水庫泄洪洞底板抗沖磨混凝土溫控計算及測溫數據分析

□周俊青 □呂炎武（河南省水利第二工程局）

水庫泄洪洞底板抗沖磨混凝土溫控計算及測溫數據分析

□周俊青 □呂炎武（河南省水利第二工程局）

結合某水利工程泄洪洞底板抗沖磨混凝土工程的施工實例，介紹了大體積混凝土的溫控計算方法及相關參數的取值，并將計算結果與實際監測結果進行對比分析，得出對工程實踐有指導意義的結論。

抗沖磨混凝土；水化熱；溫控計算；測溫數據

1 工程概況

某水利樞紐為大（2）型工程，泄洪洞布置兩條，洞身斷面城門洞型，斷面尺寸均為9.0m×13.5m，擔負著泄洪、排砂及放空水庫的任務。泄洪洞為全斷面鋼筋混凝土襯砌，襯砌厚度為0.8～2.0m。設計要求洞身抗沖磨混凝土采用C50硅粉混凝土。由于混凝土強度等級高，襯砌厚度較大，可歸屬于大體積混凝土范疇，施工時需要考慮溫控措施，以防止混凝土出現溫度裂縫。

2 溫控計算

2.1 混凝土的絕熱溫升

水泥水化熱引起的混凝土內部實際最高溫度與混凝土的絕熱溫升有關。計算絕熱溫升的數據按經優化后的混凝土配合比、水泥用量及粉煤灰用量取值。混凝土澆筑3d左右達到最高溫度，下面計算均為3d齡期時的數值。混凝土絕熱溫升公式為：

按實際配合比，W=456kg/m3；Q0=350kJ/kg；C=0.97kJ/kg·K；r=2400kg/m3；t=3d；m為常數，與水泥品種、澆筑時溫度有關，取0.384。

混凝土絕熱溫升為：

2.2 混凝土中心最高溫度計算

其中，ζ為不同澆筑混凝土塊厚度的溫度系數，因底板下表面為巖石基層，混凝土本身較厚，又是洞內施工，散熱條件差，對2.0m厚混凝土澆筑，3d時，取ζ=0.84。

底板混凝土澆筑期間日平均氣溫33℃，日平均最高氣溫38℃，最低氣溫28℃左右。為躲過高溫時段，混凝土澆筑在溫度為29℃左右時開倉，Tj=29℃。

混凝土中心最高溫度為：

2.3 混凝土內外最大溫差計算

混凝土內外溫差計算應取日平均低氣溫28℃。混凝土內外溫差為：

經以上計算，混凝土內外溫差大大超過了允許值25℃。因此必須采取溫控措施，以保證混凝土中心至大氣的溫差梯度及混凝土本身的降溫梯度在合理的范圍。

2.4 混凝土施工的溫控措施

在現場采用了混凝土內分層布置管道通水冷卻的辦法，以期降低混凝土內部最高溫度，減小混凝土內外最大溫差。為便于混凝土溫控措施監測對比，在一定時段內，在靠下游側布置的管道內通冷卻水，在靠上游側的未通冷卻水，分區進行混凝土內部溫度監測。

3 溫度監測方法

溫控監測點結合工程形狀均勻布置，共設15個測溫點。在垂直方向，每根測桿均勻布置3個測點，上測點距混凝土上表面50mm，下測點距混凝土下表面50mm。監測儀器采用ZR206開關柜無線測溫裝置，將測溫傳感器埋入混凝土內部，無線測溫。監測頻次分3個階段：第1-3d，每1h測溫1次；第4-6d，每2h測溫1次；第7-28d齡期，每4h測溫一次。

4 測溫數據分析

對第二倉澆筑的混凝土進行了監測，溫控監測數據變化曲線見圖1、圖2。

圖1 混凝土冷卻水管進出口水溫變化圖

圖2 混凝土內部溫度變化圖

可以看到，靠上游側未通冷卻水的混凝土內部在2.5d左右測到最高溫度71.3℃，與計算值68.4℃很接近；靠下游測通冷卻水的混凝土內部也是在約2.5d左右測到最高溫度65.9℃。通冷卻水與未通冷卻水的混凝土內水化熱產生的溫差為5.4℃，說明通水冷卻確實可以降低混凝土內部水化熱產生的最高溫度。但由于混凝土內部溫度過高，通水降溫效果有限，混凝土內部溫度與最低氣溫之間仍有37.9℃的溫差，由此形成的線漲應力，仍有造成混凝土產生溫度裂縫的風險。

5 結語

經上述計算和實測數據分析可得出結論：一是由于底板混凝土的施工環境等限制，散熱條件差，ζ（溫度系數）的取值應較薄壁混凝土的取值大。二是混凝土內部溫度升至峰值時間較快，實測數據表明時間在澆筑后的第2-3d內，其間混凝土彈性模量低、基本處于塑性與彈塑性狀態，內外溫差的限值可適當放寬。三是通冷卻水可以將混凝土內部水化熱產生的最高溫度降低約5.4℃，但仍不足以將混凝土內外溫差控制在25℃以內，進一步說明還可以增加其他溫控措施。四是文中的計算值與實測數據比較接近，有助于提前選擇合適的溫控措施，減少或避免混凝土產生溫度裂縫，提高混凝土工程施工質量，使工程效益得到充分發揮。

[1]崔憲普.混凝土水化熱溫升的計算[J].湖南城建高等專科學校學報，1999，8(3)：7-10.

[2]梁敦維，謝珍蘭.混凝土工程計算手冊[M].太原：山西科學技術出版社，2006.

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