水冷管对混凝土水化热影响研究

张 策，周 倩

(重庆交通大学)

1 工程概况

该桥为高速路段的控制性工程，南锚碇大体积混凝土结构包括锚块、锚块连接块、锚鞍、锚鞍后浇带、锚体侧墙、压重块、锚体前墙。单个锚体锚块结构尺寸为15 m ×30 m ×31.1 m，采用C40混凝土;锚块连接块结构尺寸为13.7 m ×30 m×17.17 m，采用C30混凝土;锚鞍结构尺寸为15 m ×10 m×36.7 m，散索鞍支承中心以下5 m 内采用C40混凝土，其余采用C30混凝土;锚鞍与锚块间左右各设2 m 宽后浇带，锚鞍后浇带结构尺寸为2 m ×15 m ×17.169 m，采用C30混凝土;锚体侧墙分3.0 m ×7m ×2.74 m，采用C30混凝土;压重块结构尺寸为32.48 m×13.7 m×13.93 m，采用C30混凝土;锚体前墙采用C30混凝土。

2 计算参数

该桥环境温度为20 ℃，对流系数为50 232 J/(m2. hr.［T］)，水冷管本来采用的直径为25 mm，拟更换直径为40 mm。流量为0.9 m3/h，入口温度为20 ℃，对流系数371.667 W/m2.［T］，质量密度为9 806.65 N/m3/g，混凝土物理、热性能参数见表1。

表1 混凝土物理、热性能参数

3 分析模型

锚锭由锚块、压重块、鞍部组成，进行分块浇筑。为了对更换水冷管进行对比分析，模型对五种工况进行了分析，五种工况分别如下。工况一为不设置水冷管;工况二为水冷管直径40 mm，水冷管距离混凝土边缘50 cm，水冷管之间的间距1 m;工况三为水冷管直径25 mm，水冷管距离混凝土边缘50 cm，水冷管之间的距离50 cm;工况四为水冷管直径25 mm，水冷管距离混凝土边缘50 cm，水冷管之间距离1 m。工况五为水温升高，水冷管直径40 mm，水冷管距离混凝土边缘50 cm，水冷管之间距离50 cm。

4 计算结果

在三个不同浇筑区域各取一个有代表性点绘制温度变化图，各工况温度变化对比见图1 ～图5，数据统计见表2。

研究表明:不加水冷管情况，温度变化曲线较加了水冷管平滑，在第二天到第三天之间达到温度最高值，在达到最高值后，呈下降趋势。水冷管加粗温度在第一天和第二天之间达到最大值，达到温度最大之后总体上呈波浪形下降。水冷管加密情况下，在第一天达到最高值，在达到最高值后呈波浪形下降，由于水冷管加密，改变水流方向，对混凝土温度影响较大。工况4 情况下混凝土温度在第三天达到最大值，中间由于水冷管改变水流方向，有一次突变，在达到最高温度后，总体呈下降趋势，由于水冷管改变水流方向的作用，有小幅度升高。工况5 表明如果水温不能够控制好，即使用加粗加密的方法来降低混凝土的温度效果很不会理想。第一天的温度就可以达到38 ℃。总体降温明显慢于控制好水温的施工。

图1 工况1 温度变化图

图2 工况2 温度变化图

图3 工况3 温度变化图

图4 工况4 温度变化图

图5 工况5 温度变化图

表2 数据统计表

5 结 语

混凝土分块浇筑，右边首先浇筑，左边其次，中间最后浇筑。由于中间混凝土为C30混凝土，两边为C40，结合以上各工况温度分布图，可以看出C40混凝土放热量大于C30，由于浇筑先后的顺序不同，最后各块温度也各不相同。水冷管布置在混凝土中间位置，从分布图可以看出，水冷管作用位置，温度明显低于附近混凝土，混凝土和地基接触位置散热较差。根据数据统计表格可以看出:加粗水冷管对于降低最高温度作用不是很明显，对降低整体温度有明显作用，加密水冷管对于降低最高温度和降低整体温度都有显著效果，如果控制不好水温将来对混凝土的降温有着很大的影响。根据计算结果分析，水冷管变更方案加大水冷管直径和加密水冷管对于降低混凝土内部温度是有利的，应尽可能使用自来水以保证水温较低。

［1］ 王铁梦.工程结构裂缝控制［M］.北京:中国建筑工业出版社，1997.

［2］ 刘秉京.混凝土技术［M］.北京:人民交通出版社，1998.

［3］ 朱伯芳.大体积混凝土温度应力与温度控制研究［M］. 北京中国电力出版社，1999.

［4］ 栾尧，阎堵渝.大体积混凝士水化热温度场的数值计算［J］.工业建筑，2008，(2).