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        大體積混凝土水化熱的控制方法及效果

        2015-08-05 02:33:40毛家寬楊曉東
        黑龍江交通科技 2015年6期
        關(guān)鍵詞:混凝土

        毛家寬,楊曉東

        (1. 貴州路橋集團(tuán)有限公司;2. 貴州高速公路集團(tuán)有限公司)

        1 大體積混凝土水化熱控制方法分析

        1.1 合理選擇遠(yuǎn)離配比,適當(dāng)增加膨脹劑

        混凝土水化熱最重要的來源是混凝土內(nèi)部材料的配比不合理造成的。相關(guān)研究實(shí)踐證明,混凝土熱量的主要來源是水泥,因此,在不影響混凝土整體的強(qiáng)度的基礎(chǔ)上,要適當(dāng)減小水泥的總量,這對(duì)于降低混凝土水化熱的溫度是十分有效的。當(dāng)增加了10 kg 的水泥之后,水化熱會(huì)降低混凝土的溫度,大約降低了1 ℃,同時(shí)混凝土的后期對(duì)于強(qiáng)度的要求較低,由此可見減少水泥含量對(duì)于控制大體積混凝土水化熱具有有效的抑制作用。此外,可以適當(dāng)減少粗骨料,選用粒徑也會(huì)較大、級(jí)配較高的粗細(xì)骨料,控制砂石的含泥量,在混凝土澆筑的過程中,向其加入少量的粉煤灰即可。同時(shí),采用摻合料或者是加入減水劑、緩凝劑等,可以改善其和易性。在拌合混凝土的同時(shí),加入膨脹劑,這樣可以使得混凝土得到相應(yīng)程度的補(bǔ)償收縮,平衡水化熱對(duì)于混凝土的影響。

        1.2 混凝土后期水化保養(yǎng)

        在混凝土澆筑結(jié)束之后,要對(duì)其進(jìn)行全面的養(yǎng)護(hù)。需要注意的是,在養(yǎng)護(hù)的過程中,要快速降低混凝土內(nèi)部的溫度,這樣就會(huì)抑制水化熱反應(yīng)?;炷了療岜pB(yǎng)主要指對(duì)已經(jīng)成型的混凝土灑水浸濕,通過水的蒸發(fā)作用帶走混凝土內(nèi)部的部分熱量,從而降低混凝土內(nèi)部的溫度。同時(shí),在混凝土澆筑過程中,水可以通過毛細(xì)孔深入混凝土的內(nèi)部,這樣會(huì)造成水化熱的二次形成,所以需要利用與水反應(yīng),使得二次水化熱的時(shí)間提前,這樣就可以增加混凝土的強(qiáng)度。

        1.3 循環(huán)冷卻水管

        增設(shè)循環(huán)冷卻水管也是控制大體積混凝土水化熱的有效方法,其施工較為簡便,效果明顯,因此,在各大橋梁公路工程中得到廣泛應(yīng)用。在混凝土內(nèi)部布置大量的循環(huán)冷卻水管,然后按照一定的順序以及規(guī)律注水,但是水的不斷運(yùn)動(dòng)會(huì)使得混凝土內(nèi)部的熱量無法散去,因此需要定期擱置一段時(shí)間,以保證大體積混凝土內(nèi)部的降溫速度勻速,同時(shí)可以保證混凝土結(jié)構(gòu)的完整性。

        2 大體積混凝土水化熱控制方法的應(yīng)用

        2.1 工程概況

        某大橋?yàn)轭A(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)鋼結(jié)構(gòu)橋,引橋采用的是5孔一聯(lián)跨徑40m 的裝配式預(yù)應(yīng)力混凝土T 形連續(xù)梁橋。主橋7 號(hào)墩是最高墩,高度是120.5 m,其左右幅承臺(tái)時(shí)整體式,尺寸為28.5 m×16.5 m×5 m,采用的混凝土為C30,澆筑方式是先分區(qū),多點(diǎn)進(jìn)行,并且使斜面分層澆筑。為了避免由于水化熱造成的內(nèi)外溫差過大導(dǎo)致的混凝土開裂,就要采用內(nèi)散外蓄的施工技術(shù),也就是內(nèi)部布置冷卻管敷熱,外部灑水覆蓋保溫。

        2.2 混凝土水化熱溫度的計(jì)算

        工程中使用的大體積混凝土的材料以及產(chǎn)熱效果如表1 所示。

        表1 每立方米混凝土材料及澆筑溫度計(jì)算表

        表1 中的數(shù)據(jù)計(jì)算公式如下:

        Tc=(∑T·W·C)/(∑W·C)=89 405.4/3 426.1 =26.1 (℃)

        在運(yùn)輸混凝土的過程中,會(huì)受到外界因素的影響,導(dǎo)致其溫度會(huì)高出制作溫度大約4 ℃左右,這時(shí),混凝土水化熱溫度取值為Tk=30.1 ℃。

        2.3 混凝土水化熱控制措施

        根據(jù)該工程中的具體施工計(jì)劃,施工單位決定著在澆筑混凝土之前從以下三個(gè)方面來控制水化熱:首先,較少混凝土中水泥的含量,由原來的334 kg/m3減少到234 kg/m3,與此同時(shí),將砂石的含量由原來的53 kg/m3增加到153 kg/m3,并且使用冷水進(jìn)行混凝土的施工作業(yè);其次,在混凝土澆筑完畢并且已經(jīng)成型之后,對(duì)其進(jìn)行養(yǎng)護(hù),每隔兩個(gè)小時(shí)就在混凝土表面灑水,使其浸濕;然后,在混凝土內(nèi)部增設(shè)冷卻循環(huán)水管,每立方米設(shè)置2 個(gè),在澆筑連續(xù)進(jìn)行了20 min時(shí),就循環(huán)冷水,每次持續(xù)的時(shí)間為10 min。

        2.4 控制效果分析

        (1)不布置冷卻管時(shí)對(duì)承臺(tái)溫度及其應(yīng)力的影響

        圖1 混凝土澆筑后期內(nèi)部最高溫度的變化規(guī)律

        如圖1 所示,為沒有布置冷卻管時(shí),大體積混凝土澆筑后,其內(nèi)部的最高溫度變化。承臺(tái)混凝土澆筑結(jié)束之后,其內(nèi)部的溫度會(huì)隨著時(shí)間的延長而不斷上升,在大約170 h 之后,其內(nèi)部溫度達(dá)到了最高值,最高溫度可達(dá)67.65 ℃,之后其內(nèi)部溫度又會(huì)隨著時(shí)間的增加而降低。

        圖2 混凝土澆筑后期最大溫度應(yīng)力的變化規(guī)律

        由圖2 所述,水化熱初期,其最大溫度應(yīng)力會(huì)隨著時(shí)間的延長而不斷提高,在130 h 左右,其最大溫度應(yīng)力達(dá)到了最大值,大約其指數(shù)為5.46 MPa,隨后會(huì)慢慢降低。

        總而言之,如果不對(duì)橋梁承臺(tái)采取任何水化熱的控制措施,那么其內(nèi)部的最高溫度可達(dá)67.65 ℃,而相關(guān)設(shè)計(jì)要求其內(nèi)部溫度不能高于51 ℃,所以承臺(tái)的設(shè)計(jì)就會(huì)不滿足設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)。

        (2)布置冷卻管時(shí)對(duì)承臺(tái)溫度及其應(yīng)力的影響

        在該工程中,設(shè)置了循環(huán)冷卻管,采用了四個(gè)方案,各對(duì)于水化熱產(chǎn)生溫度應(yīng)力的影響如圖3 所示。

        圖3 混凝土澆筑后采用方案1~4 時(shí)其內(nèi)部最高溫度隨時(shí)間的變化

        由圖3 可知,水化熱反應(yīng)初期流量的變化對(duì)承臺(tái)水化熱影響大致相同,但是在中后期會(huì)有所差異。冷卻管的流量越大,那么產(chǎn)生的溫度應(yīng)力就會(huì)越小。同時(shí),在設(shè)計(jì)冷卻管時(shí),也需要注意冷卻管流入溫度對(duì)于溫度應(yīng)力的影響,如圖4 所示。

        圖4 混凝土澆筑后不同冷卻管內(nèi)流入溫度時(shí)其最大溫度應(yīng)力隨時(shí)間的變化

        在該工程中,將冷卻管的流入溫度定位10 ℃。

        4 結(jié)束語

        綜上所述,在工程中,如果大體積混凝土已將發(fā)生了水化熱反應(yīng),但是沒有采取任何措施對(duì)其進(jìn)行處理,那么就會(huì)造成大面積的裂縫,這將會(huì)影響到工程的施工進(jìn)度、質(zhì)量以及外觀。因此,需要對(duì)其進(jìn)行處理。如在大體積混凝土的內(nèi)部設(shè)置了冷卻管,布置的層數(shù)越多,流量就會(huì)越大,這就導(dǎo)致混凝土內(nèi)部的溫度應(yīng)力降低。值得一提的是,管內(nèi)流入溫度的變化對(duì)溫度應(yīng)力的影響是沒有規(guī)律可循的,這就意味著其溫度的過高或者是過低都會(huì)導(dǎo)致溫度應(yīng)力提升。

        [1]劉向前.大體積混凝土承臺(tái)水化熱的控制分析[J].安徽建筑,2013,(1):109-111.

        [2]王金生.控制大體積混凝土水化熱危害的原材料選擇及工藝措施[J].鐵道建筑,2011,(6):144-145.

        [3]韋煥敏.淺談大體積混凝土水化熱的控制[J].中國科技博覽,2010,(23):99.

        [4]呂聰儒.異形承臺(tái)大體積混凝土水化熱控制模型及跟蹤監(jiān)測(cè)[J].西安科技大學(xué)學(xué)報(bào),2011,(3):297-301.

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