混凝土温度控制标准与抗裂要求分析

(一)温度控制标准

1.基础温差控制标准

当基础混凝土极限拉伸值不低于0.85×10-4(常态混凝土28d龄期时)和0.8×10-4(碾压混凝土90d龄期时),垫层常态混凝土浇筑层厚1m,间歇7～9d,其上浇筑碾压混凝土均匀连续上升(升程1.5～6m,间歇期3～5d)时,各坝段混凝土的基础允许温差规定见表3-3-1。

表3-3-1　基础允许温差　单位:℃

注 L 为浇筑块最大边长,m。

2.上下层温差控制标准

上下层温差是指在老混凝土面(龄期超过28d)上下各L/4范围内,上层混凝土最高平均温度与新混凝土开始浇筑时下层实际平均温度之差。对常态及碾压混凝土层间出现长间歇,上、下层允许温差分别取16～18℃及10～12℃,当浇筑块侧面长期暴露时,上、下层允许温差应分别取其小值。

3.内外温差控制标准

坝体内外温差不大于20℃,为便于施工管理,应控制混凝土的最高温度不超过允许值。坝体碾压混凝土和常态混凝土各月允许的最高温度见表3-3-2和表3-3-3。

表3-3-2　碾压混凝土允许最高温度值

表3-3-3　常态混凝土允许最高温度值

碾压混凝土温控标准见表3-3-4。

表3-3-4　碾压混凝土温控标准汇总表

注 1.表中L 为混凝土浇筑块的最大边长。
2.浇筑温度系指碾压混凝土碾压完毕,覆盖上层混凝土前,离混凝土表面深10cm 处的混凝土温度。
3.在12月至次年2月低温季节浇筑时段,混凝土浇筑温度可为自然入仓温度。

4.混凝土表面保护标准

(1)如遇气温骤降,应随时覆盖,当预计日平均气温在2～3d内连续下降超过6℃时,对90d龄期内的混凝土表面(非永久面),要求等效放热系数不大于10kJ/(m2·h·℃)。可采用保温被或4cm 厚聚苯乙烯泡沫塑料板保温。

(2)当预计气温日变幅大于7.5℃时,不得在夜间拆模。

(3)低温季节,如预计拆模后混凝土表面温降大于6℃时,应推迟拆模时间,否则拆模后应立即覆盖保温材料,要求等效放热系数不大于16.75kJ/(m2·h·℃),可采用双层气垫薄膜保温。当气温降至0℃以下时,龄期在7d以内的混凝土外露面(包括施工仓面),也要求等效放热系数不大于16.75kJ/(m2·h·℃)。浇筑仓面应边浇筑边覆盖。新浇的仓位应推迟拆模时间,如必须拆模时,应在8h内予以保温。

(4)坝体上游面,应随坝体的上升粘贴或喷涂耐久的保温材料,要求等效放热系数不大于7.3kJ/(m2·h·℃),可采用4cm 厚聚苯乙烯泡沫塑料板保温,保温时间直到水库蓄水前;下游面、长期暴露的侧面也需进行表面保护,要求等效放热系数不大于10.0 kJ/(m2·h·℃),同样可采用4cm 厚聚苯乙烯泡沫塑料板保温。

(5)所有坝体棱角和突出部位的保温标准应较其相邻的平面部位要求严格,要求等效放热系数值不大于(2.1～4.2)kJ/(m2·h·℃)。

(6)9月至次年4月应对孔洞进行封堵(如对底孔、廊道孔口、电梯井口)。对暂没有形成封闭孔洞而不能通过封堵进出口进行保温的孔洞侧面和过流面,以及各溢流坝段和底孔坝段的墩墙、牛腿等结构部位的混凝土也需进行保温,要求等效放热系数均不大于10.0kJ/(m2·h·℃),可采用保温被保温。

(7)大坝过水缺口的表面保护。缺口侧面当混凝土龄期未达到14d时,暂不拆除模板,以防冲刷。

(二)温度控制抗裂要求

碾压混凝土坝是一种大体积混凝土结构,由于荷载因素及非荷载因素或其他各种原因,可能会出现裂缝。在正常使用荷载作用下,凡是拉应变大于混凝土极限拉伸值的地方,就会出现裂缝;温度的变化等非荷载因素也会导致碾压混凝土产生裂缝。

DL5108—1999 《混凝土重力坝设计规范》规定,基础混凝土温度应力按混凝土极限拉伸控制如下

式中 εps——混凝土极限拉伸的标准值,即保证率为80%的极限拉伸值;(www.xing528.com)

Es——混凝土弹性模量的标准值,即保证率为80%的弹性模量值;

γd3——结构系数,取1.50;

γ0——结构重要性系数,当结构安全级别为Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ时,分别取γ0=1.1、1.0、0.9,对龙滩大坝,取γ0=1.1。

混凝土弹性模量标准值Es 和极限拉伸标准值εps分别为

式中 E——混凝土平均弹性模量;

εp——混凝土平均极限拉伸;

δE——混凝土弹性模量离差系数;

δε——混凝土极限拉伸离差系数;

0.842——保证率为80%的概率度系数。

把式(3-3-2)、式(3-3-3)代入式(3-3-1),得到

其中

从已有试验结果来看,高标号混凝土强度的离差系数小,低标号混凝土强度的离差系数大(因平均强度小)。抗压强度的离差系数小,抗拉强度的离差系数大。从三峡二期工程施工检测结果看,抗压强度离差系数大多在0.15～0.20 之间,兹取δE=0.15、δε=0.20、γ0=1.1、γd3=1.50,代入式(3-3-5),得到

图3-3-1　实测抗拉强度Rt 与虚拟抗拉强度R′t=Eεp

由于式(3-3-4)中采用的是室内试件的极限拉伸值,考虑到尺寸效应及湿筛影响等因素,从已有实际资料来看,大坝实际极限拉伸约为室内试验值的0.60倍,故实际大坝混凝土的安全系数约为2.27×0.60=1.36。

如图3-3-1所示,由轴心受拉或劈裂试验得到的实测抗拉强度为Rt,虚拟抗拉强度为R′t,R′t=Eεp。由图3-3-1可见,受σ—ε曲线的非线性影响,由Eεp 所求的虚拟抗拉强度比实际抗拉强度高。

取K=2.27,由式(3-3-4)可得到龙滩大坝允许拉应力,如表3-3-5所示。

表3-3-5　龙滩大坝允许拉应力(按DL 5108—1999)　单位:MPa

设计要求的劈裂强度和轴向抗拉强度如表3-3-6所示。

表3-3-6　劈裂强度和轴向抗拉强度　单位:MPa

取K=1.80,直接由混凝土劈裂强度和轴向抗拉强度计算的允许拉应力见表3-3-7。

表3-3-7　由劈裂强度和轴向抗拉强度计算的允许拉应力(K=1.80)　单位:MPa