大体积混凝土底板温度裂缝控制技术研究_刘凯.pdf

工程应用Engineering Application61总165期 2023.03 混凝土世界引言混凝土裂缝的出现，会导致混凝土结构承载力下降，而混凝土底板一旦存在裂缝就会增加渗水、漏水的风险，同时裂缝还会引起和加剧钢筋的腐蚀、渗漏等。裂缝给混凝土结构带来一系列劣化效应，降低结构整体性能，严重影响构筑物的安全运行。对于土建构筑物来说，混凝土结构中由非荷载引起的“非荷载裂缝”约占裂缝总数的80%，其中混凝土的收缩裂缝又在“非荷载裂缝”中占绝大部分。收缩裂缝主要是由于混凝土收缩变形受到约束引起的，温度变化是导致混凝土收缩变形的主要因素之一1。由于混凝土是热的不良导体，自身的导热条件很差，采取降温措施控制混凝土温升，对提高施工质量和混凝土抗裂性、耐久性十分重要。当前国内外仍然以提高粉煤灰掺量、使用中低热水泥、铺设冷却水管、骨料预冷等传统方法降低混凝土温度2，但传统的降温方法大多会对混凝土性能造成不利影响。提高粉煤灰掺量会导致混凝土早期强度差、抗碳大体积混凝土底板温度裂缝控制技术研究刘凯1刘虎2向姚尧1许文浩11.国网湖北送变电工程有限公司 湖北 武汉 4300612.广东粤盛特种建材有限公司 广东 惠州 516820摘 要：裂缝是土建工程中混凝土结构面临的最大问题。通过在大体积底板混凝土中掺入水化热抑制剂，调控水泥水化历程，减小混凝土温度收缩，进而减小混凝土温度裂缝出现概率。本文以武汉某地下室的大体积混凝土底板为例，应用温度裂缝控制技术，将混凝土温峰保持在40以下，经过后期观测，混凝土未出现贯穿性有害裂缝。为进一步验证大体积混凝土底板温度裂缝控制技术的应用效果，根据实测数据，采用Midas civil软件中的水化热分析模块，对混凝土底板进行有限元分析，温度云图显示，降温过程中结构内部没有产生较大的温度梯度，混凝土温度收缩小；温度裂缝系数显示，混凝土升温、降温阶段开裂风险均很低，说明大体积混凝土底板温度裂缝控制技术可调控混凝土温度收缩，降低混凝土开裂风险。关键词：地下工程；大体积混凝土；底板；水化热抑制剂；温度裂缝控制Research on Temperature Crack Control Technology of Mass Concrete Bottom SlabAbstract:Crack is the biggest problem of concrete structure in civil engineering.By addinghydration heat inhibitor into mass concrete,the hydration process of cement is regulated,and the temperature shrinkage of concrete is reduced,thus reducing the probability of temperature cracks in concrete.The temperature crack control technology was applied to the mass concrete bottom plate of a basement in Wuhan,and the temperature peak of the concrete was below 40.After observation,no harmful cracks were found in the concrete.In order to further verify the application effect of temperature crack control technology of mass concrete floor,according to the measured data,the hydration thermal analysis module of Midas civil software is used to carry out finite element analysis of concrete floor.The temperature cloud map shows that there is no large temperature gradient inside the structure during the cooling process,and the temperature of concrete shrinks.The temperature crack coefficient shows that the cracking risk of concrete is very low at both temperature rise and temperature drop stages,indicating that the temperature crack control technology of mass concrete floor can regulate the temperature shrinkage of concrete and reduce the cracking risk of concrete.Key words:Underground concrete work;mass concrete;bottom slab;hydration heat inhibitor;temperature crack control收稿日期：2022-11-9第一作者：刘凯，1988年生，硕士，工程师，研究方向为电力工程土建建设，E-mail：工程应用Engineering Application62CHINA CONCRETE 2023.03 NO.165化性能和护筋性差；中低热水泥产量低无法满足所有大体积混凝土工程需求；通冷却水时形成的冷击容易造成管间裂缝，等等。由此可见，亟需一种对混凝土性能无不良影响且能满足大体积混凝土工程需求的新的降温方法3。大体积混凝土底板温控抗裂技术可有效降低混凝土温度，降低混凝土开裂风险。通过在大体积混凝土底板中掺入水化热抑制剂调控水泥水化历程，降低混凝土内部温升、内外温差，辅以恰当的养护措施，可以降低混凝土的开裂风险4。在武汉某项目应用大体积混凝土底板温控抗裂技术，混凝土底板未出现有害裂缝。并根据工程实测数据，采用Midas civil 软件中的水化热分析模块进行有限元分析，得到了混凝土温度收缩小、混凝土升温及降温阶段开裂风险均很低的结论，验证了大体积混凝土底板温控抗裂技术的应用效果。1 工程概况武汉某工程，其基坑深度超过18m，总建筑面积将近10000m2。底板采用钢筋混凝土结构，底板尺寸为83.8m40.8m1.35m。混凝土中的胶凝材料和水发生水化反应时，会放出大量水化热，导致混凝土内部温度升高。混凝土是热的不良导体，该工程底板结构厚、体积大，混凝土散热性能差。混凝土热胀冷缩，内部温度的攀升使混凝土产生热胀。在降温过程中，混凝土表面温度散失过快，内部温度因混凝土导热性能不佳而难以散失，因此形成温度梯度，较大的温差造成内部与外部热胀冷缩的程度不同，使混凝土表面产生较大的温度应力，导致混凝土出现体积收缩。混凝土收缩过大，容易产生贯穿性裂缝，导致混凝土结构开裂，影响底板的防水效果。水化热抑制剂可调节水泥水化反应历程，降低混凝土内部温峰，进而减少混凝土温度收缩。为避免混凝土因温度收缩过大导致开裂，该项目应用水化热抑制剂来调节混凝土温度。2 试验部分2.1 试验材料试验所用材料的类型及来源见表1。HHC-S水化热抑制剂掺入混凝土中，可显著抑制水泥水化进程，延缓混凝土内部升温速度、降低水化温峰并延迟温峰出现时间，有效抑制或减少混凝土温度收缩裂缝。其特点如下：（1）温控效果明显：早期水泥水化热可降低约20%以上，混凝土内部水化温升降低610，明显延迟温峰出现时间。（2）性能可调控：可根据使用环境条件（地区、温度、湿度等）不同及混凝土结构尺寸不同，设计产品特性，灵活地调控混凝土内部水化历程，满足不同施工条件的各类工程。（3）适应性好：本产品与常规水泥、掺合料、其他外加剂等材料适应性良好，对混凝土施工性能、凝结时间影响小。（4）提高混凝土中后期强度：能在一定程度上促进水泥中C3S和C2S颗粒的中后期水化，提高混凝土中后期强度。2.2 配合比及试验方法2.2.1 配合比根据项目设计的C35P8混凝土配合比进行试验。水化热抑制剂掺量为胶凝材料总量的1%，具体配合比见表2。表 1 试验材料材料水水泥矿粉粉煤灰膨胀剂砂碎石减水剂水化热抑制剂规格型号自来水PO 42.5S95II级UEA中砂525mm聚羧酸系HHC-S厂家拌合站华新武新阳逻电厂武汉三源咸宁阳新源锦科技广东粤盛 表 2 C35P8混凝土配合比 kg/m3水水泥矿粉粉煤灰膨胀剂中砂碎石减水剂水化热抑制剂16821095413478610403.423.8工程应用Engineering Application63总165期 2023.03 混凝土世界2.2.2 试验方法（1）水化热抑制剂降温效果验证：在混凝土正式浇筑前，水化热抑制剂厂家在工地实验室利用项目原材料进行混凝土温度试验，验证水化热抑制剂降温效果。（2）混凝土浇筑与温度数据监测：在验证水化热抑制剂降温效果，确定水化热抑制剂可降低混凝土温度后，进行大体积混凝土底板浇筑。混凝土于2020年1月份浇筑，在浇筑过程中，将底板分为A、B、C这3个区域依次浇筑。A区尺寸为30.85m40.8m1.35m，B区尺寸为29.55m4 0.8m1.35m，C区尺寸为19.4m40.8m1.35m，在A、B、C之间设置了2条加强带，加强带长度均为2m。在混凝土于商混站内搅拌时掺入水化热抑制剂，掺量为胶凝材料总质量的1%，掺入方式为内掺。混凝土浇筑前预埋温度传感器，采集温度数据，时刻跟踪混凝土的温度，同时记录环境温度和养护水温，为拆模和养护提供数据支持。（3）有限元分析：混凝土温度监测完成之后，根据实测数据，采用Midas civil软件中的水化热分析模块，对混凝土底板进行有限元分析。本项目混凝土底板结构尺寸为83.8m40.8m1.35m，混凝土底板浇筑在地基上，为使模型计算结果更贴近现实施工，模型中还包含了1.5m厚的地基，根据轴对称性，取实体的1/4作为几何模型，如图1所示。导出水化热分析模块生成的各龄期混凝土温度云图，分析混凝土内部温度梯度，判断混凝土温度收缩大小；生成各龄期开裂区域分布云图，判断混凝土开裂风险大小。3 结果与分析3.1 水化热抑制剂降温效果验证根据表2的混凝土配合比，设置未添加水化热抑制剂的空白仓和抑制剂仓，监测空白仓、抑制剂仓浇筑后混凝土的温度数据。水化热抑制剂降温效果验证试验结果见表3。由表3可知，空白仓混凝土温峰为53.5，抑制剂仓混凝土温峰为36.8，抑制剂仓较空白仓温峰降低了16.7；空白仓混凝土内部温升为40.5，抑制剂仓混凝土内部温升为23.6，抑制剂仓较空白仓温升降低了16.9，温升降低率为41.7%。由此可知，水化热抑制剂可明显降低混凝土温度，降低混凝土温升。3.2 大体积混凝土底板温度监测混凝土浇筑完成后，分别对A、B、C区域混凝土进行温度监测，根据测得的混凝土温度数据，绘制混凝土温升曲线。图2图5分别为A、B、C区域混凝土的中心温度变化趋势、上表面温度变化趋势、下表面温度变化趋势及各龄期的里表温差变化趋势，表4表7分别为对应的温峰（差）及温峰（差）时间。由表4可知，A、B、C这3个区域混凝土中心温度分别为35.5、38.8、36.5，均低于40，依据混凝土中心、表层温度计算混凝土内外温差，可知B区混凝土内外温差最大，为17.7。GB 504962018大体积混凝土施工标准规定大体积混凝土里表温差不宜超过25，本项目各区混凝土内外温差均满足GB 504962018的技术要求。2021年4月，项目部对混凝土进行检测，所