大體積承臺水化熱控制計算
2008-01-01 00:00:00吳巍趙學濤
現代商貿工業 2008年3期
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裂縫，如果施工中不加以控制，會產生許多嚴重的后果。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行了詳細的闡述，對混凝土配合比設計、測溫養護的一些可供借鑒的方法。在現場澆注及事后檢測中，混凝土質量狀況良好。
關鍵詞：水泥水化熱；混凝土比熱；溫度應力；約束應力；綜合溫差；入模溫度
中圖分類號：TU113文獻標識碼：A文章編號：1672-3198（2008）03-0297-02
1 工況概述
我標段負責施工的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：2566.2m3。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）混凝土內外溫差引起的內力(混凝土同一時間點橫向溫差)；
（2）混凝土溫度收縮應力(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 綜合數據擬定
（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）基本數據取定與計算
水泥水化熱：Q=377J/kg；
混凝土比熱：C=0.96J/kg·℃；
混凝土質量密度：ρ=2400kg/m3。
混凝土的最終彈性模量:E(c)=1052.2+34.7fcu=
1052.2+34.730=3.0×104MPa
標準狀態下極限收縮值：ε0y=3.24×10-4
2.2 各齡期應力計算
因為混凝土一般在2～5天水化熱溫度達到最高，故需從混凝土具有兩天齡期時開始計算其溫度應力。在溫度上升階段，混凝土的彈性模量較低，約束應力較小，故不必考慮其溫度上升階段的裂縫問題?；炷羶韧鉁夭顟τ嬎悴捎孟鄳估瓘姸葮藴手?，而縱向混凝土溫度收縮溫差引起的應力采用抗拉強度標準值ftk，并考慮1.15的安全系數，因為其產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力（此時還沒有拆除模板）
(1)混凝土的抗拉強度的最小值為：
（2）同理計算2天齡期以后混凝土拉應力。
當混凝土在自然養護條件下達到23天齡期計算狀態時：
混凝土所產生的溫度收縮應力σ＝1.73MPa大于混凝土的允許最大拉應力R1(9)＝1.72MPa（考慮了1.15的安全系數），此時可能產生裂縫，所以必須考慮對混凝土基礎進行內降外保（混凝土內部使用冷卻管降溫，外面使用塑料布和土工布等保溫）的養護措施。
根據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天的時候就能達到最大的溫度值，通過內降外保的措施保證混凝土產生的溫度收縮應力小于混凝土的允許最大抗拉強度，即保證混凝土在養護期間不產生裂縫。
2.3 混凝土內部最高溫度的估算
（1）混凝土內部最高溫度估算。
按最大絕熱溫升值計算
根據計算結果，入模溫度考慮6.8℃時，混凝土內的最高溫度值為6.8+48.27=55.07℃。由以上計算，利用內降外保養護使混凝土降溫值取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
根據經驗，自澆筑混凝土開始至水泥放熱基本結束，一般約30天，做好這一時期的混凝土養護工作是避免混凝土裂縫的首要工作。主要是控制混凝土內外的溫度差防止由于收縮應力而產生的裂縫。混凝土的升溫峰值一般在3～5天就能達到，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，混凝土的內部溫度慢慢趨于平穩，最后達到一個穩定值，一般為混凝土內外溫差不大于25℃?；炷恋耐鉁囟然旧吓c大氣氣溫相等。所以，混凝土的內部溫度控制在25℃以下。根據降溫效果在承臺混凝土內部溫度保持在25℃以下1～2天后可以停止降溫，觀察混凝土內部溫度情況，如保持原溫度不變，可以拆除降溫設施；如還有超過25℃，則繼續降溫，直至保持25℃以下的溫度狀態。一般為12天左右。
（1）升溫階段的溫度應力。
假定峰值出現在5d，此時的溫度應力為
σ(5)=E(5)×α×ΔT1-v·S(t)·R
=10871×1×10-5×(43.07)1-0.15×0.40×0.32=0.66MPa （2）降溫階段的溫度收縮應力（從第10天開始計算）。 （3）通水降溫時間。 綜合以上計算的內容和施工經驗推算：當混凝土內部溫度達到25℃時，通水時間在11～13天左右。停止降溫，觀察混凝土內部溫度情況，如保持原溫度不變，可以拆除降溫設施；如回升超過25℃，則繼續降溫，直至保持25℃以下的溫度狀態。 注：本文中所涉及到的圖表、注解、公式等內容請以PDF格式閱讀原文。
