大体积混凝土承合水化热及温控措施研究

1、大俸积琨凝土承合水了匕热及温控措袍研究张静（中铁第五勘察设计院集团有限公司北京蚴）桥涵工程摘要为了确保大沙沟特大桥的大体积混凝土承台冬季施工达到施工要求，采用有限元程序访按照一次浇筑施工、冷却管布置、水流情况及各种不同边界情况进行水化热温度场和温度应力数值分析，并对影响水化热的内外部因素进行了优化分析。采用优化后的数据，承台的实测数据与理论值吻合较好，承台混凝土水化热产生的温度梯度扣应力都较，、，最大温差在规范要求范围之内，保证了承台的施工质量。关键词桥梁工程大体积混凝土承台水化热温度控制温度应力中图分类号；文献标识码文章编号（）一豫廿朗咖辄鹤眦弛（丑锄娲驴璐删，）出撤叩盼舾（他，帅蚰弘功确诂

2、印髓坷朗妯鼬印咖，粕出薯如岫帅，船岫谢，柚山叩舾“町如髓小船眦函一丘访山，嗣璐蚰的谢晒蚰锄阳印口¨舀；眵；阳恤；引言大跨径预应力混凝土连续梁桥、连续刚构桥，尤其是跨越险峻沟谷的桥梁，得到了广泛的应用。但连续刚构桥的箱梁和承台都属于大体积混凝土结构，在浇筑和硬化过程中，由于混凝土的热传导性能很差，使得混凝土产生不均匀温度变形和应力，一旦拉应力超过混凝土即时抗拉强度，混凝土就会产生裂缝。这不仅影响结构的质量和美观，还影响结构的承载力和耐久性。因此对诸于类似箱梁和承台这些大体积混凝土结构的温度问题已经收稿日期：一引起人们的重视。而且相关规范均对大体积混凝土结构施工过程中的温度控制和温度监测

3、做出了规定。文献中全面阐述了大体积混凝土结构温度场、温度应力的计算方法和控制温度防止裂缝的工程措施。侯景鹏等旧研究指出温度监测不是目的而只是一种手段，根据监测了解混凝土温度场分布变化情况，采取或者调整合理而有效的温度控制措施，才是防止温度裂缝的关键。下面结合大沙沟预应力混凝土连续刚构特大桥冬季施工对其大体积混凝士承台的温度控制，及温度应力从材料、施工、冷却管的布置、管径大小以及流速等方面进行优化分析研究，提出了该承台冬季施工有效的温控措施。铁道建筑技术冠纪瞅功心硎，琵懒，桥涵工程有限元计算原理结构水化热温度场分析属于瞬态分析，温度应力分析则是根据温度场分析得到的温度值作为荷载施加到结构上进行求

4、解。水化热温度场和温度应力的求解是一个半耦合过程，需分两个过程求解。在区域尺内，混凝土在水泥水化热的作用下，按照热量平衡的原理，其热传导方程可以表示如下：（窘雾磐）吉（筹一等）（，）（）对于不稳定温度场的热传导问题，可以等价于下列泛函极值问题：温度（，丁）在丁时取给定的初始温度瓦（，），在第一类边界上取给定的边界温度咒，并使下列泛函取极小值：，）珂÷（警）（等）（誓）一吉（筹一等）丁）以妙如皿扣一声咒基垂匡三亘毛匡降垂匡雪奇数层冷却管平面布置偶数层冷却管平面布置图冷却管布置示意（单位：）图有限元模型及冷却管的布置（）优化设计式中，为温度；丁为时间；口为绝热温升；卢为冷却管布置放棼系罄

5、；，望三銎系数；为导温系数；为气温；根据文献研究表明，影响混凝土绝热温升瓦为已知边界温度。的因素：水泥用量、水泥品种、混合材料品种、用量温度控制优化设计和浇筑温度。而冷却管的布置对混凝土的降温及工程背景其应力影响也较大，这里首先对冷却管布置的层数大沙沟预应力混凝土连续刚构特大桥承台基以及水泥种类进行优化设计。对浇筑混凝土后的础长，宽，高。为了能描述承进行了水化热分析，其中管冷作用于前台混凝土在浇筑时，其热量传递给地基的情况，在（），流人温度，流量，冷却管内径分析时，将地基模拟为具有一定比热和热传导率的，环境温度为。结构，地基尺寸长，宽，高。应施工工限于篇幅，仅歹出在单位体积水泥用量，期的要求，

6、高承台需一次浇筑。应业主和施工采用掺加粉煤灰水泥（掺加混合材料对混凝土单位要求，在节约工程造价的前提下，对浇筑的承绝热温升有重要影响，而且掺加粉煤灰的降热效果台从冷却管的布置、管径、水流流速以及水泥种类优于掺加矿渣的）的情况下，冷却管分别布置层等方面进行优化设计，保证承台浇筑质量。冷却管和层两种情况的分析结果。初步按层布置，层间距，水平间距，（）由于早期混凝土弹性模量比较小，松弛系数具体布置如图所示。也比较小，其应力数值不大。但在后期降温阶段，混有限元模型凝土弹性模量逐渐增大，松弛系数也较大，随着承台由于结构具有对称性，所以分析时只取结构内温度的降低，在承台表面将产生较大的拉应力。进行建模和分

7、析。运用大型有限元结构分析软件（）混凝土采用掺加的粉煤灰水泥，布置建模，单元采用实体单元。模型共有节点层冷却管，在浇筑后，混凝土表面拉应力超个，单元个。有限元模型如图所示。限，开始出现裂缝。易道建麓技术闩丁开丁丁桥涵工程（）混凝土采用掺加的粉煤灰水泥，布置层冷却管，混凝土表面则不会出现裂缝。冷却管流速及管径基于上述研究结果，下面主要对冷却管的流量以及管径进行优化设计。谴蝇时间图不同流量下混凝土温度随时间变化的曲线蠢嘎图不同管径混凝土温度随时间变化的曲线从图得出以下结论：（）关于最大温差不超过的规定，文献认为该限定过于绝对和严格。一些工程监测温差超过该限值却未出现温度裂缝问题。水流流量为时，虽然

8、最大温差超过，但是应力接近应力限值。委员会建议温差限值应该是和混凝土龄期、抗拉强度、弹性模量、热膨胀系数、构件约束程度等因素相关的函数，并给出具体公式。文献建议温度梯度。本文有限元分析时，控制混凝土温度梯度。（）冷却管内水流的流量在和之间的变化，从图看出，水流流量对混凝土温度的影响较小。但水流流量在时，最大温差略超过规范的规定，水流流量在时，最大温差满足规范不超过的规定。因此，要求冷却管内水流的流量不能低于。（）冷却管内径从一之间变化时，内径为时，最大温差超过的规定，内径为和时，均满足规范要求。因此，从降低工程造价方面，冷却管内径采用。温控措施根据上述分析结果，在满足规范要求的前提下，提出了该

9、承台大体积混凝土冬季施工过程中采取以下温控措施：（）混凝土浇筑温度控制在为宜；（）浇筑承台混凝土时，环境温度不能低于；（）冷却管注水时间不能低于；（）冷却管内径不宜低于；（）冷却管布置层为宜，层间距，水平间距。实测情况分析实测概况根据提出的温控措施，施工方在承台现场搭设塑棚，以保持棚内温度，最低温度不低于，布设层循环冷却水管，层间距，蛇形水平间距，管外径，壁厚。该承台浇筑时间吆：。测试元件布置温度监测点的布置以能真实反映混凝土的内外温差、降温速度及环境温度为原则。根据该承台的对称性，在承台内布置层测点，埋设位置及编号如图所示，共计个测点。！塑：§铁道建筑技术闩丁只丁丁测温度立面布置测

10、温点平面布置图测温点布置示意（单位：）桥涵工程测试方法水化热监测时间是从混凝土浇筑开始至浇筑完成后，在此期间根据混凝土的温度观测值采取不同的测试频率。由于大部分水化热是在混凝土浇筑后内释放的，故在此段时间内每进行一次温度测试；待混凝土温度上升到最大值后，将监测周期改为每一次；等混凝土温度下降均匀后，将监测周期变更为每一次。实测结果（）根据现场实测数据绘制承台边角和承台中心测点的温度变化曲线（见图）。从图中可以看出，混凝土浇筑完后，水化热温度迅速升高，在砼浇筑完后达到最高，最高温度为，出现在混凝土浇筑完的测点位置。越靠近混凝土中心，温度越高。而且前以前混凝土内部温度比较稳定，相应温度曲线比较平滑

11、。遗蝇时间图承台中心和边角测点温度变化曲线线出现波折，这因为计算模型没有考虑后浇筑混凝土对先浇筑混凝土的影响。这主要由于计算模型不能完全模拟承台实际所处的环境及水流的温度，混凝土材料的组成成分与理论有所差别。从实测记录报告看出，以后承台环境温度已低于（平均温度），并且承台处于冬季，使得后期混凝土实测值温度降低速度比计算值稍快一些。，囊害辜患誊案爰盔嚣、八一蝇：卜一一卜扩妒护莳蔚葡拶时间图承台中心进出水温度变化曲线谴喟一时问图承台中心各测点实测与计算值分析（）承台边角的测点温度曲线（见图）受到环境锚术顷和散热边界的影响，曲线出现波折。由于混凝土间温大沙沟特大桥的大体积混凝土承台施工方采用度的传递

12、慢于混凝土与空气间的传递，因此承台中心本文提出的温控措施，承台混凝土内部温度实测值与温度高于承台边角的温度，比承台边角较平缓一些，计算值吻合较好，拆模后表面质量良好，无裂缝产生，承台边角的测点温度下降较快一些。实测温度曲线说明了温控措施的有效性，可为类似工程提供参考。还反映了后浇筑混凝土对先浇筑混凝土的影响。参考文献三堡孽实翼迥擘号薏，人要翌烹烹翼乎望朱伯芳大体积混凝土温度应力与温度控制北，最低，最高。因此对混凝土人模。亲；旨毛另量聂，；：一：。一温度控制起到了良好的效果。侯景鹏，熊杰，袁勇大体积混凝土温度控制及现场监（）根据实测数据（见图），冷却管内水流的测混凝土，（）：流量，循环冷水的进水温度，出水