某筒倉基礎大體積混凝土熱工計算與溫度控制

摘 要：通過熱工計算出大體積混凝土內外理論溫差，現場具體施工中從材料選擇、控制措施和施工工藝等關鍵環節采取相應措施，并做好后續溫度實時在線監測，最終保證基礎底板大體積混凝土順利施工。

關鍵詞：大體積混凝土；熱工計算；溫度監測

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2018.06.055

大體積混凝土對施工技術要求較高，為防止混凝土基礎因內外溫差引起的溫度應力導致開裂，應提前制定溫度控制技術措施，重點從選擇低水化熱水泥品種、控制原材料初始溫度、降低溫升速度及做好內外溫度實時監測等方面采取措施。

1 工程概況

某工程新建26座煤筒倉，分2排南北向布置，筒倉直徑21m。倉底伐板式基礎約：308.0m×46.0m×2.0m，混凝土量約為28336m?。 設計按長度方向設有三條伸縮縫，另在每個筒倉之間設1.0m寬后澆帶，將基礎按長度方向分為13塊。

2 大體積混凝土熱工計算

2.1 原始數據

混凝土標號：C30混凝土配合比：42.5級礦渣硅酸鹽水泥240 Kg，比熱C：0.84KJ/Kg.K，初始溫度：35℃；粉煤灰60 Kg，比熱C：0.84KJ/Kg.K，初始溫度：28℃；礦粉70 Kg，比熱C：0.84KJ/Kg.K，初始溫度：28℃；砂725Kg，比熱C：0.84KJ/Kg.K，初始溫度：28℃；碎石1120Kg，比熱C：0.84KJ/Kg.K，初始溫度：28℃；水165Kg，比熱C：4.2KJ/Kg.K，初始溫度：23℃；減水劑4.81kg。

2.2 計算原理

澆筑大體積混凝土時，由于水化熱的作用，中心溫度高，與外界接觸的表面溫度低，當混凝土表面受外界氣溫影響急劇冷卻收縮時，外部混凝土質點與混凝土內部各質點之間相互約束，使表面產生拉應力，內部降溫慢受到自約束產生壓應力。則由于溫差產生的最大拉應力可由下式計算：

式中 、：為混凝土的拉應力（N/mm2）；

E（t）：混凝土的彈性模量（N/mm2）；

：混凝土的熱膨脹系數（1/℃）；

△T1：混凝土截面中心與表面之間的溫差（℃），其中心溫度按下式計算：

T0=ΣT1·W·C∕ΣW·C

2.3 計算過程及結論

經計算得混凝土澆筑溫度： T0=27.2℃

混凝土絕熱溫升：=29.8℃

混凝土塊體內最高溫度（t按3d齡期）：=27.2+29.8*0.67=47.2℃

取 E0=3.00×104N/mm2，△T1=11.2℃

混凝土在3d齡期的彈性模量：=0.71×104N/mm2

混凝土的最大拉應力：=0.67N/mm2

3d齡期的抗拉強度由式：

計算得：=0.70N/mm2

結論：根據以上計算顯示，因內部溫差引起的拉應力不大于該齡期內混凝土的抗拉強度值，所以不會出現表面裂縫。

3 溫度控制措施及檢測數據

3.1 溫度控制措施

從混凝土強度設計源頭考慮，在滿足結構安全的前提下，決定利用混凝土60d 齡期強度代替28d 齡期強度，降低混凝土內部溫升速度。

原材料方面，選用低水化熱的普通硅酸鹽水泥，水泥表面積宜小于350m2/kg；水泥堿含量應小于0.6%。

外加劑選用JWS-V早強減水劑，減少混凝土拌制用水量，提高可泵性。

通過摻入適量粉煤灰與礦粉代替部分水泥，可減少水泥用量，從而降低水化熱，經試驗粉煤灰每立方用量60Kg，礦粉每立方用量70Kg。

選用級配碎石作為混凝土拌制粗、細骨料，骨料分級堆放，堆場上方設罩棚，降低粗細骨料初始溫度。

施工過程中，在不使混凝土產生冷縫的前提下，嚴格控制混凝土澆筑速度；安排足夠勞動力做好混凝土的振搗和泌水處理；在混凝土澆筑完成后初凝前，做好混凝土表面二次抹光，減少表面裂縫。

3.2 溫度監測數據

溫度監測一次測溫元件為Cu50銅熱電阻。

溫度測點布置：在基礎平面半條對稱軸線上，溫度監測點位4處；沿混凝土澆注塊體厚度方向每一處的測點數量5點。

溫度監測頻率：澆筑完成后，前期高頻次檢測，本工程為每兩小時監測一次；后期逐漸降低監測頻率。

測量數據如下圖（上部曲線為混凝土中心溫度，下部曲線為表面溫度）：

4 結論

經實測，基礎底板混凝土中部中心點的溫升高峰值，在混凝土澆筑后3d左右產生，該溫升值略小于絕熱溫升值，以后趨于穩定不再升溫，并且開始逐步降溫。整個溫度變化過程，混凝土基礎內外溫差小于25℃，證明本工程采取的溫度控制措施有效，為今后類似大體積混凝土基礎施工積累了成功經驗。

作者簡介：高勝宗（1982-），男，山西壽陽人，本科，土木工程學位，工程師。