CN109782825B

CN109782825B - 一种混凝土构件裂缝控制方法

Info

Publication number: CN109782825B
Application number: CN201811650793.6A
Authority: CN
Inventors: 龚叶锋; 王洪新; 田培云; 赵亮; 商涛平; 李磊
Original assignee: Shanghai Urban Construction Prefabricated Components Co ltd
Current assignee: Shanghai Urban Construction Prefabricated Components Co ltd
Priority date: 2018-12-31
Filing date: 2018-12-31
Publication date: 2021-12-14
Anticipated expiration: 2038-12-31
Also published as: CN109782825A

Abstract

本发明涉及预制构件裂缝控制技术领域，尤其是一种混凝土构件裂缝控制方法，其特征在于：建立混凝土预制构件的开裂风险评估模型，根据所述开裂风险评估模型计算出所述混凝土构件的不开裂最低表面温度值，根据所述不开裂最低表面温度值对所述混凝土构件进行养护。本发明的优点是：方法简单，在有效控制混凝土裂缝的情况下节约能耗；可实时监测混凝土构件表面的温度；自动化程度高，节约人力。

Description

一种混凝土构件裂缝控制方法

技术领域

本发明涉及预制构件裂缝控制技术领域，尤其是一种混凝土构件裂缝控制方法。

背景技术

目前，在装配式桥梁预制大型立柱（或盖梁）生产中，常常会涉及到大体积混凝土预制构件的生产，与常规预制构件生产相比，大体积混凝土预制构件存在水化温升与内外温差大的特点，构件容易开裂的问题，且难以用简单、易操作的方法解决。

市面上为解决混凝土构件开裂问题采用的手段是：通过调整混凝土弹性模量、抗拉强度、收缩随时间的发展规律以及混凝土的绝热温升曲线使得混凝土的安全系数满足要求，实施该技术需要不断进行试验，效率低；另外一种手段是覆膜养护，由于该手段无法检测到混凝土构件的内外温差，对于裂缝的防治效果也不尽人意。

发明内容

本发明的目的是根据上述现有技术的不足，提供了一种混凝土构件裂缝控制方法，通过大体积混凝土预制构件开裂风险评估模型计算出混凝土构件的不开裂最低表面温度值，并依据该值判断对混凝土构件的养护方式。

本发明目的实现由以下技术方案完成：

一种混凝土构件裂缝控制方法，用于控制所述混凝土构件在预制过程中产生裂缝的问题，其特征在于：建立混凝土预制构件的开裂风险评估模型，根据所述开裂风险评估模型计算出所述混凝土构件的不开裂最低表面温度值，根据所述不开裂最低表面温度值对所述混凝土构件进行养护。

所述养护指的是加热养护，对所述混凝土构件的表面温度实时监测，并根据监测到的所述混凝土表面温度与所述使混凝土构件不开裂的最低表面温度值判断加热养护的起始和停止时间；当所述表面温度小于其不开裂最低表面温度值时，进行加热；当所述表面温度大于等于所述不开裂最低表面温度值时，停止加热。

在计算所述使混凝土构件不开裂的最低表面温度值前，先计算所述混凝土构件在预制过程中的开裂风险系数，通过所述开裂风险系数判断养护方式为覆盖养护或加热养护。

所述不开裂最低表面温度值及所述开裂风险系数均由所述开裂风险评估模型根据构件尺寸、构件配合比、混凝土胶凝材料绝热温升、构件混凝土抗拉强度标准值f_tk(t) 、弹性模量E(t)与龄期的函数关系计算得出。

所述开裂风险系数的计算公式为：

式中：σ(t)为龄期为t时，因混凝土浇筑体里表温差产生的约束拉应力的累计值(MPa)；f_tk(t)为构件混凝土抗拉强度标准值。

式中：ɑ为混凝土的线膨胀系数；ΔT_1i(t)为龄期为t时，在第i计算区段混凝土浇筑体里表温差的增量(℃)； E_i(t)为第i计算区段，龄期为t时，混凝土的弹性模量(N/mm²)；H_i(t,τ)为在龄期为t时，第i计算区段产生的约束拉应力延伸至t时的松弛系数。

式中：j为第i计算区段步长(d)；ΔT₁(t)为龄期为t时，混凝土浇筑体的里表温差（℃）。

式中：ΔT₁为龄期为t时，混凝土浇筑体的里表温差（℃）；T_m(t)为龄期为t时，混凝土浇筑体内的最高温度，可通过温度场计算求得；T_b(t)为龄期为t时，混凝土浇筑体的表层温度，可通过温度场计算，或实测得到（进行主动加热养护时）。

所述使混凝土构件不开裂的最低表面温度值的计算公式为：

即：

当取η<0.7时：

可以根据此计算出使混凝土不开裂的ΔT_1i(t)的最大值ΔT_{li max}(t)，而

即：

通过上述计算，可以计算出使得混凝土不开裂时的最低表面温度值T_bmin(t)。

依据所述开裂风险评估模型计算出所述开裂风险系数，并依据所述开裂风险系数判断出养护方式为覆盖养护或加热养护，采用加热养护时，所述开裂风险评估模型计算出所述不开裂最低表面温度值，实时监测预制构件的表面温度，并根据所述表面温度与使所述不开裂最低表面温度值的差值，控制加热状态。

本发明的优点是：方法简单，在有效控制混凝土裂缝的情况下节约能耗；可实时监测混凝土构件表面的温度；自动化程度高，节约人力。

附图说明

图1为本发明中控制方法的流程图；

图2为本发明中加热养护时所用养护罩的结构示意图；

图3为本发明中养护罩罩体的剖面示意图。

具体实施方式

以下结合附图通过实施例对本发明特征及其它相关特征作进一步详细说明，以便于同行业技术人员的理解：

如图1-3所示，图中标记1-7分别表示为：罩体1、加热模块2、控制器3、平面温度传感器4、棱角温度传感器5、加热层6、保温层7。

实施例：本实施例中的混凝土构件裂缝控制方法，用于控制混凝土构件在预制过程中产生裂缝的问题，利用计算出的开裂风险系数判断对混凝土构件的养护方式为覆盖养护或加热养护；当采用加热养护时，依据计算出的使混凝土不开裂时的最低表面温度值T_bmin(t)，判断何时对混凝土构件进行加热，在有效控制混凝土构件在预制过程中裂缝的产生的基础上节约能耗。本方法可以直接对现有配合比的混凝土构件的开裂风险进行计算，同时计算混凝土不开裂时的最低表面温度值T_bmin(t)，并针对计算结果，提出针对性的开裂风险控制措施——主动养护，并且不需要进行二次配合比的调整。

如图1所示，向大体积混凝土预制构件开裂风险评估模型中输入混凝土构件的尺寸、构件配合比、混凝土胶凝材料绝热温升，构件混凝土抗拉强度标准值f_tk(t) 、弹性模量E(t)与龄期的函数关系。大体积混凝土预制构件开裂风险评估模型依据如下公式计算出混凝土构件的开裂风险系数：

式中：σ(t)为龄期为t时，因混凝土浇筑体里表温差产生的约束拉应力的累计值(MPa)；f_tk(t)为混凝土龄期为t时的抗拉强度标准值(N/mm²)。

混凝土构件内部温度场的计算采用一维差分法，具体计算方法如下：将混凝土沿厚度方向分成许多有限段Δx(m)，时间分成许多有限段Δt(h)。相邻三点的编号为n-1、n、n+1，在第k时间里，三点的温度T_n-1,k、T_n,k及T_n+1,k+1，经过Δt时间后，中间点的温度T_n,k+1，可按差分式求得：

式中：α为混凝土的热扩散率，取0.0035m²/h；ΔT_n,k为第n层热源在k时段之间释放热量所产生的温升；Δx为混凝土沿厚度方向分成的有限段(m)；Δt为计算间隔的时间段(h)；

式中：T_max为混凝土的最大绝热温升；m为与水泥品种、浇筑温度等有关的系数，通常取0.3~0.5(d^-1)；Δt为计算间隔的时间段(h)；

式中：W为每m³混凝土的胶凝材料用量(kg/m³)；Q为胶凝材料水化热总量(kJ/kg)；C为混凝土的比热，一般取值0.92~1.0[kJ/(kg.℃)]；ρ为混凝土密度，2400~2500（kg/m³）。

混凝土初始边界温度，即k=0时的温度，混凝土侧面表面初始温度为大气温度，混凝土内部初始温度为入模温度，混凝土侧面边界假定散热温升为0，即恒为大气温度。

通过上述方法，可以计算出混凝土构件内部中心点T_c与表面中心点T_s的温升。

当采用主动加热养护时，上述温度的计算过程中，混凝土表面T_s温度即为实际加热后的表面温度，从而可以进行混凝土内部中心点温度的计算T_c。

将开裂风险系数η与安全系数比较，若η<安全系数，认为开裂风险很小，仅需对混凝土构件2进行覆盖养护；若η≥安全系数，认为存在开裂的风险，需对混凝土构件进行加热养护。安全系数可以选用0.7。

当采用加热养护时，需通过大体积混凝土预制构件开裂风险评估模型计算出使混凝土不开裂时的最低表面温度值T_bmin(t)，T_bmin(t)的计算公式如下：

即：

当取η<0.7时：

即：

如图2所示，采用养护罩对混凝土构件进行加热养护，养护罩包括罩体1、平面温度传感器4、棱角温度传感器5及控制器3。

其中，罩体1围护在大型混凝土构件外，对预制过程中的大型混凝土构件进行覆盖养护，防止大型混凝土构件中水分蒸发过快，从而产生裂缝。如图2所示，罩体1由加热层6及保温层7构成，加热层6围护在大型混凝土构件外，防止大型混凝土构件被冻坏。保温层7覆盖在加热层6的外围，减小热量的损耗，节约能耗。

罩体1及大型混凝土构件均为立方体，沿加热层6的内侧设有平面温度传感器4、棱角温度传感器5，棱角温度传感器5设置在加热层6的侧面上，棱角温度传感器5设置在加热层6的棱角位置，平面温度传感器4用来监测大型混凝土构件侧面的温度，棱角温度传感器5用来监测大型混凝土构件棱角位置的温度。由于大型混凝土构件的侧面与棱角处的温差较大，同时设置平面温度传感器4及棱角温度传感器5能提高对大型混凝土构件表面温度的采集精度。棱角温度传感器5与平面温度传感器4均与控制器3相连，将监测到的大型混凝土构件侧面及棱角位置的温度传输给控制器3。

将混凝土不开裂时的最低表面温度值T_bmin(t)输入控制器3内，控制器3随即启动平面温度传感器4、棱角温度传感器5，监测混凝土构件侧面及棱角的温度。控制器3接收温度监测装置传递的温度信息并根据该温度信息与当使混凝土不开裂时的最低表面温度值T_bmin(t)的差值，控制加热层6的工作状态。当表面温度小于T_bmin(t)时，启动加热层6；当表面温度大于等于T_bmin(t)时，关闭加热层6，停止加热。

加热层6由若干个加热模块2构成，若干个加热模块2与控制器3相连，实现对混凝土构件的局部加热，使得混凝土构件表面的温度均能达到混凝土不开裂时的最低表面温度值T_bmin(t)。与现有的加热方式相比，无需反复启闭加热装置，延长了加热装置的使用寿命；无需为了降低混凝土构件表面各点之间的温度差值反复启动加热装置；使得混凝土构件可在满足不开裂前提的最低温度环境下实现养护，保证混凝土的质量，节约能耗。

本实施例的使用方法：

1）在大体积混凝土预制构件开裂风险评估模型中输入混凝土构件的尺寸、构件配合比、混凝土胶凝材料绝热温升，构件混凝土抗拉强度标准值f_tk(t) 、弹性模量E(t)与龄期的函数关系，利用大体积混凝土预制构件开裂风险评估模型计算出混凝土构件的开裂风险系数η。若η<安全系数，认为开裂风险很小，仅需将罩体1覆盖在混凝土构件上进行养护；若η≥安全系数，认为存在开裂的风险，需对混凝土构件进行加热养护；

2）当采用加热养护时，大体积混凝土预制构件开裂风险评估模型自动计算出使混凝土不开裂时的最低表面温度值T_bmin(t)；

3）将使混凝土不开裂时的最低表面温度值T_bmin(t)输入控制器3内，启动平面温度传感器4、棱角温度传感器5，并将检测到的温度信息传输给控制器3，控制器3将接收到的温度信息与混凝土不开裂时的最低表面温度值T_bmin(t)比较，若表面温度小于T_bmin(t)时，启动对应位置的加热模块2进行加热；若表面温度大于等于T_bmin(t)时，关闭加热模块2，停止加热。

4）循环步骤3），直至混凝土构件达到养护周期；

5）养护结束，移除罩体1。

本实施例在具体实施时：

加热模块2可选用热电阻丝加热。

混凝土弹性模量E(t)函数的建立：

式中：E(t)为混凝土龄期为t时，混凝土的弹性模量（N/mm²）；E₀为混凝土的弹性模量，取标准条件下养护28d的弹性模量；φ为系数，根据配合比确定；β为混凝土中掺合料对弹性模量的修正系数。

混凝土抗拉强度标准值f_tk(t)函数的建立：

式中：ftk(t)为混凝土龄期为t时的抗拉强度标准值(N/mm²)；ftk(t)为混凝土龄期为t时的抗拉强度标准值(N/mm²)；γ为系数，根据配合比确定。

虽然以上实施例已经参照附图对本发明目的的构思和实施例做了详细说明，但本领域普通技术人员可以认识到，在没有脱离权利要求限定范围的前提条件下，仍然可以对本发明作出各种改进和变换，故在此不一一赘述。

Claims

1.一种混凝土构件裂缝控制方法，用于控制所述混凝土构件在预制过程中产生裂缝的问题，其特征在于：建立混凝土预制构件的开裂风险评估模型，依据所述开裂风险评估模型计算出混凝土预制构件在预制过程中的开裂风险系数；通过所述开裂风险系数判断养护方式为覆盖养护或加热养护，采用加热养护时，所述开裂风险评估模型计算出不开裂最低表面温度值，实时监测预制构件的表面温度，并根据所述表面温度与使所述不开裂最低表面温度值的差值，控制加热状态。

2.根据权利要求1所述的一种混凝土构件裂缝控制方法，其特征在于：加热养护时，对所述混凝土构件的表面温度实时监测，并根据监测到的所述混凝土表面温度与所述使混凝土构件不开裂的最低表面温度值判断加热养护的起始和停止时间；当所述表面温度小于其不开裂最低表面温度值时，进行加热；当所述表面温度大于等于所述不开裂最低表面温度值时，停止加热。

3.根据权利要求1所述的一种混凝土构件裂缝控制方法，其特征在于：所述不开裂最低表面温度值及所述开裂风险系数均由所述开裂风险评估模型根据构件尺寸、构件配合比、混凝土胶凝材料绝热温升、构件混凝土抗拉强度标准值f_tk(t) 、弹性模量E(t)与龄期的函数关系计算得出。