大体积混凝土承台温控分析.pdf

2 0 1 5年第 5期 5月 混 凝 土 与 水 泥 制 品 CHI NA C0NCRETE AND CEMENT PR0DUCTS 2 01 5 No 5 Ma v 大体积混凝土承 台温控分析 蒋跃楠 ， 危 鼎 ， 宣卫红 ( 1 金陵科技学 院建筑工程学院 ， 南京 2 1 1 1 6 9 ； 2 中国建筑第八工程局有限公司， 上海 2 0 0 1 3 5 ) 摘 要 ： 以中博会展 中心大体积承 台的施工 为例 ， 探讨 了大体积 混凝土施 工的温度控制措 施 ； 按 平 面应 变理 论 建立了数值分析模型 ， 利用有限元 对大体积承 台进行 了温度场和应 力场 的模拟分析 ； 对承 台内部的混凝 土温度进 行 了测 量 并对实测结果进行 了分析 。 关 键 词 ： 大体 积 混 凝 土 ： 承 台 ： 温 差 ； 数 值 模 拟 Ab s t r a c t ：T a k i n g t h e p i l e c a p o f Ch i n a E x p o E x h i b i t i o n Ce n t e r a s a n e x a mp l e ，t h e s p e c i fi c t e mp e r a t u r e c o n t r o l l i n g me a s u r e s o f ma s s i v e c o n c r e t e c o n s t ru c t i o n a r e d i s c u s s e d A n u me r i c a l mo d e l i s e s t a b l i s h e d a c c o r d i n g t o t h e p l a n e s t r a i n t h e o r y ， a n d t h e t e mp e r a t u r e a n d s t r e s s f i e l d o f p i l e c a p a r e s i mu l a t e d a n d a n a l y z e d b y f i n i t e e l e me n t I n a d d i t i o n ， t h e i n t e r - n a l t e mp e r a t u r e o f l a r g e p i l e c a p c o n c r e t e i s me a s u r e d a n d t h e r e s u l t s a r e a n a l y z e d Ke y wo r d s ：Ma s s i v e c o n c r e t e ； P i l e c a p ； T e mp e r a t u r e d i f f e r e n c e ； N u me ric a l s i mu l a t i o n 中图分类号 ： T U 7 4 文献标识码 ： A 文章编号 ： 1 0 0 0 4 6 3 7 ( 2 0 1 5 ) 0 5 7 8 0 4 0前 言 大体积混凝 土在浇筑早期 ， 水化热 的大量释放 会导致混凝土 内部温度骤升。由于中心温度高而表 面温度低导致混凝土 内部膨胀产生拉应力 此时混 凝土的强度尚未得到充分发展 ， 尤其是抗拉强度还 处 在较 低 的水 平 ， 因此 ， 在混 凝土 中形 成裂 缝 。 大体积混凝土 的温控研究一直是工 程领域的 热点问题。朱伯芳【 】认为 ： 优选混凝土原材料和混凝 土配合 比能有效防止大体积混凝 土结构 的开裂 ； 闫 海华闭 等在水泥品种和养护措施等方面对大体积混 凝土温度应力的影响进行 了研究 ； 袁广林 3 1 等利用 有 限元程序对 比分析 了分别采用复合硅酸盐水泥 和普通硅酸盐水泥的船 闸底板混凝土表面拉应力 ， 结果表 明采用低水化热 的复合水泥能够有效地降 低混凝土表面拉应力 ： 黎生南 的研究表 明： 大体积 混凝土的温度控制应以理论计算为前提 ， 材料选择 和施工控制为主要手段 ： 俞亚南5 1 等 以宁波象 山港 公路大桥承台为实例 ， 针对大体积混凝土浇筑 时因 水化热作用引起 的早期表面开裂问题 。 系统地分析 了浇筑温度 、 环境温度 、 保 温材料 以及位移约束条 件等因素对混凝土应力的影响。 本文 以中博会展 中心大体积承 台混凝土 的施 工为例 ，介绍了大体积混凝土承台的施 工方案 、 温 控措施 。并用理论方法和有限元模拟进行 了验证 基金项 目：金陵科技学 院人 才引进科 研基金项 目 ( j i t r e y j 一 2 0 1 4 0 2 ) 。 一 78一 为该工程大体积混凝土施工提供 了理论支撑 。 1 工程 概况 中博会展中心是 “ 十二五” 规划的重点项 目， 分 若干标段进行施工 。其 中二标段部分包括 C 1展厅 区、 C O办公 区、 D 0酒店区 、 E 2通道 、 E 2 C钻石楼 、 F 2 展览区和 G展览区等六个单体工程。该标段建筑面 积约 6 0万 mz 。 地下面积 1 4万 i n z ， 主要采用桩基础 进行承重 其中 C 1展厅 区的独立承台为 C 4 5混凝 土 ， 体积达 1 0 m 1 0 mx 3 m， 属块状大体积混凝土。该 工程 的施工时间在 5 、 6月份 ， 承台极易因水泥水化 热过大而引起裂缝 。因此 ， 必须采取措施控制混凝 土的内外温差 。 2 大 体积 混凝 土承 台施 工方 案 2 1 原材料选择及配合 比 本工程承台混凝土强度等级为 C 4 5 ，施工用混 凝土配合比见表 1 。 表 1 混凝 土配合 比 k g m 水泥 粉煤灰 矿粉 砂 石 水 泵送剂 2 6 6 8 9 8 9 7 1 4 1 0 2 7 1 6 0 4 8 8 本工程承 台大体积混凝土浇筑采用 4 2 5级低 水化热普通硅酸盐水泥 、 C类 级粉煤灰 、 $ 9 5级矿 渣微粉和泵送剂。普通硅酸盐水泥具有低水化热 、 高安定性等特点 ， 可以降低大体积混凝土浇筑过程 中产生的水化热 ； 粉煤灰可以替代部分水泥 以减少 水泥水化过程中的水化热 ； 矿渣微粉具有一定的活 性 ， 能提高混凝土 的综合性能 ； 泵送剂可以提高混 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 蒋跃楠 ， 危鼎 ， 宣卫红 大体积混凝土承台温控分析 离开钢筋顶端 2 0 0 ram处刷红色油漆一道作 为混凝 土承 台顶标高 的控制线 ；然后量取 不同测温点深 度 ， 将温度传感器顶端的灵敏元件 固定于各测温点 处 埋置测温导线时测温金属探头不得接触钢筋且 必须将插头包裹好 ， 以免混凝土浇筑时被污染 。为 防止钢筋导热 ， 测温线端的灵敏元件与钢筋之间要 加隔温垫片。测温时将插头插入建筑电子测温仪插 座 中， 读取温度数据并及 时记录。 4 3 实测数据及分析 承 台温度 的实测数据如 图 8所示 ， 温度曲线 自 上至下分别为 r r 2 、 T 1 、 T 3和 T 4 。 髓 赠 通过实测 的温度时程曲线可以得出以下结论 ： ( 1 ) 在 混凝 土 浇筑 后 的 3 5 8 4 h内 ， 中部 温度 及 内外温差增幅较大 ， 在该 时间段 内 ， 承 台内外温差 最大值达到 2 7 ；承台表面 l O e m内的温度最大值 出现在混凝土浇筑后的 3 5 h ， 为 5 2 ； 当混凝土浇筑 后 4 5 h左右 ， 承台中部温度达到最大值 7 8 q C； 随后 承 台中心最高温度逐步减小 。内外温差也下 降至 2 5 以下 ， 当混凝 土龄期超过 4 d后 承台中心温度 及内外温差降低速度明显增加。 ( 2 ) 从 曲线 上 看 ， 混 凝 土浇 筑 初 期 ， 承 台 内部 的 温 度并 不 均衡 ， 这 主要 是施 工 时 混凝 土 的入模 温度 图 8 承台测温数 据 有差异造成的 ， 总体上越接近 中部 ， 温度上升的速 度越大 ，且承台 内外 的最大温差值会延续一段 时 间 因此 需要随 时采取 防护措施 以免混凝土产 生 裂缝 。 ( 3 ) 实测数据与数值分析结果基本 吻合 ， 说 明 采用数 值模 拟进行 大体积混凝土 的温度分析有一 定道理 ， 但模拟得 到的承 台中心最高温度及 内外温 差均偏小 ， 分析认为这可能是由于数值分析所采用 的参数条件尤其是温度与实际情况不一致所致。 5结 语 大体积混凝 土浇注后 ， 水泥水化产生大量 的热 量 导致混凝土内部温度急剧上升使混凝土 内外形 成较大 的温差 在受到约束时混凝土 由于较大的温 度应力而引起开裂 ，对混凝 土耐久性产生不 良影 响。为有效控制温度应力 ， 中国博览会会展 中心大 体积混凝土承台在施工中采取了以下温控措施 ： 选用低水化热的普通硅酸盐水泥 ， 在混凝土配合 比 中添加一定数量的粉煤灰 、 矿粉 以及泵送剂 ， 以降 低混凝土在凝结过程中的水化热及 提高混凝 土的 综合性能；采用分斜层 自然流淌的浇筑方法， 使 每浇筑层 的厚度控制在 4 0 0 5 0 0 mm， 上下层之间严 格控制浇筑的时间间隔； 混凝土浇筑后及时对其 外表面覆盖 ， 并持续浇水养护两周 以上 。 使 混凝 土 在保温和保湿的条件下凝结。承 台内外温差的实测 结果与数值模拟结果均表明 ： 本工程承 台大体积混 凝 土的温控措施是 可行 的。 目前该工程 已顺利完 工 ， 承 台 内外 没有 出现 贯 通 穿 性 裂 缝 ， 承 台表 面 光 洁 ， 其微裂缝也在规范允许的范围内。 参考文献 ： 【 1 朱伯 芳 大体积混 凝土 温度应 力与 温度控 制【 M】 北京 ： 中 国电力 出版社 1 9 9 9 f 2 】闫海华， 李东 ， 周红兵， 等 大型基础 承台水化热分析与裂缝 控制 J 工业建筑， 2 0 0 5 ， 3 5 ( 9 ) ： 8 6 2 8 6 6 3 】 袁广林， 黄方 意， 沈华， 等 大体积混凝 土施 工期的水化热温 度场及 温度应力研究 J 混凝土， 2 0 0 5 ( 2 ) ： 8 6 8 8 4 黎生南桥墩承台大体积混凝上抗裂计算与温度控制I J 】 武汉理工大学学报， 2 0 1 0 ， 3 2 ( 2 4 ) ： 6 3 6 5 5 】 俞亚南 ， 张巍 ， 申永刚 大体积承 台混凝上早期表面开裂控 制措施 J 1 浙江大学学报 ： 工学 版， 2 0 1 0 ，4 4 ( 8 ) ： 1 6 2 1 1 6 2 8 f 6 王铁 梦 工程结构 裂缝控 制【 M 北京 ： 中国建 筑工业 出版 社 ， 2 0 0 0 7 1 中华 人民共和国建设 部 G B 5 0 4 9 6 2 0 0 9大体积混凝土施 工规 范 S 】 北京 ： 中国计划 出版社， 2 0 0 9 8 建筑 施工手册 编写组 建筑施工手册 ( 第 五版 ) 【 M 北京 ： 中 国建 筑工业 出版社， 2 0 1 3 【 9 刘耀 东， 白应华， 余天 庆， 等 基 于 MI D A S的大 体积混 凝土 承台管冷 技术优化研究 J 】 混凝土， 2 0 0 9 0) ： 1 1 0 一 l 1 2 收稿 日期 ： 2 0 1 5 0 2 2 8 作者简介 ： 蒋跃楠 ( 1 9 6 9 一 ) ， 女 ， 高级工程师 。 通讯地址 ： 江 苏南京市 江宁区弘景大道 9 9号 联系电话 ： 1 5 3 1 2 2 0 9 0 5 7 E - ma i l ： y n j 0 1 1 1 6 3 c o m 一 81 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m