王騰焱，馬建豐，夏利劍，饒 舜

(1.安徽省水安建設集團股份有限公司綜合設計院，安徽 合肥 230022；2.安徽水安建設集團股份有限公司，安徽 合肥 230022)

大體積混凝土結構在水化過程中會產(chǎn)生大量水化熱，嚴重時可使結構發(fā)生開裂，大大影響混凝土結構的安全可靠性和使用壽命。近年來，眾多專家學者針對這一領域進行深入研究。岳著文、王強、劉偉等[1-3]采用Midas、ABAQUS分析軟件對大體積混凝土溫度場進行數(shù)值模擬，分析了水化熱分布規(guī)律、結構開裂機理并提出了控制措施。王振宇等[4]通過Midas分析軟件模擬冬季低負溫條件下大體積混凝土內(nèi)部溫度場，分析了入模溫度和表面保溫措施對混凝土溫度場的影響。張桂芳等[5]采用Midas建立施工階段仿真模型，對大體積混凝土水化熱進行計算分析，制定合適的大體積混凝土表面養(yǎng)護和內(nèi)部降溫措施。本文以引江濟淮工程派河口泵站為研究背景，采用ANSYS有限元分析軟件建立模型，研究覆蓋保溫層后大體積混凝土底板內(nèi)部溫度場分布規(guī)律，制定出合理的大體積混凝土溫控措施。

1 工程背景

派河口泵站布置在派河上游距離入巢湖口2.6 km的轉彎處，工程等別為Ⅰ等，為大(1)型泵站，派河口泵站站身部位底板采用整體式鋼筋混凝土結構，單塊長33 m、寬28.79 m、厚1.5 m，兩端設深1.0 m齒墻。

2 數(shù)值模擬

2.1 數(shù)值模型建立

采用ANSYS中的“生死單元”來模擬混凝土澆筑過程。結構全部采用六面體8節(jié)點單元，熱分析采用SOLID70單元，結構分析中轉換為SOLID45單元。

根據(jù)已給工程資料，工程所在地區(qū)3月份平均氣溫約為10℃，混凝土的澆筑溫度取為11.8℃。底板采用覆蓋保溫層來進行表面保溫，保溫材料為5 cm厚保溫棉被，計算參數(shù)如表1所列。

表1 計算參數(shù)

2.2 溫度場數(shù)值模擬結果分析

本文通過對混凝土底板保溫與不保溫2種工況進行數(shù)值模擬分析，給出了底板內(nèi)部溫度場分布圖如圖1、2所示，并將2種工況的模擬數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計匯總，得到28天底板混凝土內(nèi)部溫度-時間曲線，如圖3、4所示。

圖1 底板澆筑后溫度場分布圖(表面不保溫)

圖2 底板澆筑后溫度場分布圖(表面保溫)

圖3 底板混凝土溫度時間曲線(表面不保溫)

圖4 底板混凝土溫度時間曲線(表面保溫)

由圖3可知：在澆筑混凝土前3天，混凝土水化熱釋放速率較大約為5.28℃/天；第5天時達到最高溫度，約為29.7℃左右；內(nèi)外溫差約為17℃。由圖4可知：在澆筑混凝土前3天，溫度升高顯著約為5.49℃/天，第7天達到最高溫度，約為31.6℃左右，內(nèi)外溫差約為9℃。

對比圖3與4可知，混凝土表面覆蓋保溫材料雖然在一定程度上加快混凝土內(nèi)部升溫速率、提高了內(nèi)部最高溫度，但混凝土里表溫差及溫差增速顯著降低，分別由17℃降低到9℃、4.19℃/天降低到2.59℃/天。此外，覆蓋保溫材料也降低了混凝土降溫速率，降低比例接近20%。

3 結 論

通過研究，得到的結論如下：

(1) 混凝土的水化熱。在前3天釋放速率較大，因此在低溫季節(jié)，混凝土澆筑完成后需立即做好外部保溫措施。

(2) 裂紋控制。采用表面覆蓋保溫層的方式能夠有效降低混凝土里表溫差，減小溫度應力，控制裂縫產(chǎn)生。

(3) 保溫材料。本文僅采用一種保溫材料，材料單一，保溫效果無法與其他材料進行對比。建議根據(jù)現(xiàn)場實際情況選擇保溫材料，并針對不同部位采取不同的保溫措施，以達到更好保溫效果。