大體積承臺水化熱控制計算

摘 要：在重大工程項目和高層建筑施工中，通常混凝土一次澆筑量較大，這種大體積混凝土的澆筑極易出現(xiàn)裂縫，如果施工中不加以控制，會產(chǎn)生許多嚴(yán)重的后果。本文對大體積混凝土施工中的混凝土水化熱的計算及控制進(jìn)行了詳細(xì)的闡述，對混凝土配合比設(shè)計、測溫養(yǎng)護(hù)的一些可供借鑒的方法。在現(xiàn)場澆注及事后檢測中，混凝土質(zhì)量狀況良好。

關(guān)鍵詞：水泥水化熱；混凝土比熱；溫度應(yīng)力；約束應(yīng)力；綜合溫差；入模溫度

中圖分類號：TU113文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A文章編號：1672-3198（2008）03-0297-02

1 工況概述

我標(biāo)段負(fù)責(zé)施工的55#墩單個承臺平面尺寸為：18.2×28.2m，厚度為：5.0m，混凝土方量為：2566.2m3。承臺混凝土施工時間安排在2006年1月，最高溫度考慮為：5℃，最低溫度考慮為0℃。

（1）混凝土內(nèi)外溫差引起的內(nèi)力(混凝土同一時間點橫向溫差)；

（2）混凝土溫度收縮應(yīng)力(不同時間點的縱向溫差)。

2 混凝土澆筑前裂縫控制施工計算

2.1 綜合數(shù)據(jù)擬定

（1）混凝土配合比。

承臺混凝土采用C30， 用32.5號普通水泥，水泥用量為295kg，粉煤灰用量為126kg，水灰比為0.38。

（2）基本數(shù)據(jù)取定與計算

水泥水化熱：Q=377J/kg；

混凝土比熱：C=0.96J/kg·℃；

混凝土質(zhì)量密度：ρ=2400kg/m3。

混凝土的最終彈性模量:E(c)=1052.2+34.7fcu=

1052.2+34.730=3.0×104MPa

標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下極限收縮值：ε0y=3.24×10-4

2.2 各齡期應(yīng)力計算

因為混凝土一般在2～5天水化熱溫度達(dá)到最高，故需從混凝土具有兩天齡期時開始計算其溫度應(yīng)力。在溫度上升階段，混凝土的彈性模量較低，約束應(yīng)力較小，故不必考慮其溫度上升階段的裂縫問題。混凝土內(nèi)外溫差應(yīng)力計算采用相應(yīng)抗拉強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值，而縱向混凝土溫度收縮溫差引起的應(yīng)力采用抗拉強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值ftk，并考慮1.15的安全系數(shù)，因為其產(chǎn)生的是必須避免的貫通性裂縫。

以2天齡期為例計算其溫度應(yīng)力（此時還沒有拆除模板）

(1)混凝土的抗拉強(qiáng)度的最小值為：

（2）同理計算2天齡期以后混凝土拉應(yīng)力。

當(dāng)混凝土在自然養(yǎng)護(hù)條件下達(dá)到23天齡期計算狀態(tài)時：

混凝土所產(chǎn)生的溫度收縮應(yīng)力σ＝1.73MPa大于混凝土的允許最大拉應(yīng)力R1(9)＝1.72MPa（考慮了1.15的安全系數(shù)），此時可能產(chǎn)生裂縫，所以必須考慮對混凝土基礎(chǔ)進(jìn)行內(nèi)降外保（混凝土內(nèi)部使用冷卻管降溫，外面使用塑料布和土工布等保溫）的養(yǎng)護(hù)措施。

根據(jù)我單位施工過的與本工程類似的工程，一般來說混凝土在澆注完成后的2～5天的時候就能達(dá)到最大的溫度值，通過內(nèi)降外保的措施保證混凝土產(chǎn)生的溫度收縮應(yīng)力小于混凝土的允許最大抗拉強(qiáng)度，即保證混凝土在養(yǎng)護(hù)期間不產(chǎn)生裂縫。

2.3 混凝土內(nèi)部最高溫度的估算

（1）混凝土內(nèi)部最高溫度估算。

按最大絕熱溫升值計算

根據(jù)計算結(jié)果，入模溫度考慮6.8℃時，混凝土內(nèi)的最高溫度值為6.8+48.27=55.07℃。由以上計算，利用內(nèi)降外保養(yǎng)護(hù)使混凝土降溫值取12℃，可計算出混凝土的實測溫度最高控制應(yīng)控制在55.07-12＝43.07℃以下。

2.4 承臺混凝土各齡期的溫度控制

根據(jù)經(jīng)驗，自澆筑混凝土開始至水泥放熱基本結(jié)束，一般約30天，做好這一時期的混凝土養(yǎng)護(hù)工作是避免混凝土裂縫的首要工作。主要是控制混凝土內(nèi)外的溫度差防止由于收縮應(yīng)力而產(chǎn)生的裂縫。混凝土的升溫峰值一般在3～5天就能達(dá)到，這是因為初期時混凝土的變化較劇烈，水化熱釋放的較快，后期水化熱釋放較慢，且隨著降溫，混凝土的內(nèi)部溫度慢慢趨于平穩(wěn)，最后達(dá)到一個穩(wěn)定值，一般為混凝土內(nèi)外溫差不大于25℃。混凝土的外溫度基本上與大氣氣溫相等。所以，混凝土的內(nèi)部溫度控制在25℃以下。根據(jù)降溫效果在承臺混凝土內(nèi)部溫度保持在25℃以下1～2天后可以停止降溫，觀察混凝土內(nèi)部溫度情況，如保持原溫度不變，可以拆除降溫設(shè)施；如還有超過25℃，則繼續(xù)降溫，直至保持25℃以下的溫度狀態(tài)。一般為12天左右。

（1）升溫階段的溫度應(yīng)力。

假定峰值出現(xiàn)在5d，此時的溫度應(yīng)力為

σ(5)=E(5)×α×ΔT1-v·S(t)·R

=10871×1×10-5×(43.07)1-0.15×0.40×0.32=0.66MPa

（2）降溫階段的溫度收縮應(yīng)力（從第10天開始計算）。

（3）通水降溫時間。

綜合以上計算的內(nèi)容和施工經(jīng)驗推算：當(dāng)混凝土內(nèi)部溫度達(dá)到25℃時，通水時間在11～13天左右。停止降溫，觀察混凝土內(nèi)部溫度情況，如保持原溫度不變，可以拆除降溫設(shè)施；如回升超過25℃，則繼續(xù)降溫，直至保持25℃以下的溫度狀態(tài)。

注：本文中所涉及到的圖表、注解、公式等內(nèi)容請以PDF格式閱讀原文。