大體積混凝土水化熱溫控分析

(重慶交通大學(xué) 土木工程學(xué)院， 重慶 400074)

大體積混凝土水化熱溫控分析

祁義輝

(重慶交通大學(xué) 土木工程學(xué)院， 重慶 400074)

在大體積混凝土施工過程中，為避免產(chǎn)生過大的溫度應(yīng)力，防止溫度裂縫的產(chǎn)生或把裂縫控制在某個(gè)界限內(nèi)，必須進(jìn)行溫度控制。本文通過對某一剛構(gòu)橋已完成的承臺(tái)水化熱監(jiān)控的溫控效果進(jìn)行分析。

大體積混凝土；水化熱；溫控效果

0 引言

養(yǎng)護(hù)整體澆筑的大體積混凝土，這一過程主要產(chǎn)生兩種變形：溫度收縮產(chǎn)生變形及因水泥水化作用導(dǎo)致的收縮變形，一旦這種變形受到了一定的約束，那么就會(huì)導(dǎo)致拉應(yīng)力的出現(xiàn)。當(dāng)這種變形產(chǎn)生的拉應(yīng)力足夠大時(shí)，結(jié)構(gòu)出現(xiàn)開裂。因此，在大體積混凝土施工過程中溫控是一個(gè)非常必要的步驟，不僅可以控制結(jié)構(gòu)的裂縫寬度，而且保證著結(jié)構(gòu)的安全性。

1 溫度應(yīng)力產(chǎn)生的原因

1.1 水泥水化熱的影響

大量的熱量會(huì)在水泥水化的過程中產(chǎn)生，并緩慢的向四周傳熱?；炷脸跄龝r(shí)間，水泥水化非?？?，熱量發(fā)散的速率遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于產(chǎn)熱的速率；硬化后期，水泥的水化速率慢傳遞的熱量可以消耗產(chǎn)生的熱量，此階段為降溫節(jié)段。但在澆筑初期，混凝土的彈模比較小，所以產(chǎn)生的徐變則較大，此時(shí)的變形約束不大，溫度應(yīng)力也不大；但是齡期增長，彈模急劇變大，徐變變小，此時(shí)的約束也越來越強(qiáng)，導(dǎo)致溫度應(yīng)力的出現(xiàn)，當(dāng)這種溫度應(yīng)力大于混凝土的強(qiáng)度時(shí)，便會(huì)產(chǎn)生溫度裂縫；

1.2 混凝土收縮變形的影響

混凝土的收縮變形主要存在五種變形：初凝收縮變形、硬化后干燥收縮變形、自生收縮變形、由于溫度的改變引起的冷縮變形以及碳化收縮變形。這種收縮變形越大，那么混凝土內(nèi)部的質(zhì)點(diǎn)變形分布越不均勻，產(chǎn)生的應(yīng)力也越大；

1.3 約束條件的影響

混凝土結(jié)構(gòu)的變形不是一種自由變形，而是會(huì)受到一定的約束。存在外約束和內(nèi)約束這兩種約束。結(jié)構(gòu)邊界條件即為外約束；非均勻的溫度和混凝土的收縮分布產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)力，不均勻的變形產(chǎn)生的相互約束。混凝土因受到于約束而產(chǎn)生的變形及產(chǎn)生拉應(yīng)力，當(dāng)這種拉應(yīng)力大于結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度時(shí)會(huì)產(chǎn)生裂縫。

2 溫控總體措施

為確保大體積混凝土結(jié)構(gòu)施工質(zhì)量，以避免、防止大體積混凝土產(chǎn)生危害性的溫度裂縫，或最大程度降低其產(chǎn)生的幾率，合理制定溫控方案，使混凝土內(nèi)部溫度場變化按照預(yù)想的方向發(fā)展。

大體積混凝土溫控總體思路：

（1）通過對原材料做配合比試驗(yàn)，選擇適當(dāng)?shù)呐浜媳?，降低混凝土的最高溫度峰值?/p>

（2）選擇適合施工季節(jié)的表面保溫措施，降低混凝土的內(nèi)外溫差，使混凝土內(nèi)溫度場分布盡量均勻，減小溫度梯度；

（3）通過內(nèi)部冷卻水循環(huán)系統(tǒng)，削減混凝土內(nèi)部溫度峰值，控制內(nèi)部降溫速率，防止混凝土內(nèi)部溫度收縮過快；

（4）控制上下層間溫差，盡量縮短層間齡期差，防止可能出現(xiàn)的層間裂縫。

（5）對已完成的溫控工作進(jìn)行總結(jié)和分析，根據(jù)項(xiàng)目具體情況，提出針對性建議措施，防止下層裂縫對上層混凝土的影響。

3 溫控標(biāo)準(zhǔn)

大體積混凝土的溫度控制的意義和標(biāo)準(zhǔn)就是讓其內(nèi)部的溫度場分布按照既想的形式發(fā)展，形成合理的溫度場。根據(jù)現(xiàn)行規(guī)范結(jié)合現(xiàn)場實(shí)際情況，主要溫控指標(biāo)如下：

1．在澆筑承臺(tái)過程中，混凝土內(nèi)外溫差（不含混凝土收縮的當(dāng)量溫度）不宜大于25℃；

2．混凝土中心溫度與表面溫度之差，以及表面溫度與環(huán)境溫度之差，均應(yīng)小于20℃；當(dāng)結(jié)構(gòu)混凝土具有足夠的抗裂能力時(shí)，允許不大于25℃～30℃；

3．混凝土降溫速率不超過2.0℃/d ；

4．澆筑混凝土后在入模溫度基礎(chǔ)上的溫升值不宜大于50℃。

4 溫控目標(biāo)

我溫度監(jiān)控的目標(biāo)是使大體積混凝土內(nèi)部的溫度場變化按預(yù)計(jì)的方向發(fā)展，防止溫度裂縫的產(chǎn)生或裂縫控制在規(guī)范要求內(nèi)，主要包括以下幾個(gè)部分：

1．控制核心混凝土的最高溫度和最高溫升在一定范圍內(nèi)；

2．盡量使混凝土的內(nèi)部溫度場分布均勻，同時(shí)控制住內(nèi)外溫差；

3．控制混凝土降溫速率。合理布置冷卻水管

6 內(nèi)部冷卻水系統(tǒng)

優(yōu)化冷卻管的布置形式。與其他類似工程相比，對承臺(tái)的冷卻水管水平間距及單個(gè)水管管路長度進(jìn)行合理考慮。

1．嚴(yán)格對進(jìn)水溫度和流量進(jìn)行控制、優(yōu)化通水策略

單獨(dú)編排每一層水管的號(hào)碼，做到可以有效的調(diào)控需要調(diào)控層的水溫，開始時(shí)接自然水進(jìn)行降溫，在降溫階段采取循環(huán)水緩慢降溫，配合著監(jiān)控的溫度數(shù)據(jù)做出及時(shí)的判斷，然后合理進(jìn)行流量的增加或減小。

承臺(tái)澆筑后，如因特殊原因，出現(xiàn)冷卻水管不能及時(shí)通水或中斷后再通水的情況，為避免冷卻水突然對內(nèi)部混凝土造成冷擊，冷卻水與混凝土內(nèi)部的溫差不超過25℃。

2．后期避免將承臺(tái)內(nèi)部溫度降得過低

一般情況下，在混凝土內(nèi)部最高溫度與當(dāng)時(shí)環(huán)境最低氣溫之間的溫差不大20℃即可停止通冷卻水，避免將承臺(tái)內(nèi)部溫度降得過低，減小后期的溫度收縮應(yīng)力。

5 現(xiàn)場具體降溫措施

通過對冷卻管內(nèi)水管水溫和流量的調(diào)節(jié)來到達(dá)對混凝土溫度的及時(shí)調(diào)控，通過調(diào)節(jié)水溫及水量來達(dá)到溫控的效果是一個(gè)比較反復(fù)的過程，這個(gè)反復(fù)的過程主要集中在降溫節(jié)段，由于地理位置的影響，白天和夜間溫差非常大，這也是本項(xiàng)目對于溫控把我的難點(diǎn)，晝夜溫差高達(dá)二十幾度，白天一般采用自然水降溫，在前期升溫本應(yīng)該晚上也通冷水降溫，但是考慮到夜間冷水水溫非常低，故采取循環(huán)水緩慢降溫，等到溫度達(dá)到峰值后降溫階段采用循環(huán)水降溫，確保降溫速率控制在不超過2.0℃/d ，在降溫過程中溫度有可能發(fā)生反復(fù)，即階段性的升溫，此時(shí)就需要控制循環(huán)水的水溫，保證混凝土內(nèi)部溫度的變化在一個(gè)平緩的曲線上。

6 結(jié)論

隨著我國的經(jīng)濟(jì)水平及科學(xué)技術(shù)越來越發(fā)達(dá)，對于建筑及交通的風(fēng)格要求也越來越高，各種各樣的建筑結(jié)構(gòu)隨之興起，對于大體積混凝土得結(jié)構(gòu)也應(yīng)用得較為廣泛，而隨之帶來的大體積混凝土水化熱這一可能影響到結(jié)構(gòu)耐久性及安全性的問題也必須解決，相信在目前技術(shù)的基礎(chǔ)上以后會(huì)出現(xiàn)更多新的技術(shù)解決這一問題。

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TU75

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