大体积混凝土水化热方案计算单.docx

承台大体积砼水化热技术措施
摘要：本文通过对大体积混凝土内外部温差大出现的温度裂缝，提出比较合理的处理方法。
关键词：大体积混凝土 计算 温差 处理技术
大体积混凝土结构物产生裂缝的原因是复杂的，但对于桥梁工程中大体积混凝土基础来说，其结构截面尺寸大，抵抗外荷载的能力强，导致裂缝的主要原因是水泥在硬化过程中释放大量水化热产生的温度应力，超过了混凝土抗拉极限强度，所以出现了温度裂缝。为了避免出现温度裂缝，在大体积混凝土的内部采用冷却管循环水降温措施，确保工程质量。
一、大体积混凝土的温控计算
1、相关资料
（1）配合比及材料
承台混凝土：
配合比：1：3.462:4.218:水0.655:0.63：0.012(水泥：中砂：碎石：水：粉煤灰：减水剂)
材料：
每立方混凝土中各种材料含量如下：孟电p.042.5水泥：238kg，信阳中砂：824kg,荥阳贾峪碎石：1004kg,深井水：156kg,洛阳热电粉煤灰：150kg,山东华伟减水剂:2.8kg
（2）混凝土拌和方式
砼浇注采用集中场拌、砼罐车运输，溜槽或串筒放模施工，浇注前充分做好准备，清除基坑中的杂物，平整清理场地。
2、承台混凝土的温控计算
2.1 混凝土最高水化热温度及3d、7d的水化热绝热温度
承台混凝土：
C=238Kg/m3；水化热Q=250J/ Kg，c=0.96J/ Kg℃，=2400 Kg/m3
承台混凝土最高水化热绝热升温：
Tmax=CQ/ c=(238250)/（0.962400）=25.82℃
3d的绝热温升
T（3）=25.82（1-e-0.3*3）=25.82（1-2.718-0.3*3）=15.31℃
T（3）=15.31-0=15.31℃
7d的绝热温升
T（7）=25.82（1-e-0.3*7）=22.66℃
T（7）=22.66-15.31=7.35℃
15d的绝热温升
T（15）=25.82（1-e-0.3*15）=25.54℃
T（15）=25.54-22.66=2.88℃
2.2承台混凝土各龄期收缩变形值计算
····
式中：为标准状态下的最终收缩变形值；为水泥品种修正系数；为水泥细度修正系数；为骨料修正系数；为水灰比修正系数；为水泥浆量修正系数；为龄期修正系数；为环境温度修正系数；为水力半径的倒数(cm-1),为构件截面周长(L)与截面面积(A)之比:r=L/A；为操作方法有关的修正系数；为与配筋率Ea、Aa、Eb、Ab有关的修正系数,其中Ea、Eb分别为钢筋和混凝土的弹性模量(MPa),Aa、Ab分别为钢筋和混凝土的截面积(mm2)。
查表得：=1.10，=1. 0，=1. 0，=1.21，=1.20， =1.09/0.98（3d），=1.0/0.9（7d），=0.93/0.84（15d），=0.7，=1.4，=1.0，=1.0，
则有：=1.101.01. 01.211.200.71.41.01.0=1.565
10 3d的收缩变形值
=3.2410-4=0.16310-4
20 7d的收缩变形值
=3.2410-4=0.36810-4
30 15d的收缩变形值
=3.2410-4=0.77610-4
2.3承台混凝土各龄期收缩变形换算成当量温差
10 3d龄期
℃
20 7d龄期
℃
30 15d龄期
℃
2.4承台混凝土各龄期内外温差计算
假设入模温度：T0=30℃，T℃
10 3d龄期
= T0+2/3T(t)+Ty(t)-T=30+2/315.31+1.63-15=25.21℃
20 7d龄期
= T0+2/3T(t)+Ty(t)-T=30+2/322.66+3.68-15=30.11℃
30 15d龄期
= T0+2/3T(t)+Ty(t)-T=30+2/325.54+7.76-15=32.03℃
由以上计算可知，承台混凝土内外温差略大于我国《混凝土结构工程施工及验收规范》（GB50204-92）中关于大体积混凝土温度内外温差为25℃的规定。若需降低混凝土的内外温差，采取在承台混凝土中埋设冷却管的方法。
3、冷却管的布置及混凝土的降温计算
（1）水的特性参数：
水的比热：c水=4.2103J/ Kg℃；水的密度 水=1.0103 Kg/m3；冷却管的直径：D=5cm
（2）承台混凝土冷却管的布置形式

(3)测温孔布置：测点布置平面沿基础中心纵向布置4个，横向布置3个，沿边再布置2个，竖向深度范围每隔500mm~600mm布置一个，如下图所示：

(3)承台混凝土体积（除去冷却管后）V=18.214.33-3.14(0.05/2)22(13.34+26+12.36)=780.78-0.546=780.23 m3
（4）承台混凝土由于冷却管作用的降温计算

式中： —冷却管中水的流速
—冷却管通水时间
—水的密度
—进出水口处的温差
—水的比热
—混凝土的体积
—混凝土的密度
—混凝土的比热
10 3d龄期
冷却管通水时间：持续通水（按t=1d计算），出水管和进水管的温差：=3℃
℃
20 7d龄期
冷却管通水时间：持续通水（按t=1.5d 计算），出水管和进水管的温差：=3℃
℃
（5）、预埋冷却管后各龄期承台混凝土内外温差值：
10 3d龄期
25.21-3.36/2=23.53℃ （安全系数为2.0）
20 7d龄期
30.11-5.04/2=27.59℃ （安全系数为2.0）
4、应力计算
由《混凝土工程现场施工使用手册》查表知：弹性模量Ec=3.0×104Mpa，St=0.4，R(t)=0.37
混凝土的入模温度为30℃，当地平均温度为15℃
由上面计算知：T（15）=25.82（1-e-0.3*15）=25.54℃
Tmax=25.82（1-e- ）=25.82℃
由上面计算知：混凝土收缩变形值为：
=3.2410-4=0.77610-4
由上面计算知：混凝土15d的收缩当量温差为：
℃
混凝土15d的弹性模量为：E(15)= E(c) 1042.22104 Mpa
混凝土最大综合温差：
= T0+2/3T(t)+Ty(t)-T=30+2/325.82+7.76-15=39.97℃
则承台混凝土最大降温收缩应力为：

安全系数： ，满足
露天养护期间承台混凝土产生的降温收缩盈利为：
= T0+2/3T(t)+Ty(t)-T=30+2/325.54+8-15=40℃

由计算知承台在露天养护期间混凝土有可能出现裂缝，在此期间混凝土表面应采取养护和保温措施，是养护温度加大（即Th加大），综合温差ΔT减小，使计算的 小于1.5/1.15=1.3Mpa，则可控制裂缝的出现。
二、结论及注意事项
1、注意事项
2.1、浇注混凝土避免阳光直晒，一般选择在傍晚开始直至第二天十点以前。对粗骨料进行喷水和护盖，施工现场设置遮阳设施，搭设彩条布棚。
2.2、承台混凝土埋设2层冷却管，间距1.0米。严格观察入水口和出水口的水温差，根据实际情况（混凝土入模温度）进行水流速度调整。水温差大时，提高水速；水温差小时，降低水速。通过冷却排水，带走混凝土体内的热量，本计算方案表明，此方法使大体积混凝土体内的温度降低2-3℃。
2. 3、浇注混凝土时，采用分层浇注，控制混凝土在浇注过程中均匀上升，避免混凝土拌和物局部堆积过大，混凝土的分层厚度控制在20-30cm。
2.4、浇注混凝土后，搭设遮阳布棚，避免阳光爆晒混凝土表面。混凝土表面用土工布覆盖保湿保温，要十分注意洒水养生，使混凝土缓慢降温，缓慢干燥，减少混凝土内外温差。
2.5、浇注混凝土后，每2小时测量混凝土表面的温度和冷却管的出水温度，及时调整养护措施。
2、结论
承台大体积混凝土在浇注过程中，由于混凝土在结硬过程中内部产生大量的热量使其内部温度升高，当内外温度相差过大时就容易出现温度裂缝，若需降低混凝土的内外温差，采取在承台混凝土中埋设冷却管进行降温措施。