淺談大體積混凝土溫度場受不同因素的影響及選擇標(biāo)準(zhǔn)

趙云

（山西省長治市水利建筑工程處 046000）

淺談大體積混凝土溫度場受不同因素的影響及選擇標(biāo)準(zhǔn)

趙云

（山西省長治市水利建筑工程處 046000）

在對(duì)幾項(xiàng)工程的大體積混凝土的考察中發(fā)現(xiàn)，分析了不同環(huán)境的溫度、不同的模板材料、不同的截面尺寸對(duì)溫度場的影響，研究了大體積混凝土溫度場的變化規(guī)律，大體積混凝土模板選擇的標(biāo)準(zhǔn)和影響因素，讓實(shí)際的建設(shè)施工有了標(biāo)準(zhǔn)的根據(jù)，能夠讓大體積混凝土均衡強(qiáng)度并得到較快的發(fā)展。

混凝土；溫度場；大體積

目前來說，在建筑工程施工上采用的大體積混凝土的結(jié)構(gòu)是越來越頻繁，這種結(jié)構(gòu)因?yàn)榭諝獾臒釋?duì)流作用會(huì)讓混凝土的內(nèi)部和表面產(chǎn)生溫差，從而造成隨齡期變化的溫度場。分析后發(fā)現(xiàn)大體積混凝土的表面和內(nèi)部之間的溫差小，而內(nèi)部溫度高對(duì)增強(qiáng)實(shí)體強(qiáng)度是有幫助的，如果迅速的均衡強(qiáng)度既可以提早的拆除模板，而且還可以提快施工的速度和加快材料的周轉(zhuǎn)。現(xiàn)在國內(nèi)其實(shí)對(duì)大體積混凝土的溫度場的分析研究只有限于研究峰值時(shí)的溫度與表內(nèi)溫差的極值，然而影響溫度場不同的重要原因和如何減小內(nèi)外溫差以及如何確定模板材料選擇標(biāo)準(zhǔn)也是少之又少。

1 大體積鋼筋混凝土

對(duì)于大體積混凝土的定義，大部分國家都是依照自己本國的工程施工的以往經(jīng)驗(yàn)，制定了適合自己本國標(biāo)準(zhǔn)的定義。通過對(duì)比我們發(fā)現(xiàn)，這些定義主要是根據(jù)混凝土結(jié)構(gòu)的體積的大小、厚度尺寸大小、水泥多少的用量等來區(qū)別。另外國際預(yù)應(yīng)力協(xié)會(huì)認(rèn)為當(dāng)混凝土在澆筑時(shí)尤其是一次性澆筑超過尺寸的狀況下，尤其是在水泥的使用量達(dá)到或超過的時(shí)候，在這時(shí)必須采取措施讓它降溫。其實(shí)使用水化放熱速率較為緩慢的水泥也不失為一種明智的選擇。在我國對(duì)于大體積混凝土的相關(guān)說明在已經(jīng)發(fā)表的《大體積混凝土施工規(guī)范》中解釋的比較清楚了。在中國對(duì)這項(xiàng)定義的解釋，是根據(jù)實(shí)體的結(jié)構(gòu)的最小尺寸和是否會(huì)產(chǎn)生嚴(yán)重的裂縫來作為區(qū)別標(biāo)準(zhǔn)的。

2 大體積鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)

大體積鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)有幾個(gè)特點(diǎn)：其中材料就是由水泥、粗細(xì)骨料和水?dāng)嚢瓒M成的，混凝土在硬化之后就具備了天然的石材的性質(zhì)，它的抗壓強(qiáng)度變高，但抗拉強(qiáng)度卻變的比較低。當(dāng)混凝土澆筑剛完成，初期形成強(qiáng)度的時(shí)候，因?yàn)樗嗟乃饔茫瑢?huì)釋放大量的熱量。由于它的導(dǎo)熱性作用不高，而且散熱的作用不太明顯，因此大體積混凝土的內(nèi)部，溫度將會(huì)明顯升高，所以混凝土的內(nèi)部體積會(huì)出現(xiàn)比較明顯的膨脹。然而在往后的降溫中，由于混凝土已經(jīng)形成一定的強(qiáng)度，彈性的模量將變大，在各種條件的約束下，在升溫過程中導(dǎo)致的體積膨脹就開始復(fù)原，所以就會(huì)引起比較大的拉應(yīng)力。環(huán)境溫度對(duì)大體積混凝土具有巨大的影響，尤其是表層的混凝土，經(jīng)常直接和大氣或水相接觸，造成溫度的波動(dòng)比較大。因此就很容易會(huì)出現(xiàn)的內(nèi)外溫差較大的情況。加之外部環(huán)境的溫度變化，也會(huì)引起十分大的拉應(yīng)力。所以，這也是造成混凝土的表面有裂縫的重要原因之一。在一般的情況下，比較常見的混凝土結(jié)構(gòu)的內(nèi)部鋼筋可以承受局部的應(yīng)力，但是對(duì)于大體積混凝土來說，大都在表面設(shè)有鋼筋，它的內(nèi)部并不設(shè)有受力筋。所以一旦混凝土的內(nèi)部產(chǎn)生拉應(yīng)力時(shí)，混凝土的內(nèi)部就更容易出現(xiàn)微裂縫，從而甚至產(chǎn)生貫通的裂縫。

3 大體積鋼筋混凝土的溫度場

溫度是一個(gè)被用來描述物體的冷熱程度的物理用詞。就大體積混凝土的結(jié)構(gòu)而言，只用一個(gè)溫度值是不能準(zhǔn)確的表示整個(gè)結(jié)構(gòu)的冷熱狀態(tài)的。所以，必須引用溫度場這一概念來表示大體積混凝土結(jié)構(gòu)內(nèi)部的溫度狀況。溫度場的定義是指把混凝土內(nèi)部在某一時(shí)刻所有點(diǎn)的溫度值連接起來，這時(shí)就叫做對(duì)應(yīng)某時(shí)的混凝土溫度場。

當(dāng)環(huán)境溫度不斷升高，混凝土中心和表面的溫度也將會(huì)有所升高，從而混凝土的整體強(qiáng)度也會(huì)得到較快的發(fā)展。當(dāng)混凝土的溫度不斷升高，混凝土的強(qiáng)度的加強(qiáng)速度也會(huì)變快，然而當(dāng)混凝土的內(nèi)外溫差繼續(xù)變大，直到出現(xiàn)了峰值溫度，產(chǎn)生內(nèi)外溫差最大值，到這個(gè)階段了混凝土的整體強(qiáng)度就不能得到均衡的發(fā)展，當(dāng)溫度開始下降時(shí)候，混凝土的內(nèi)外溫差不斷縮小，這個(gè)時(shí)候混凝土的整體強(qiáng)度比溫升時(shí)候發(fā)展的更加均衡。

在相同環(huán)境溫度情況下，保溫模板、鋼模板的混凝土中心與混凝土表面溫度的極大差值依次增大，其中鋼模板的中心與表面溫度的差值一般都會(huì)超過20℃。保溫模板之所以叫做保溫模板是因?yàn)樗谋刈饔米蠲黠@。表面與混凝土的中心溫度最高，內(nèi)外溫差最小。其中在同種模板材料下，如果厚度的增加也能夠使混凝土的模板保溫效果得到增加。

4 大體積鋼筋混凝土溫度應(yīng)力

因大體積混凝土結(jié)構(gòu)的體積和厚度都比普通的要大，所以導(dǎo)致混凝土的表面和內(nèi)部的散熱條件具有明顯的不同。表面的混凝土和大氣接觸的表面積比內(nèi)部的大，散熱條件好，它的熱量一般可以直接散發(fā)到大氣里去，因此大體積混凝土由于水化熱而造成的表面的溫升情況比較少。又由于大體積混凝土的內(nèi)部與表面有溫差的存在，這樣導(dǎo)致混凝土結(jié)構(gòu)溫度的變形情況不一樣，混凝土結(jié)構(gòu)就不能自由的伸縮變形，它的內(nèi)部就會(huì)產(chǎn)生應(yīng)力。這種因?yàn)闇囟茸冃尾灰恢略诨炷羶?nèi)部被約束而造成的拉應(yīng)力被定義為溫度應(yīng)力。其中溫度應(yīng)力一般可以分為這兩種：①當(dāng)混凝土在冷卻時(shí)，表面和內(nèi)部出現(xiàn)溫差。由于混凝土本身約束的存在，表層的混凝土的收縮會(huì)受到阻礙，從而造成表面拉應(yīng)力。但是當(dāng)混凝土內(nèi)部的溫度較高時(shí)，會(huì)導(dǎo)致膨脹變形，也會(huì)出現(xiàn)壓應(yīng)力。②鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)自身具有相互約束的特性，因而產(chǎn)生的的應(yīng)力，被叫做自生應(yīng)力。

5 模板材料的選擇標(biāo)準(zhǔn)

對(duì)于模板材料的選擇需要不僅要考慮模板材料，模板的厚度還要考慮環(huán)境溫度變化的因素，這樣才能更好的有利于縮小大體積混凝土的表內(nèi)溫差、提高體內(nèi)的溫度，促進(jìn)混凝土的強(qiáng)度均衡發(fā)展、促使其快速發(fā)展。經(jīng)過上述的分析，針對(duì)環(huán)境的溫度差異、模板材料的不同和厚度不同、截面尺寸大小的不同等影響原因，提出了大體積混凝土結(jié)構(gòu)建設(shè)模板的選擇建議。

對(duì)于模板選擇的原則應(yīng)該要有利于混凝土內(nèi)部強(qiáng)度的均衡發(fā)展和快速發(fā)展。強(qiáng)度的均衡性主要表現(xiàn)在混凝土內(nèi)部結(jié)構(gòu)強(qiáng)度增長的一致性，一般當(dāng)表面與中心溫度的溫差較小時(shí)，這樣就能夠使大體積混凝土的強(qiáng)度得到較好的均衡發(fā)展，其中混凝土的較快性主要表現(xiàn)在大體積混凝土整體結(jié)構(gòu)強(qiáng)度的發(fā)展趨勢比普通混凝土結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度發(fā)展的速率要快，一般在混凝土的整體溫度比較高時(shí)，才有利于大體積混凝土的強(qiáng)度得到更好的發(fā)展。

在相同的環(huán)境溫度條件下，其中保溫模板的混凝土中心與表面溫度的差值比竹膠合板和鋼模板最大溫差值要小。其中鋼模板的最大溫差值是最大的，由于鋼模板的內(nèi)部與表面溫度差值比較大，所以不滿足內(nèi)外溫差要求，因此我們?cè)诠こ探ㄔO(shè)中一般不采用鋼模板來作為大體積混凝土的模板。對(duì)于大體積混凝土的工程，我們應(yīng)該在選擇模板的條件時(shí)采用要使混凝土在澆筑后保持7d表面溫度大于20℃，中心與表面的溫差小于20℃。其中混凝土的溫升和溫降過程一般會(huì)體現(xiàn)在混凝土澆筑完的7d，在這期間對(duì)混凝土的強(qiáng)度的均衡發(fā)展的作用較為明顯。所以在大體積混凝土澆筑的7d內(nèi)我們要著重注意。防止暴雨等自然災(zāi)害對(duì)其的影響，適當(dāng)?shù)牟捎煤线m的材料模板對(duì)大體積混凝土進(jìn)行保護(hù)。

6 結(jié)語

由于大體積混凝土的結(jié)構(gòu)具有以上這些特點(diǎn)，所以在大體積混凝土的結(jié)構(gòu)澆筑中，應(yīng)該要求不能出現(xiàn)拉應(yīng)力或較小的拉應(yīng)力，處理自重和水壓力等外部的荷載這一點(diǎn)其實(shí)并不是很困難。在實(shí)踐中發(fā)現(xiàn)，許多大體積的混凝土結(jié)構(gòu)在建設(shè)期間就已經(jīng)出現(xiàn)了裂縫，因此我們應(yīng)該從更高的起點(diǎn)對(duì)大體積混凝土的溫度應(yīng)力問題進(jìn)行分析。

[1]張衍龍.不同因素對(duì)大體積混凝土溫度場的影響及模板選擇標(biāo)準(zhǔn)[J].施工技術(shù)，2010（10）：93～96.

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TU755

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1004-7344（2016）16-0329-02

2016-5-19