效地控制了坝体混凝土的表面开裂,效果是好的。
大体积混凝土发生裂缝的原因极为复杂,其影响因素包括原材料方面、结构方面、施工条件、混凝土质量、混凝土标号、外温变化、温度变化等因素。但寒潮是产生表面裂缝的主要原因,一般发生在混凝土7~40 d龄期内。因此,在大体积混凝土施工时,应十分重视表面保温工作,尤其是早期和发生裂缝较多的侧面。根据保温钢模板的保温效果和削减表面拉应力的情况看,不失为一种制作简单、施工方便、保温效果好的施工方法。
参考文献
[1] 朱伯芳.寒潮引起的混凝土温度应力计算[J].水力发电, 1985(3):13-18
[2] 陈聿伦.龙羊峡水电站主坝混凝土温度设计.[J]水力发电, 1987(9):59-62.
[3] 和志发.龙羊峡工程混凝土温度控制措施及裂缝分析[J].水利水电施工, 1989(2):33-39. |
