大体积混凝土水化热温控分析

2017-04-10

四川水泥 2017年8期

关键词：温控冷却水降温

(重庆交通大学土木工程学院，重庆 400074)

大体积混凝土水化热温控分析

祁义辉

(重庆交通大学土木工程学院，重庆 400074)

在大体积混凝土施工过程中，为避免产生过大的温度应力，防止温度裂缝的产生或把裂缝控制在某个界限内，必须进行温度控制。本文通过对某一刚构桥已完成的承台水化热监控的温控效果进行分析。

大体积混凝土；水化热；温控效果

0 引言

养护整体浇筑的大体积混凝土，这一过程主要产生两种变形：温度收缩产生变形及因水泥水化作用导致的收缩变形，一旦这种变形受到了一定的约束，那么就会导致拉应力的出现。当这种变形产生的拉应力足够大时，结构出现开裂。因此，在大体积混凝土施工过程中温控是一个非常必要的步骤，不仅可以控制结构的裂缝宽度，而且保证着结构的安全性。

1 温度应力产生的原因

1.1 水泥水化热的影响

大量的热量会在水泥水化的过程中产生，并缓慢的向四周传热。混凝土初凝时间，水泥水化非常快，热量发散的速率远远小于产热的速率；硬化后期，水泥的水化速率慢传递的热量可以消耗产生的热量，此阶段为降温节段。但在浇筑初期，混凝土的弹模比较小，所以产生的徐变则较大，此时的变形约束不大，温度应力也不大；但是龄期增长，弹模急剧变大，徐变变小，此时的约束也越来越强，导致温度应力的出现，当这种温度应力大于混凝土的强度时，便会产生温度裂缝；

1.2 混凝土收缩变形的影响

混凝土的收缩变形主要存在五种变形：初凝收缩变形、硬化后干燥收缩变形、自生收缩变形、由于温度的改变引起的冷缩变形以及碳化收缩变形。这种收缩变形越大，那么混凝土内部的质点变形分布越不均匀，产生的应力也越大；

1.3 约束条件的影响

混凝土结构的变形不是一种自由变形，而是会受到一定的约束。存在外约束和内约束这两种约束。结构边界条件即为外约束；非均匀的温度和混凝土的收缩分布产生的内应力，不均匀的变形产生的相互约束。混凝土因受到于约束而产生的变形及产生拉应力，当这种拉应力大于结构的强度时会产生裂缝。

2 温控总体措施

为确保大体积混凝土结构施工质量，以避免、防止大体积混凝土产生危害性的温度裂缝，或最大程度降低其产生的几率，合理制定温控方案，使混凝土内部温度场变化按照预想的方向发展。

大体积混凝土温控总体思路：

（1）通过对原材料做配合比试验，选择适当的配合比，降低混凝土的最高温度峰值；

（2）选择适合施工季节的表面保温措施，降低混凝土的内外温差，使混凝土内温度场分布尽量均匀，减小温度梯度；

（3）通过内部冷却水循环系统，削减混凝土内部温度峰值，控制内部降温速率，防止混凝土内部温度收缩过快；

（4）控制上下层间温差，尽量缩短层间龄期差，防止可能出现的层间裂缝。

（5）对已完成的温控工作进行总结和分析，根据项目具体情况，提出针对性建议措施，防止下层裂缝对上层混凝土的影响。

3 温控标准

大体积混凝土的温度控制的意义和标准就是让其内部的温度场分布按照既想的形式发展，形成合理的温度场。根据现行规范结合现场实际情况，主要温控指标如下：

1．在浇筑承台过程中，混凝土内外温差（不含混凝土收缩的当量温度）不宜大于25℃；

2．混凝土中心温度与表面温度之差，以及表面温度与环境温度之差，均应小于20℃；当结构混凝土具有足够的抗裂能力时，允许不大于25℃～30℃；

3．混凝土降温速率不超过2.0℃/d ；

4．浇筑混凝土后在入模温度基础上的温升值不宜大于50℃。

4 温控目标

我温度监控的目标是使大体积混凝土内部的温度场变化按预计的方向发展，防止温度裂缝的产生或裂缝控制在规范要求内，主要包括以下几个部分：

1．控制核心混凝土的最高温度和最高温升在一定范围内；

2．尽量使混凝土的内部温度场分布均匀，同时控制住内外温差；

3．控制混凝土降温速率。合理布置冷却水管

6 内部冷却水系统

优化冷却管的布置形式。与其他类似工程相比，对承台的冷却水管水平间距及单个水管管路长度进行合理考虑。

1．严格对进水温度和流量进行控制、优化通水策略

单独编排每一层水管的号码，做到可以有效的调控需要调控层的水温，开始时接自然水进行降温，在降温阶段采取循环水缓慢降温，配合着监控的温度数据做出及时的判断，然后合理进行流量的增加或减小。

承台浇筑后，如因特殊原因，出现冷却水管不能及时通水或中断后再通水的情况，为避免冷却水突然对内部混凝土造成冷击，冷却水与混凝土内部的温差不超过25℃。

2．后期避免将承台内部温度降得过低

一般情况下，在混凝土内部最高温度与当时环境最低气温之间的温差不大20℃即可停止通冷却水，避免将承台内部温度降得过低，减小后期的温度收缩应力。

5 现场具体降温措施

通过对冷却管内水管水温和流量的调节来到达对混凝土温度的及时调控，通过调节水温及水量来达到温控的效果是一个比较反复的过程，这个反复的过程主要集中在降温节段，由于地理位置的影响，白天和夜间温差非常大，这也是本项目对于温控把我的难点，昼夜温差高达二十几度，白天一般采用自然水降温，在前期升温本应该晚上也通冷水降温，但是考虑到夜间冷水水温非常低，故采取循环水缓慢降温，等到温度达到峰值后降温阶段采用循环水降温，确保降温速率控制在不超过2.0℃/d ，在降温过程中温度有可能发生反复，即阶段性的升温，此时就需要控制循环水的水温，保证混凝土内部温度的变化在一个平缓的曲线上。