水库泄洪洞底板抗冲磨混凝土温控计算及测温数据分析

□周俊青 □吕炎武（河南省水利第二工程局）

水库泄洪洞底板抗冲磨混凝土温控计算及测温数据分析

□周俊青 □吕炎武（河南省水利第二工程局）

结合某水利工程泄洪洞底板抗冲磨混凝土工程的施工实例，介绍了大体积混凝土的温控计算方法及相关参数的取值，并将计算结果与实际监测结果进行对比分析，得出对工程实践有指导意义的结论。

抗冲磨混凝土；水化热；温控计算；测温数据

1 工程概况

某水利枢纽为大（2）型工程，泄洪洞布置两条，洞身断面城门洞型，断面尺寸均为9.0m×13.5m，担负着泄洪、排砂及放空水库的任务。泄洪洞为全断面钢筋混凝土衬砌，衬砌厚度为0.8～2.0m。设计要求洞身抗冲磨混凝土采用C50硅粉混凝土。由于混凝土强度等级高，衬砌厚度较大，可归属于大体积混凝土范畴，施工时需要考虑温控措施，以防止混凝土出现温度裂缝。

2 温控计算

2.1 混凝土的绝热温升

水泥水化热引起的混凝土内部实际最高温度与混凝土的绝热温升有关。计算绝热温升的数据按经优化后的混凝土配合比、水泥用量及粉煤灰用量取值。混凝土浇筑3d左右达到最高温度，下面计算均为3d龄期时的数值。混凝土绝热温升公式为：

按实际配合比，W=456kg/m3；Q0=350kJ/kg；C=0.97kJ/kg·K；r=2400kg/m3；t=3d；m为常数，与水泥品种、浇筑时温度有关，取0.384。

混凝土绝热温升为：

2.2 混凝土中心最高温度计算

其中，ζ为不同浇筑混凝土块厚度的温度系数，因底板下表面为岩石基层，混凝土本身较厚，又是洞内施工，散热条件差，对2.0m厚混凝土浇筑，3d时，取ζ=0.84。

底板混凝土浇筑期间日平均气温33℃，日平均最高气温38℃，最低气温28℃左右。为躲过高温时段，混凝土浇筑在温度为29℃左右时开仓，Tj=29℃。

混凝土中心最高温度为：

2.3 混凝土内外最大温差计算

混凝土内外温差计算应取日平均低气温28℃。混凝土内外温差为：

经以上计算，混凝土内外温差大大超过了允许值25℃。因此必须采取温控措施，以保证混凝土中心至大气的温差梯度及混凝土本身的降温梯度在合理的范围。

2.4 混凝土施工的温控措施

在现场采用了混凝土内分层布置管道通水冷却的办法，以期降低混凝土内部最高温度，减小混凝土内外最大温差。为便于混凝土温控措施监测对比，在一定时段内，在靠下游侧布置的管道内通冷却水，在靠上游侧的未通冷却水，分区进行混凝土内部温度监测。

3 温度监测方法

温控监测点结合工程形状均匀布置，共设15个测温点。在垂直方向，每根测杆均匀布置3个测点，上测点距混凝土上表面50mm，下测点距混凝土下表面50mm。监测仪器采用ZR206开关柜无线测温装置，将测温传感器埋入混凝土内部，无线测温。监测频次分3个阶段：第1-3d，每1h测温1次；第4-6d，每2h测温1次；第7-28d龄期，每4h测温一次。

4 测温数据分析

对第二仓浇筑的混凝土进行了监测，温控监测数据变化曲线见图1、图2。

图1 混凝土冷却水管进出口水温变化图

图2 混凝土内部温度变化图

可以看到，靠上游侧未通冷却水的混凝土内部在2.5d左右测到最高温度71.3℃，与计算值68.4℃很接近；靠下游测通冷却水的混凝土内部也是在约2.5d左右测到最高温度65.9℃。通冷却水与未通冷却水的混凝土内水化热产生的温差为5.4℃，说明通水冷却确实可以降低混凝土内部水化热产生的最高温度。但由于混凝土内部温度过高，通水降温效果有限，混凝土内部温度与最低气温之间仍有37.9℃的温差，由此形成的线涨应力，仍有造成混凝土产生温度裂缝的风险。

5 结语

经上述计算和实测数据分析可得出结论：一是由于底板混凝土的施工环境等限制，散热条件差，ζ（温度系数）的取值应较薄壁混凝土的取值大。二是混凝土内部温度升至峰值时间较快，实测数据表明时间在浇筑后的第2-3d内，其间混凝土弹性模量低、基本处于塑性与弹塑性状态，内外温差的限值可适当放宽。三是通冷却水可以将混凝土内部水化热产生的最高温度降低约5.4℃，但仍不足以将混凝土内外温差控制在25℃以内，进一步说明还可以增加其他温控措施。四是文中的计算值与实测数据比较接近，有助于提前选择合适的温控措施，减少或避免混凝土产生温度裂缝，提高混凝土工程施工质量，使工程效益得到充分发挥。

[1]崔宪普.混凝土水化热温升的计算[J].湖南城建高等专科学校学报，1999，8(3)：7-10.

[2]梁敦维，谢珍兰.混凝土工程计算手册[M].太原：山西科学技术出版社，2006.

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