姚萍

摘 要：大體積混凝土內(nèi)外溫差超標(biāo)引起混凝土內(nèi)部應(yīng)力超標(biāo)現(xiàn)象層出不窮，混凝土的溫控逐漸引起各參建單位的重視。本文針對(duì)性確定施工技術(shù)方案并利用MIDAS軟件建立有限元模型進(jìn)行模擬將此問(wèn)題有效解決，為大體積混凝土在冬季施工控制提出幫助。

關(guān)鍵詞：大體積;冬季施工;溫控;技術(shù)

目前國(guó)內(nèi)建筑日新月異，大體積混凝土結(jié)構(gòu)應(yīng)用于各個(gè)領(lǐng)域之中，而混凝土結(jié)構(gòu)施工因工期往往在冬季繼續(xù)進(jìn)行，由于混凝土水化熱及外界溫度差值較大，導(dǎo)致大體積混凝土內(nèi)外溫差超標(biāo)引起混凝土內(nèi)部應(yīng)力超標(biāo)導(dǎo)致混凝土性能降低、內(nèi)部裂紋等不良現(xiàn)象層出不窮，混凝土內(nèi)外溫差控制以引起各建設(shè)工程參建方的高度重視。

本文以某橋梁承臺(tái)大體積混凝土為模型，利用軟件建模進(jìn)行分析、計(jì)算混凝土溫度變化情況，并根據(jù)溫度變化情況進(jìn)行針對(duì)性施工的措施驗(yàn)證，能夠滿足混凝土溫控要求。

一、工程概況

承臺(tái)長(zhǎng)度33.28米，寬度18.2米，高度為4米，外形呈亞鈴型，混凝土設(shè)計(jì)方量為2118.8立方米。承臺(tái)平面尺寸見(jiàn)圖1

二、根據(jù)已有施工經(jīng)驗(yàn)，施工中需要解決的關(guān)鍵問(wèn)題如下：

（一）混凝土澆注完畢后各個(gè)時(shí)段內(nèi)部溫度;

（二）混凝土澆注完畢后各個(gè)時(shí)段內(nèi)部應(yīng)力;

（三）在外部溫度這么低的情況下采取怎么樣措施保溫保證混凝土不受凍。

（四）在外部溫度這么低、混凝土內(nèi)部這么高的情況采取怎么樣措施控制確?；炷羶?nèi)部溫度降低幅度滿足溫控要求，保證混凝土不因溫差較大或降幅太大出現(xiàn)溫差微裂縫。

三、大體積混凝土施工的溫度控制措施

（一）從原材料著手，選擇能夠降低水化熱的材料

水泥采用中低水化熱水泥，并提高水泥標(biāo)號(hào)來(lái)減少水泥用量，同時(shí)用一定數(shù)量粉煤灰等量減少水泥用量，降低水泥水化熱的作用。摻加粉煤灰能夠提高混凝土和易性、延長(zhǎng)凝結(jié)時(shí)間、滿足泵送混凝土和大體積混凝土澆注的要求。

摻入水泥用量1%的緩凝高效減水劑及一定數(shù)量的微膨脹劑，盡量減少用水量，改善混凝土和易性，改善混凝土的工作性能，減少混凝土的收縮徐變，同時(shí)推遲了混凝土溫度峰值出現(xiàn)的時(shí)間，降低水化熱。

粗骨料選用5～32.5mm的連續(xù)級(jí)配碎石，細(xì)骨料選用中粗砂，細(xì)度模數(shù)2.9，施工中嚴(yán)格控制粗細(xì)骨料的含泥量分別小于0.2%和1.0%，以提高混凝土的均勻性，增加抗裂能力。

（二）混凝土施工控制

1、為確保大體積混凝土施工連續(xù)進(jìn)行，在混凝土施工前從原材料的儲(chǔ)備、施工機(jī)械和人員的配置到位。

2、混凝土澆筑時(shí)采用采用汽車泵澆筑，澆筑時(shí)從承臺(tái)短邊一端開始，泵3、由于混凝土澆注時(shí)間長(zhǎng)，外界天氣的變化、取材地點(diǎn)等因素會(huì)導(dǎo)致進(jìn)場(chǎng)原材料含水量的不同，必須及時(shí)檢測(cè)砂石料含水量，調(diào)整施工配合比，盡量使?jié)沧⒌噩F(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)混凝土的坍落度保持在10～14cm，保證混凝土的工作性能。

4、澆筑完畢后及時(shí)養(yǎng)護(hù)收面，收面應(yīng)進(jìn)行三次收面，第一次在混凝土澆筑到頂后，第三次在混凝土剛剛初凝時(shí)，以防止混凝土泌水產(chǎn)生收縮裂縫。

（三）冷管降溫及測(cè)溫元件布置

1、承臺(tái)內(nèi)部埋設(shè)Φ40冷卻水管，冷卻水管布置3層，第一層離地高80cm，最上層離混凝土頂80cm，每層之間間距120cm，門型布置。出水口有調(diào)節(jié)流量的水閥和測(cè)流量裝置，嚴(yán)格控制進(jìn)水溫度，在保證冷卻管進(jìn)水溫度與混凝土內(nèi)部最高溫度之差不超過(guò)20℃的條件下，盡量使進(jìn)口水溫最低。通過(guò)冷卻水的循環(huán)，帶走因水泥水化產(chǎn)生的熱量，降低混凝土內(nèi)部溫度，從而降低內(nèi)表之間溫差，冷卻時(shí)混凝土內(nèi)外溫差嚴(yán)格控制在20℃以內(nèi)。由于施工期間氣溫較低，冷卻水管出水放回集水池內(nèi)使進(jìn)口水溫適當(dāng)升高。

2、在承臺(tái)平面每間隔1/5處預(yù)埋一組溫度感應(yīng)片，每組10個(gè)測(cè)溫點(diǎn)，共40個(gè)測(cè)溫點(diǎn)。使用JMZX-2001綜合測(cè)試儀進(jìn)行連續(xù)測(cè)溫，采集包括入模溫度、每個(gè)感應(yīng)片處混凝土溫度、外界氣溫、散熱管進(jìn)、出水溫度。通過(guò)溫度測(cè)量，掌握內(nèi)部各測(cè)溫點(diǎn)溫度變化，及時(shí)調(diào)整冷卻水的流量，控制溫差，冷卻管及測(cè)溫管布置見(jiàn)示意圖?；炷潦┕み^(guò)程中，每層循環(huán)水管被覆蓋并搗固完畢，即可在該層水管通水，適時(shí)調(diào)整冷卻水的流量，使進(jìn)、出水溫差不大于10℃。冷卻水管使用完畢后采用微膨脹水泥漿壓漿封閉。

冷卻水管布置見(jiàn)圖2

3、冷卻管通水降溫注意事項(xiàng)：

混凝土澆筑前冷卻水管做通水試驗(yàn)確保管道暢通，水管內(nèi)水流量不小于30L/min，同時(shí)確認(rèn)水管無(wú)漏水現(xiàn)象后方可進(jìn)行混凝土澆筑;

混凝土澆筑初凝后即刻通水，控制進(jìn)水口與出水口的溫差不大于10℃。

4、通水期間若混凝土的降溫速率小于2℃/d，視為混凝土芯部溫度下降至與大氣溫度差接近，可停止通水降溫。

（四）混凝土養(yǎng)護(hù)

采用外蓄內(nèi)降法養(yǎng)護(hù)，養(yǎng)護(hù)主要起保溫和保濕作用，保溫的主要目的是減少混凝土表面的熱擴(kuò)散，降低表面的溫度梯度，防止產(chǎn)生表面裂縫;保濕的主要目的是防止混凝土表面出現(xiàn)收縮裂縫。

四、施工模擬計(jì)算

施工模擬計(jì)算采用大型工程計(jì)算軟件MIDAS建立有限元模型，模擬分析承臺(tái)大體積混凝土水化熱產(chǎn)生、溫度降低以及溫度應(yīng)力產(chǎn)生、消失的全過(guò)程。

采用軟件進(jìn)行水化熱分析關(guān)鍵是建立與施工方案實(shí)際情況采用的措施相接近的分析模型，取準(zhǔn)環(huán)境溫度函數(shù)、對(duì)流系數(shù)函數(shù)、固定溫度、熱源函數(shù)、各個(gè)邊界約束條件。在采用降低水泥水化熱、降低混凝土入模溫度、冷管散熱、磚?；靥钔帘?、覆水養(yǎng)護(hù)保溫的措施下建立四分之一有限元對(duì)稱模型，模型見(jiàn)圖3。

經(jīng)過(guò)運(yùn)行分析，可以清楚地看到承臺(tái)內(nèi)溫度場(chǎng)分布，如圖4所示為第四天對(duì)稱斷面上溫度場(chǎng)，從中可以看到內(nèi)部溫度高周邊及表面溫度低、中心溫度高，冷卻水管的冷卻作用反應(yīng)的也很清楚。

承臺(tái)中心溫度最高點(diǎn)單元以及承臺(tái)外表面溫度最低點(diǎn)單元溫度隨時(shí)間變化見(jiàn)圖5所示，充分反映了混凝土內(nèi)部的升溫降溫過(guò)程。

經(jīng)過(guò)對(duì)比比較，混凝土內(nèi)外溫差在3天時(shí)達(dá)到最大28℃，符合混凝土內(nèi)外溫差不超過(guò)30℃的要求。

第80小時(shí)混凝土內(nèi)部應(yīng)力場(chǎng)如圖6，在混凝土澆筑及養(yǎng)護(hù)過(guò)程中，混凝土在各階段各單元內(nèi)部產(chǎn)生的最大應(yīng)力如圖7所示，拉應(yīng)力小于混凝土抗拉強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值2.01MPa的要求。

五、溫度測(cè)試結(jié)果

測(cè)量數(shù)據(jù)經(jīng)系統(tǒng)統(tǒng)計(jì)分析表明，在混凝土的澆筑及養(yǎng)護(hù)過(guò)程中，混凝土的斷面最大溫差有效地控制在20℃以內(nèi)，符合規(guī)范要求。最大溫度梯度為<16℃/d。承臺(tái)內(nèi)溫度最高點(diǎn)的溫度變化規(guī)律見(jiàn)圖8，最高溫度發(fā)生在第3天，為48.9℃。冷卻水管進(jìn)出水口的溫差平均值為8.4℃，循環(huán)冷卻水從承臺(tái)內(nèi)帶走了大量熱量，對(duì)控制承臺(tái)混凝土的內(nèi)外溫差發(fā)揮了重要作用。

六、模擬計(jì)算與實(shí)測(cè)結(jié)果對(duì)比

經(jīng)過(guò)對(duì)比，發(fā)現(xiàn)計(jì)算分析結(jié)果與實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)規(guī)律是相同，但是也有一些區(qū)別：

（一）升溫過(guò)程基本一致，最高溫度出現(xiàn)的時(shí)間也比較一致;

（二）最高溫度不太相同，相差較大，分析原因是水泥水化熱參數(shù)不夠準(zhǔn)備所致;

（三）實(shí)際降溫過(guò)程沒(méi)有MIDAS理論分析快，這說(shuō)明外界參數(shù)的選取與實(shí)際有所差異。

七、結(jié)語(yǔ)

（一）采用上述施工控制措施實(shí)現(xiàn)冬季大體積混凝土一次澆注方案可行，能夠保證大體積混凝土質(zhì)量。

（二） 采用MIDAS軟件進(jìn)行模擬計(jì)算有效的事前驗(yàn)證施工控制措施的可靠度。

（三）大體積混凝土的配合比設(shè)計(jì)很重要，是大體積混凝土內(nèi)部溫度控制的基礎(chǔ)。

（四）采用內(nèi)散外蓄綜合養(yǎng)護(hù)措施及設(shè)置冷卻水管通水降溫，可有效降低混凝土的溫升值和溫差值，尤其是根據(jù)實(shí)時(shí)溫度監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)調(diào)節(jié)冷卻水管流量，做到了信息化數(shù)據(jù)指導(dǎo)施工，是大體積混凝土施工的強(qiáng)有力保障。

參考文獻(xiàn)：

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