大體積混凝土水化熱溫控分析

(重慶交通大學 土木工程學院， 重慶 400074)

大體積混凝土水化熱溫控分析

祁義輝

(重慶交通大學 土木工程學院， 重慶 400074)

在大體積混凝土施工過程中，為避免產生過大的溫度應力，防止溫度裂縫的產生或把裂縫控制在某個界限內，必須進行溫度控制。本文通過對某一剛構橋已完成的承臺水化熱監控的溫控效果進行分析。

大體積混凝土；水化熱；溫控效果

0 引言

養護整體澆筑的大體積混凝土，這一過程主要產生兩種變形：溫度收縮產生變形及因水泥水化作用導致的收縮變形，一旦這種變形受到了一定的約束，那么就會導致拉應力的出現。當這種變形產生的拉應力足夠大時，結構出現開裂。因此，在大體積混凝土施工過程中溫控是一個非常必要的步驟，不僅可以控制結構的裂縫寬度，而且保證著結構的安全性。

1 溫度應力產生的原因

1.1 水泥水化熱的影響

大量的熱量會在水泥水化的過程中產生，并緩慢的向四周傳熱。混凝土初凝時間，水泥水化非常快，熱量發散的速率遠遠小于產熱的速率；硬化后期，水泥的水化速率慢傳遞的熱量可以消耗產生的熱量，此階段為降溫節段。但在澆筑初期，混凝土的彈模比較小，所以產生的徐變則較大，此時的變形約束不大，溫度應力也不大；但是齡期增長，彈模急劇變大，徐變變小，此時的約束也越來越強，導致溫度應力的出現，當這種溫度應力大于混凝土的強度時，便會產生溫度裂縫；

1.2 混凝土收縮變形的影響

混凝土的收縮變形主要存在五種變形：初凝收縮變形、硬化后干燥收縮變形、自生收縮變形、由于溫度的改變引起的冷縮變形以及碳化收縮變形。這種收縮變形越大，那么混凝土內部的質點變形分布越不均勻，產生的應力也越大；

1.3 約束條件的影響

混凝土結構的變形不是一種自由變形，而是會受到一定的約束。存在外約束和內約束這兩種約束。結構邊界條件即為外約束；非均勻的溫度和混凝土的收縮分布產生的內應力，不均勻的變形產生的相互約束。混凝土因受到于約束而產生的變形及產生拉應力，當這種拉應力大于結構的強度時會產生裂縫。

2 溫控總體措施

為確保大體積混凝土結構施工質量，以避免、防止大體積混凝土產生危害性的溫度裂縫，或最大程度降低其產生的幾率，合理制定溫控方案，使混凝土內部溫度場變化按照預想的方向發展。

大體積混凝土溫控總體思路：

（1）通過對原材料做配合比試驗，選擇適當的配合比，降低混凝土的最高溫度峰值；

（2）選擇適合施工季節的表面保溫措施，降低混凝土的內外溫差，使混凝土內溫度場分布盡量均勻，減小溫度梯度；

（3）通過內部冷卻水循環系統，削減混凝土內部溫度峰值，控制內部降溫速率，防止混凝土內部溫度收縮過快；

（4）控制上下層間溫差，盡量縮短層間齡期差，防止可能出現的層間裂縫。

（5）對已完成的溫控工作進行總結和分析，根據項目具體情況，提出針對性建議措施，防止下層裂縫對上層混凝土的影響。

3 溫控標準

大體積混凝土的溫度控制的意義和標準就是讓其內部的溫度場分布按照既想的形式發展，形成合理的溫度場。根據現行規范結合現場實際情況，主要溫控指標如下：

1．在澆筑承臺過程中，混凝土內外溫差（不含混凝土收縮的當量溫度）不宜大于25℃；

2．混凝土中心溫度與表面溫度之差，以及表面溫度與環境溫度之差，均應小于20℃；當結構混凝土具有足夠的抗裂能力時，允許不大于25℃～30℃；

3．混凝土降溫速率不超過2.0℃/d ；

4．澆筑混凝土后在入模溫度基礎上的溫升值不宜大于50℃。

4 溫控目標

我溫度監控的目標是使大體積混凝土內部的溫度場變化按預計的方向發展，防止溫度裂縫的產生或裂縫控制在規范要求內，主要包括以下幾個部分：

1．控制核心混凝土的最高溫度和最高溫升在一定范圍內；

2．盡量使混凝土的內部溫度場分布均勻，同時控制住內外溫差；

3．控制混凝土降溫速率。合理布置冷卻水管

6 內部冷卻水系統

優化冷卻管的布置形式。與其他類似工程相比，對承臺的冷卻水管水平間距及單個水管管路長度進行合理考慮。

1．嚴格對進水溫度和流量進行控制、優化通水策略

單獨編排每一層水管的號碼，做到可以有效的調控需要調控層的水溫，開始時接自然水進行降溫，在降溫階段采取循環水緩慢降溫，配合著監控的溫度數據做出及時的判斷，然后合理進行流量的增加或減小。

承臺澆筑后，如因特殊原因，出現冷卻水管不能及時通水或中斷后再通水的情況，為避免冷卻水突然對內部混凝土造成冷擊，冷卻水與混凝土內部的溫差不超過25℃。

2．后期避免將承臺內部溫度降得過低

一般情況下，在混凝土內部最高溫度與當時環境最低氣溫之間的溫差不大20℃即可停止通冷卻水，避免將承臺內部溫度降得過低，減小后期的溫度收縮應力。

5 現場具體降溫措施

通過對冷卻管內水管水溫和流量的調節來到達對混凝土溫度的及時調控，通過調節水溫及水量來達到溫控的效果是一個比較反復的過程，這個反復的過程主要集中在降溫節段，由于地理位置的影響，白天和夜間溫差非常大，這也是本項目對于溫控把我的難點，晝夜溫差高達二十幾度，白天一般采用自然水降溫，在前期升溫本應該晚上也通冷水降溫，但是考慮到夜間冷水水溫非常低，故采取循環水緩慢降溫，等到溫度達到峰值后降溫階段采用循環水降溫，確保降溫速率控制在不超過2.0℃/d ，在降溫過程中溫度有可能發生反復，即階段性的升溫，此時就需要控制循環水的水溫，保證混凝土內部溫度的變化在一個平緩的曲線上。

6 結論

隨著我國的經濟水平及科學技術越來越發達，對于建筑及交通的風格要求也越來越高，各種各樣的建筑結構隨之興起，對于大體積混凝土得結構也應用得較為廣泛，而隨之帶來的大體積混凝土水化熱這一可能影響到結構耐久性及安全性的問題也必須解決，相信在目前技術的基礎上以后會出現更多新的技術解決這一問題。

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TU75

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