梅 勇

河南省信陽市鲇魚山水庫管理局 河南 商城 465300

目前，越來越多的大體積混凝土被應用于水利工程中，尤其是水庫大壩的建設。在澆筑大壩大體積混凝土時，通常會產生水泥水化熱，造成混凝土內部與外界的溫度差異，從而導致混凝土溫度場分布不均勻[1-2]?；炷恋膶嵝阅芎托熳兲匦裕瑢е逻@種溫度場分布的不均勻極易在混凝土中產生溫度應力，尤其是在混凝土表面容易產生溫度拉應力。如果溫度拉應力超過混凝土的抗拉極限，則在混凝土的表面極大可能會產生裂縫，從而影響了大壩結構的安全性，這在大體積混凝土中表現(xiàn)得尤為突出[3]。

在大體積混凝土溫度控制中，選擇合理的水灰比、澆筑溫度、水管冷卻、配置溫度鋼筋等均為常規(guī)的溫度控制方式。澆筑溫度作為混凝土溫度差計算的初始溫度，在混凝土溫度控制中具有重要的作用，然而由于澆筑運輸過程中不可避免的溫度升高，導致在計算時不宜采用拌和后的溫度。

本文針對不同的運輸工具，分析其溫升情況，以期對運輸工具選擇及溫控計算進行合理確定。

1 運輸過程溫度回升計算模型

混凝土在攪拌站攪拌結束后，往往需要通過交通工具進行運輸。交通工具根據(jù)不同的作業(yè)條件，一般可以分為水平運輸工具和垂直運輸工具。常用的運輸機具包括自卸汽車、皮帶機及纜機吊罐等。

混凝土運輸過程中的溫度回升包括裝卸料、轉運及運輸機具上的溫度回升。

其中，裝卸料及轉運溫度回升系數(shù)、運輸機具上的溫度回升系數(shù)通過參閱規(guī)范，可根據(jù)溫度差分計算方式，采用雙向差分法計算，按式（1）計算得出[4]：

式中：T0,τ+Δτ——計算點計算時段的溫度；

T0,τ——計算點前一時段的溫度；

Δτ——計算時段時間步長；

T1τ、T2τ、T3τ、T4τ——計算點周圍的4個點在前一時 段的溫度值；

L1、L2、L3、L4——計算點距周圍四點的距離；

r ——系數(shù)，r＝αΔτ/h2，這里的α為混凝土導溫系 數(shù)，h2為混凝土差分的平均柵格間距，即 L1、L2、L3、L4的平均值；

Δθτ——計算時段內混凝土絕熱溫升。差分網格如圖1所示。

圖1 差分網格示意

與空氣接觸的混凝土表面溫度按第三類邊界處理，計算公式如下[5]：

式中：Tb,τ+Δτ——邊界點計算時段的溫度；

T0,τ+Δτ——靠邊界的計算點計算時段溫度；

Tc——混凝土表面氣溫；

h ——T0,τ+Δτ點至混凝土邊界的距離；

β ——混凝土表面放熱系數(shù)；

λ——混凝土導熱系數(shù)。

角點溫度計算公式如下[1]：

式中：T角——角點溫度；

λ——混凝土導熱系數(shù)；

L1h、L2h——分別為邊界上的分格距離；

β1、β2——兩邊界上的表面放熱系數(shù)。

2 皮帶機運輸方式入倉的溫度回升計算

采用皮帶機進行運輸時，運輸斷面如圖2所示，計算過程中假定運輸過程中混凝土在輸送帶上均勻分布。

圖2 皮帶機運送混凝土斷面示意

根據(jù)某具體實例，混凝土面上部尺寸為0.68 m，下部尺寸為0.28 m，厚度為0.1 m，膠帶機側壁與水平面角度為38°，計算點平均距離為1 cm；計算時間步長為10 s；假定頂面混凝土表面放熱系數(shù)取70 kJ/（m2·h·K），其余面混凝土表面放熱系數(shù)取20 kJ/（m2·h·K），澆筑時的環(huán)境氣溫取33.1 ℃，進入倉面后卸料的溫度回升系數(shù)按0.032計。

皮帶機不同運輸時間的混凝土溫度回升如表1所示。

表1 皮帶機不同運送時間的溫度回升

3 自卸汽車+纜機吊罐運輸方式入倉的溫度回升計算

本次計算實例中的自卸汽車吊罐運輸能力為9 m3。在運行中溫度回升采用雙向差分法計算，計算點平均距離為1 cm，計算時間步長為1 min。

為避免運輸過程中的熱量倒灌，在自卸汽車車廂周邊設置篷布進行保溫，自卸汽車離開拌和樓前用篷布覆蓋整個車廂，車廂頂面及側面的混凝土放熱系數(shù)取30 kJ/（m2·h·K）。自卸汽車（側卸式混凝土運輸車）由拌和樓運至供料平臺卸料點，卸入斗容9 m3吊罐后由纜機吊運至澆筑倉位。

纜機吊罐采用YL系列液壓自能立式混凝土吊罐，進料口直徑D1為2.53 m，卸口料為矩形，尺寸為0.9 m×1.0 m，罐體高度H1為3.2 m，進料口柱體高度H2為1.8 m。吊罐結構如圖3所示。

圖3 纜機吊罐結構示意

吊罐內混凝土模型計算點平均距離為1～2 cm；計算時間步長為10 s，澆筑時的環(huán)境氣溫取33.1 ℃，吊罐外表面貼保溫卷材，混凝土表面放熱系數(shù)取20 kJ/（m2·h·K）。汽車+纜機不同工況下的混凝土入倉溫度回升如表2所示。

表2 纜機不同運送時間的溫度回升 單位：℃

4 工程實例分析

為評價本文建立的運輸方式的溫度回升計算模型，采用在運輸過程中埋設溫度傳感器的方式進行誤差計算分析。

某壩體工程位于四川省某縣，澆筑月份為7月份，實測外界氣溫溫度為33.1 ℃，澆筑用C30混凝土配比如下：用水量∶水泥∶粉煤灰∶砂∶小石∶中石∶減水劑∶引氣劑＝120∶159∶86∶689∶585∶877∶1.714∶0.049。其中，小石粒徑為5～20 mm，中石粒徑為20～40 mm。在運輸過程中埋設測溫元件，所述測溫元件型號為DS18B20，測溫誤差（2 5 ℃環(huán)境下）為0.1 2 ℃，測試范圍為 -30～150 ℃，絕緣電阻為850 MΩ。

運輸機采用專用槽形皮帶運輸，皮帶機槽形為梯形，上部尺寸為0.68 m，下部尺寸為0.28 m，側壁與水平面角度為38°。皮帶運輸機運輸時間為8 min，混凝土機口溫度為10 ℃。測溫元件埋設在距離混凝土表面5 cm處，共埋設5個。取5個測溫元件的平均值作為測量值，每隔1 min輸出一次測量值。差分計算與測量值對比如圖4所示。

當采用自卸汽車、吊罐進行混凝土運輸時，自卸汽車采用側卸式混凝土運輸車，由拌和樓運至供料平臺卸料點，卸入斗容9 m3吊罐后由纜機吊運至澆筑倉位，其中自卸汽車運輸時間為20 min，吊罐運輸時間為15 min。

混凝土機口溫度為10 ℃，吊罐初始溫度為11.2 ℃。測溫元件埋設在混凝土中心，共埋設5個。取5個測溫元件的平均值作為測量值，每隔5 min輸出一次測量值。差分計算與測量值對比如圖5所示。

圖4 計算值與測量值對比一

圖5 計算值與測量值對比二

由圖4和圖5可知，對于短時間運輸?shù)幕炷翜囟瓤刂贫?，采用差分算法計算結果與實測溫度值誤差較小。

由文獻[1]和[5]中的計算實例可以得知，利用差分進行溫度的計算控制，其與理論值或實測值的誤差相對較小，隨著差分精度的提高，誤差可控制在5%之內。隨著運輸時間的縮短、氣溫變化幅度的降低、混凝土相關熱力學參數(shù)的準確獲取，上述誤差會進一步縮小。通過差分進行溫度計算，將溫度誤差控制在工程允許的范圍內，是完全可 行的。

5 不同運輸方式入倉溫度分析

由上述分析計算可知，隨著運輸時間的不斷增加，混凝土入倉溫度也隨之升高。其中，采用皮帶機運輸混凝土時，由于混凝土直接裸露在大氣中，大氣溫度的回灌比較明顯，其溫度回升的速度較快，因此，對于大壩主體混凝土，夏天施工時不宜采用皮帶機入倉。

對于自卸汽車+纜機吊罐運輸方式而言，溫度升高主要集中在汽車運輸過程中，而在纜機吊罐運輸時，由于空間有限，且通過采用相應的保溫措施，其溫度升高較小。因此，在此種運輸方式中，應盡量減小汽車運輸時間和等待時間。

通過對具體實例分析，對于出機口溫度為7 ℃的混凝土，要將入倉溫度控制在10 ℃以內，自卸汽車運輸時間不宜超過15 min，纜機吊運不宜超過10 min，同時在施工過程中，須加強混凝土入倉過程中的管理工作，盡量縮短汽車運輸及吊罐吊運時間。

6 結語

本文通過建立運輸過程中溫度回升計算的差分模型，對皮帶機運輸和自卸汽車+纜機吊罐運輸2種不同方式分別進行了實例分析，并對其溫度回升進行比較，得出了不同運輸方式的溫升情況，以及2種不同運輸方式的適用情形。

本文總結的相關結論可為大壩大體積混凝土在實際施工中合理選擇運輸方式提供技術參考，并可起到一定的指導作用。

[1] 朱伯芳.大體積混凝土溫度應力與溫度控制[M].北京:水利電力出 版社,2012.

[2] 張國新.非均質材料溫度場的有限元算法[J].水利學報,2004(10): 71-76.

[3] 王鐵夢.工程結構裂縫控制[M].北京:中國建筑工業(yè)出版社,1997.

[4] 杜平,劉書賢,譚廣柱,等.基于四維溫度場理論的大體積混凝土數(shù)值 分析[J].遼寧工程技術大學學報(自然科學版),2012,31(8):526-530.

[5] 鄧旭.大體積混凝土溫度及應力控制相關問題研[D].鄭州:鄭州大 學,2014.