大体积混凝土水化热温度场初步计算及承台温度裂缝控制

　　摘要：本文通过对某大桥承台的温度场初步的计算，揭示大体积混凝土结构的水化热的温度场分布情况，同时结合工程实际，介绍了大体积混凝土结构的温度控制技术。
　　关健词：大体积承台，水化热，防裂技术，分层浇筑
　　1工程概况
　　某大桥主桥为独塔双索面钢箱梁斜拉桥，此桥39＃主墩采用16根直径250cm，深35米钻孔灌注桩基础及钢筋混凝土门型索塔，桩顶上设置钢筋混凝土承台；该主墩承台采用哑铃型布置，两边平面尺寸分别为19m×19m，厚度6m，中间连接系梁尺寸为31×8m×6m。
　　主墩承台施工采用钢板桩围堰法施工。采用不排水开挖，设置两道内支撑梁，承台底面以下有2m厚C20水下封底混凝土，平面分三次进行。承台及系梁混凝土采用C30混凝土沿高度方向分两次浇筑，分别为2.2m和3.8m。采用大体积混凝土施工方法施工，每次浇筑C30混凝土2134m3、3686m3。
　　2温度场初步计算
　　参考《施工计算手册》对该承台进行计算：
　　⑴混凝土水化热绝热温升。
　　
　　─龄期混凝土绝热温升（℃）
　　─每立方米混凝土水泥用量（）
　　─水泥水化热量（此处取）
　　─混凝土比热此处取
　　─混凝土质量密度
　　─经验系数，此处取0.384
　　带入各个数值,分别对承台两层进行计算得下表
　　表1结构水化热绝热温升
　　混凝土龄期t(d) 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
　　T(t) 7.65 12.86 16.41 18.83 20.47 21.60 22.36 22.88 23.23 23.48
　　混凝土龄期t(d) 11 12 13 14 15 18 21 24 28 30
　　T(t) 23.64 23.75 23.83 23.88 23.92 23.97 23.98 23.99 23.99 23.99
　　图1结构水化热绝热温升曲线
　　
　　⑵混凝土内部实际最高温度。
　　
　　─混凝土内部中心最高温度（℃）
　　─混凝土的浇注入模温度，此处取30℃
　　─龄期混凝土绝热温升（℃）
　　─不同浇注厚度，不同龄期温降系数
　　查表计算得不同龄期浇注厚度的温降系数
　　表2不同龄期温降系数
　　混凝土龄期t(d) 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
　　块厚2.2m 0.2725 0.4241 0.5066 0.5465 0.5598 0.5571 0.5447 0.5263 0.5049 0.4820
　　块厚3.8m 0.2870 0.4592 0.5626 0.6221 0.6532 0.6667 0.6688 0.6635 0.6540 0.6420
　　混凝土龄期t(d) 11 12 13 14 15 18 21 24 28 30
　　块厚2.2m 0.4586 0.4355 0.4129 0.3910 0.3702 0.3134 0.2651 0.2243 0.1796 0.1608
　　块厚3.8m 0.6284 0.6143 0.6000 0.5856 0.5715 0.5316 0.4952 0.4623 0.4229 0.4048
　　表3不同浇注块厚度不同龄期内部平均温度表
　　混凝土龄期t(d) 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
　　Tmax(块厚2.2m) 32.08 35.45 38.31 40.29 41.46 42.03 42.18 42.04 41.73 41.32
　　Tmax(块厚3.8m) 32.20 35.91 39.23 41.71 43.37 44.40 44.95 45.18 45.19 45.07
　　混凝土龄期t(d) 11 12 13 14 15 18 21 24 28 30
　　Tmax(块厚2.2m) 40.84 40.34 39.84 39.34 38.85 37.51 36.36 38.38 34.31 33.86
　　Tmax(块厚3.8m) 44.86 44.59 44.30 43.98 43.67 42.74 41.88 41.09 40.15 39.71
　　图2不同浇注块厚度不同龄期内部平均温度
　　
　　⑶混凝土表面中心温度。
　　
　　
　　
　　
　　─龄期混凝土表面温度（℃）
　　─龄期大气平均温度（℃）取30℃
　　─混凝土计算高度（m）
　　─混凝土实际高度（m）
　　─混凝土虚高度（m）
　　─混凝土导热系数，取
　　─折减系数0.666
　　─模板及保温层传热系数，此处取
　　─龄期混凝土内最高温度与外界气温之差（℃）。
　　表4不同浇注块厚度不同龄期表面中心平均温度表
　　混凝土龄期t(d) 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
　　Tb(t)(块厚2.2m) 30.55 31.43 32.18 32.70 33.00 33.15 33.19 33.15 33.07 32.96
　　Tb(t)(块厚3.8m) 30.35 30.91 31.38 31.71 31.90 32.00 32.02 32.00 31.95 31.88
　　混凝土龄期t(d) 11 12 13 14 15 18 21 24 28 30
　　Tb(t)(块厚2.2m) 32.84 32.71 32.58 32.45 32.32 31.97 31.67 31.47 31.13 31.01
　　Tb(t)(块厚3.8m) 31.80 31.72 31.63 31.55 31.47 31.25 31.06 30.89 30.71 30.64
　　图3不同浇注块厚度不同龄期表面中心平均温度图
　　
　　⑷水化热温度场分布基本规律。
　　因为混凝土在拌合的过程中，化学反应是放热的过程，整个结构会有温度的升高，而各个部位的散热的条件不一样，造成混凝土结构各个部位的温度差，混凝土的内外温差引起自约束，主要产生表面裂缝，而平均降温差则引起外约束，其是产生贯穿性裂缝的主要原因。因此《大体积混凝土施工规范》对大体积混凝土温控指标提出了要求。
　　根据上述计算结果，可以初步得出混凝土自浇筑后因水化热和散热的作用，在不同体积，不同浇筑厚度，不同散热条件下，随着养护龄期的变化，混凝土内部平均温度的变化将由升后再转降，一般大体积混凝土温升高峰将出现在5～10d左右，护保温保湿期宜维持7～10d为宜。浇筑平(截)面相同，随着浇筑厚度增加，其温升高峰亦随之延后和升高，在计算中为了简化计算过程，养护温度、浇筑温度值均采用平均值，实际施工中会有差别，施工时亦需采取相应措施。
　　3承台温度控制措施
　　⑴材料控制技术。
　　由以上计算公式可以看出，混凝土中水泥是水化热的主要来源。作为大体积混凝土，本工程在混凝土原材料方面采取以下措施：
　　①水泥：选用水化热低、安全性好的水泥，并在满足设计强度要求的前提下，即可能的减少水泥用量，以减少水泥的水化热；
　　②骨料：尽量选用粒径大、级配较好的粗集料；
　　③外加剂：掺加适量的磨细粉煤灰和减水剂（“双掺”技术），以减少水泥用量；
　　④混凝土用料搭棚遮盖，避免日光曝晒，高温时用冷却水拌合，降低混凝土入仓温度。
　　⑵施工方法控制技术。
　　水平分层浇筑，第一层2.2m，第二层3.8m，封底混凝土2m。采用分层浇注，合理分层30cm左右，适当控制混凝土的灌注速度，尽量减小新老浇筑混凝土的温差。混凝土的入模温度应维持在10～32℃之间。承台混凝土施工采用推移式连续浇筑方式进行，（如图所示）
　　水平分层斜向分段示意
　　○8
　　
　　○4○6○7
　　
　　○1○2○3○5
　　混凝土结构内部埋设冷却水管和测温点，通过冷却水循环，降低混凝土内部温度，减小内表温差，通过测温点测量，掌握内部各测点温度变化，以便及时调整冷却水的流量，控制温差。冷却循环水管采用黑铁管，埋设在混凝土浇筑层的中心位置稍靠下。每层水管的进、出水口相互错开，且出水口有调节水阀和测流量设备。冷却水供给采用潜水泵集中供水。承台冷却管布置见下图。
　　
　　⑶养护措施。
　　本工程混凝土浇筑完成，表面收浆后，尽快对混凝土进行养护，保持表面湿润，顶面用一层塑料薄膜覆盖，再加盖两层草袋养护，结构侧面在模板外面包裹两层草袋保温。洒水养护时间为7天以上，每天洒水次数视环境湿度与温度控制，洒水以能保证混凝土表面经常处于湿润状态为度。适当推迟拆模时间，拆模后，加强表面保温、保湿养护，延缓降温速率，防止混凝土表面干裂；洒水养护使混凝土表面保持湿润，养护用水应符合拌合用水的要求。
　　4结语
　　本文通过对承台混凝土水化热温度场的初步的计算，对比相关资料，认识温升和混凝土各个点温度的大致变化曲线图。同时结合大桥主塔承台施工的措施，对大体积混凝土结构的温度裂缝控制计算做一小节。通过工程的实践，可以证明以上计算公式是大致合理的，控制技术是有效的。
　　
　　参考文献：
　　（1）江正荣。《简明施工计算手册》。中国建筑工业出版社，2001。
　　（2）叶琳昌，沈义。《大体积混凝土施工》。中国建筑工业出版社，1987。
　　（3）GB_50496-2009_大体积混凝土施工规范及条文说明
　　（4）朱伯芳。《大体积混凝土温度应力与温度控制》。中国电力出版社，1999。