水冷管對混凝土水化熱影響研究

張 策，周 倩

(重慶交通大學)

1 工程概況

該橋為高速路段的控制性工程，南錨碇大體積混凝土結構包括錨塊、錨塊連接塊、錨鞍、錨鞍后澆帶、錨體側墻、壓重塊、錨體前墻。單個錨體錨塊結構尺寸為15 m ×30 m ×31.1 m，采用C40混凝土;錨塊連接塊結構尺寸為13.7 m ×30 m×17.17 m，采用C30混凝土;錨鞍結構尺寸為15 m ×10 m×36.7 m，散索鞍支承中心以下5 m 內采用C40混凝土，其余采用C30混凝土;錨鞍與錨塊間左右各設2 m 寬后澆帶，錨鞍后澆帶結構尺寸為2 m ×15 m ×17.169 m，采用C30混凝土;錨體側墻分3.0 m ×7m ×2.74 m，采用C30混凝土;壓重塊結構尺寸為32.48 m×13.7 m×13.93 m，采用C30混凝土;錨體前墻采用C30混凝土。

2 計算參數

該橋環境溫度為20 ℃，對流系數為50 232 J/(m2. hr.［T］)，水冷管本來采用的直徑為25 mm，擬更換直徑為40 mm。流量為0.9 m3/h，入口溫度為20 ℃，對流系數371.667 W/m2.［T］，質量密度為9 806.65 N/m3/g，混凝土物理、熱性能參數見表1。

表1 混凝土物理、熱性能參數

3 分析模型

錨錠由錨塊、壓重塊、鞍部組成，進行分塊澆筑。為了對更換水冷管進行對比分析，模型對五種工況進行了分析，五種工況分別如下。工況一為不設置水冷管;工況二為水冷管直徑40 mm，水冷管距離混凝土邊緣50 cm，水冷管之間的間距1 m;工況三為水冷管直徑25 mm，水冷管距離混凝土邊緣50 cm，水冷管之間的距離50 cm;工況四為水冷管直徑25 mm，水冷管距離混凝土邊緣50 cm，水冷管之間距離1 m。工況五為水溫升高，水冷管直徑40 mm，水冷管距離混凝土邊緣50 cm，水冷管之間距離50 cm。

4 計算結果

在三個不同澆筑區域各取一個有代表性點繪制溫度變化圖，各工況溫度變化對比見圖1 ～圖5，數據統計見表2。

研究表明:不加水冷管情況，溫度變化曲線較加了水冷管平滑，在第二天到第三天之間達到溫度最高值，在達到最高值后，呈下降趨勢。水冷管加粗溫度在第一天和第二天之間達到最大值，達到溫度最大之后總體上呈波浪形下降。水冷管加密情況下，在第一天達到最高值，在達到最高值后呈波浪形下降，由于水冷管加密，改變水流方向，對混凝土溫度影響較大。工況4 情況下混凝土溫度在第三天達到最大值，中間由于水冷管改變水流方向，有一次突變，在達到最高溫度后，總體呈下降趨勢，由于水冷管改變水流方向的作用，有小幅度升高。工況5 表明如果水溫不能夠控制好，即使用加粗加密的方法來降低混凝土的溫度效果很不會理想。第一天的溫度就可以達到38 ℃。總體降溫明顯慢于控制好水溫的施工。

圖1 工況1 溫度變化圖

圖2 工況2 溫度變化圖

圖3 工況3 溫度變化圖

圖4 工況4 溫度變化圖

圖5 工況5 溫度變化圖

表2 數據統計表

5 結 語

混凝土分塊澆筑，右邊首先澆筑，左邊其次，中間最后澆筑。由于中間混凝土為C30混凝土，兩邊為C40，結合以上各工況溫度分布圖，可以看出C40混凝土放熱量大于C30，由于澆筑先后的順序不同，最后各塊溫度也各不相同。水冷管布置在混凝土中間位置，從分布圖可以看出，水冷管作用位置，溫度明顯低于附近混凝土，混凝土和地基接觸位置散熱較差。根據數據統計表格可以看出:加粗水冷管對于降低最高溫度作用不是很明顯，對降低整體溫度有明顯作用，加密水冷管對于降低最高溫度和降低整體溫度都有顯著效果，如果控制不好水溫將來對混凝土的降溫有著很大的影響。根據計算結果分析，水冷管變更方案加大水冷管直徑和加密水冷管對于降低混凝土內部溫度是有利的，應盡可能使用自來水以保證水溫較低。

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

［2］ 劉秉京.混凝土技術［M］.北京:人民交通出版社，1998.

［3］ 朱伯芳.大體積混凝土溫度應力與溫度控制研究［M］. 北京中國電力出版社，1999.

［4］ 欒堯，閻堵渝.大體積混凝士水化熱溫度場的數值計算［J］.工業建筑，2008，(2).