气柜基础大体积混凝土施工质量监控与预测.pdf

第 3 8卷第 3期 2 0 1 2年 6月 四川建筑科学研究 S i c h u a n Bu i l d i n g S c i e n c e 3 3 3 气柜基础大体积混凝土施工质量监控与预测 周茗如 ， 郭全意 ， 吴 云 ， 罗兴周 ( 1 兰州理工大学土木工程学院， 甘肃 兰州7 3 0 0 5 0 ； 2 中国石油庆阳石化公司， 甘肃庆阳7 4 5 0 0 0 ； 3 庆阳市兴庆混凝土有限公司， 甘肃 庆阳7 4 5 0 0 0 ) 摘 要： 大体积混凝土的温度变化产生的温度应力导致混凝土产生温度裂缝 ， 是大体积混凝土工程质量最重要的 影响因素。结合工程实例， 应用大型分析软件 A N S Y S 进行仿真模拟， 计算结果表明， 温度场仿真计算值与实测值 比较接近。为了控制大体积混凝土裂缝的产生 ， 从原材料的选用、 配合比的优化、 双掺技术和设置循环冷却水管等 方面采取了系列技术措施 ， 确保了该大体积混凝土结构的施工质量。 关键词： 大体积混凝土； 气柜基础 ； 温度控制； A N S Y S 中图分类号 ： T U 7 4 5 7 文献标识码 ： A 文章编号 ： 1 0 0 81 9 3 3 ( 2 0 1 2) 0 3 3 3 3 0 3 Ga s t a n k f o u n d a t i o n o f t h e m a s s c o nc r e t e c o n s t r uc t i o n q u a l i t v c o n t r o l a n d p r e d i c t i o n Z HO U Mi n g r u ， G U O Q u a n y i ， WU Y u n ， L U O X i n g z h o u ( 1 C o ll e g e o f C i v i l E n g i n e e ri n g， L a n z h o u U n i v e r s i t y o f T e c h n o l o g y ， L a n z h o u 7 3 0 0 5 0， C h i n a ； 2 C h i n a P e t r o l e u m a n d P e t r o c h e m i c a l C o mp a n y Q i n g y a n g ， Q i n gya n g 7 4 5 0 0 0 ， C h i n a ； 3 C o n c r e t e C o ， L t d ， Q i n g y a n g X i n g q i n g ， Q i n g y a n g 7 4 5 0 0 0 ， C h i n a ) Ab s t r a c t ： Ma s s c o n c r e t e t h e r mal s t r e s s c a u s e d b y t e mp e r a t u r e c h a n g e s g e n e r a t e t e mp e r a t u r e s c a u s e c r a c k s i n c o n c ret e ， i t i s t h e mass c o n c r e t e c o n s t r u c t i o n q u ali o f the mo s t i mp o r t ant f a c t o r Wi t h a n e x a mp l e， a p p l i c a t i o n o f l a r g e s c ale s i mu l a t i o n analy s i s s o f t wa r e AN S YS s i mula t i o n r e s ult s s h o w t h a t t h e t e mp e r a t u r e f i e l d s i mula t i o n a n d me as ure d v alu e s a re c l o s e I n o r d e r t o c o n t r o l t h e p r o d u c t i o n o f ma s s c o n c r e t e c r a c k s ， f r o m r a w ma t e r i al s e l e c t i o n，o p t i mi z a t i o n o f mi x t u r e r a t i o ， a d mi x t u r e a n d s e t wa t e r c o o l i n g p i p e s ， an d h a s t a k e n a s e rie s o f t e c h n i c al me asu l s t o e n s u r e t h e l a r g e v o l u me c o n s t r u c ti o n q u ali o f c o n c ret e s t ruc t u r e s Ke y wo r d s： ma s s c o n c r e t e ； g a s t a n ku n d a t i o n； t e mp e r a t u r e c o n t r o l ； ANS Y S 0 引 言 随着现代科学技术的发展 ， 工业与民用建筑 中 的大型设备基础、 筏板基础等 ， 都采用大体积混凝土 建造。G B 5 0 4 9 6 -2 0 0 9 ( 大体积混凝土施工规范 规 定 ： 混凝土结构物实体最小几何尺寸不小于 1 i n的 大体量混凝土 ， 或预计会 因混凝 土中胶凝材料水化 引起 的温度变化和收缩而导致有害裂缝产生的混凝 土为大体积混凝土。与一般钢筋混凝土相比， 大体 积混凝土具有边界条件复杂、 形体庞大、 昆 凝土数量 较多、 工程条件复杂、 施工技术和质量要求较高等特 点。因此除了必须具有足够 的强度 、 刚度 和稳定性 收稿 日期 ： 2 0 1 1 -01 - 0 5 作者简介 ： 周茗如 ( 1 9 6 2一)， 男 ， 陕 西凤翔人 ， 硕 士生导 师 ， 副教 授 主要从事土木工程材料的研究 。 基金项 目： 甘肃省住房和城乡建设厅科技项 目( J K 2 0 1 0 - 5 3 ) E ma i l ： z h o u mr l u t c n 以外 ， 还应满足结构物 的整体性 和耐久性等方面 的 特殊要求。本文围绕中国石油庆 阳石化 3 0 0万吨搬 迁改造工程中气柜基础大体积混凝土施工质量控制 过程进行探讨 ， 有针对性地提出了具体的施工方案 和管理措施 ， 取得了较好的施工质量控制效果 。 1 工程概 况 中国石油庆阳石化 3 0 0万吨搬迁改造工程 燃料气回收设施气柜基础环梁呈环状 ， 气柜 内 径 1 7 1 8 8 in， 基础外径 1 7 4 3 8 m， 基础混凝 土宽度 均为 3 7 3 in， 高度均为 2 0 in， 混凝土方量为 6 8 0 in ， 采用一次浇筑法施工 ， 不 留置施工缝 。施工 时 间为春季 ， 混凝土强度等级 为 C 2 5 。由于基础厚度 大 ， 施工期 间采取了优化混凝土配合 比、 合理选用原 材料 ， 并配以温度监测 的辅助措施 。基础混凝土施 工质量完全达到了规范要求 ， 拆模后经检查没有发 现有害裂缝 。 3 3 4 四川建筑科学研究 第 3 8卷 2裂缝控制的技术措施 2 1 布置预埋冷却水管 大体积混凝土施工 中， 结合本工程浇筑混凝土 的体积和厚度 ， 对环梁基础采用水循环加管冷却进 行降温， 基础混凝土宽度均为 3 7 3 m， 在基础底板上 6 5 e m及 1 3 5 e m处分两层铺设 4根 D N 3 2钢管 ， 每 根间距 7 0 e m， 通过管 内冷却水不断循环 降低混凝 土的温度 ， 降温管上、 下从两个不同方 向进 出水， 基 础两侧挖 了两个储水池蓄水 。 2 2 采用“ 双掺” 技术优化配合比 气柜基础混凝土配合 比中采用了“ 双掺” 技术， 较大幅度地降低了水泥用量。粉煤灰掺量达到胶凝 材料总 重 的 2 0 ， 比常规 基 准混 凝 土 少 用 了 7 5 k g m 水泥 ， 降低 了混凝 土水化热近 l O C， 另外 ， 还 掺用 了高效缓凝减水剂 ， 混凝土的初凝时间有 明显 延长， 不但改善了混凝土的和易性 ， 而且降低了水灰 比， 达到了减少水泥用量、 降低水化热的目的。 3 混凝土的温度计算 3 1 绝热温升 气柜基础大体积混凝土配合 比见表 1 。 水泥水化热 ( 按照 2 8 d计 ) ： Q=3 3 5 H k g ， 系 数 m= 0 3 6 2 ， = 4 d ， e= 2 7 1 8 ， P=2 4 4 7 8 k g IT I ， C = 0 9 7 k J k g K 。计算绝热温升 ： = V Q c o ( 1 一e 一 ) = 2 8 0 3 3 51 0 0 0 ( 0 9 72 4 4 7 81 0 0 0) 0 7 6 5=3 0 2 2 表 1 混凝土配合 比 Tab l e 1 The mi x pr o po r t i on o f c o nc r e t e 3 2 计算浇筑温度 混凝土浇筑人仓 温度取决于大气温度、 原材料 温度 、 拌合温度及混凝土的运输、 泵送的影响。庆阳 石化气柜基础浇筑前 日平均气温为 T o= 2 0 。混 凝土的拌和温度按照下面公式计算 ： = ( T i WC ) ( WC ) 式中 为每立方混凝 土原材料配合 比重量 ； C为 比热 ， C 水=4 1 8 7 k J k g K， C 水 泥=0 5 3 6 H k g 。 K， C 砂=0 7 4 5 k J k g K， C 石 子= 0 7 0 8 k J k g K； 材料温 度 T 水=1 5 c I = ， 泥= 2 5 C， = 2 0 C， 子=1 8 ( 2 。 经计算 ：T e =1 8 o C 混凝土的出罐温度近似可取 1 8 ( 2 ， 考虑到混凝 土经运输 、 泵送 ， 其浇筑温度取 ： = +( 一 )( A l + A 2 + 3 ) ： 1 8+( 2 01 8 )( O 0 3 2+ 0 2 5 2+ 0 1 8 ) ：l 8 9 3 3 3 基础中心最高升温 预测基础中心水化热温升最高温度为 ： T=1 8 93+3 0 22=4 9 1 5q c 4 温度监 测 器由主机与预埋测温线构成测温系统。预埋式测温 线由插头、 导线和温度传感器组成， 适宜测量混凝土 内部温度， 每支测温线可测一点温度 ， 在施工中可任 意布置测温点 。本工程采用 0 5 m， 1 0 I n ， 1 5 m三 种长度 的测温线 ， 即每个测温点监测混凝土表面温 度 、 中心温度和底部温度 。 图1 气柜基础测温点布置示意 F i g 1 Th e s c h e ma t i c l a y o u t o f g a s t a n k u n d a ti o n t e m p e r a t ur e me as ur e me nt po i n t 4 2 测温监测结果 气柜基础混凝 土于 2 0 0 9年 4月 2 0日开始 浇 筑 ， 2 1日浇筑完毕 。4月 2 2日1 1 ： 2 0基础 中心达到 5 1 ( 图 2 ) ， 此时混凝土表面温度为 3 0 C； 5月 4日 4 1 测温点布置 为了进一步了解气柜基础大体积混凝土各部位 水化热的大小、 不 同深度处温度升 降的变化和施工 阶段的早、 中、 后期温差的发展规律， 根据本基础的 平面尺寸、 形状及厚度 ， 布置测 温点 l 2个 ( 图 1 ) 。 测温采用 J D C一2型便携式建筑 电子测温仪 ， 该仪 龄期， d 图 2 气柜基础 混凝土温度升降 曲线 Fi g 2 The c ur v e o f ga s t a nk un dat i o n c on c r e t e t e mpe r a t ur e 周茗如， 等： 气柜基础大体积混凝土施工质量监控与预测 3 3 5 基础中心混凝土温度降至 3 0 C， 表面温度为 2 0 C， 基础中心点与混凝土表面温差值小于 2 5 ， 养护过 程 中基础内外差均小于 2 5 。 4 3结果 分析 1 ) 混凝土内外温差小于 2 5 12， 表 明保温保湿养 护措施是合理的。 2 ) 基础中J6 , U 边缘温度呈下降的趋势， 而基础 中心至 1 2 半径距离范围内温度下降值很小。 3 ) 基础中心于浇筑后第 3天达到最高温升， 基 础越厚处温升龄期越大。 4 ) 基础拆模后 ， 没有发现有害裂缝 。 5有限元分析 J 大体积混凝土温度场分析借助大型有限元分析 软件 A N S Y S进行仿真分析。A N S Y S的热分析包括 稳态和瞬态两种 ， 大体 积混凝土的浇筑过程属于瞬 态分析 ， 也属于非线性分析。 根据施工要求及初始和边界条件， 采用 s o l i d 7 0 热单元。由于是环形对称结构 ， 所以取其 四分之一 ， 采用映射网格 划分。划分 网格后 的模 型如 图 3所 示 。 图 3 气 柜基础有限元网格划分 Fi g 3 Gas t an k f oun dat i o n t he fin i t e e l e me nt me s h of g as t an k f oun da tio n 图 4给出了 A N S Y S模 拟的大体 积混凝土 中心 温度与实测温 度之间的关系 ， 从 图 4中可 以看 出， A N S Y S可以较好地模拟出与实测温度较吻合的温 度曲线 。 一 实测温度 赠 1 6 8 1 9 2 2i 6 2 40 26 4 图 4 混凝土 中心点温度变化 曲线 Fi g 4 The va r i a t i o n c ur v e of c o nc r e t e c e nt r al p oi nt t e mpe r a t ur e 6 结 语 大体积混凝土施工质量监控涉及到设计 、 施工、 环境等多方面原 因， 为了确保质量 ， 应着重从控制温 升、 延缓降温速率、 减少收缩 、 改善约束程度等多方 面采取措施 ， 这些措施是系统的、 相互联 系、 相互制 约的， 应综合考虑施工方案和控制措施 ， 才能得到良 好的效果。通过 A N S Y S 软件进行工程的仿真模拟 可以预测温度场分布情况 ， 从而可以为采取相应 的 温控措施提供理论指导。“ 双掺 ” 技术 的运用 ， 较大 幅度地降低了水泥用量 ， 不但降低了水化热， 而且节 省了水泥 ， 降低 了成本。 参 考 文 献 ： 1 叶琳昌， 沈义 大体积混凝土施工 M 北京： 中国建筑工业 出版社 ，1 9 8 7 2 郝文化 A N S Y S土木工程应用实例 M 北京 ： 中国水利水 电 出版社 ， 2 0 0 5 3 G B 5 o 4 9 6 2 o o 9大体积混凝土施工规范 S 1