1、大体积混凝土施工温度监测及其温度应力分析摘要: 大体积混凝土因自身水化热和环境温度的影响易产生温度裂缝。监测大体积混凝土温度的变化是工程检测的重要工作。通过试验室对混凝土施工前的温度的观测, 由温度结果分析得出适宜的施工工艺。对调整施工工艺后的结构混凝土进行温度观测及温度应力分析,明显的降低了混凝土的温度及应力, 该工程中大体积混凝土温度符合工程的要求和标准。 关键词: 大体积混凝土; 温度观测; 应力 中图分类号： TV544+.91 文献标识码： A 文章编号： 1 工程背景 1.1 工程简介 广西省桂来高速公路黔江特大桥大型承台施工，为防止水化热和环境温度产生温度裂缝使钢筋锈蚀, 混凝土
2、的碳化, 降低混凝土的抗冻融、抗疲劳及抗渗能力等。本工程中从原材料、施工工艺和散热降温等方面采取相应的技术措施来保证大体积混凝土的实际温差在允许温差范围内, 从而有效控制温度应力的变化及温度裂缝的产生。大体积混凝土浇筑最高温度不宜超过 80 ; 大体积混凝土表面和内部温差控制在设计要求的范围内, 温差不宜超过 25 。本工程通过试验室对混凝土温度的变化进行监控和观测, 由温度变化结果分析得出适宜的施工工艺, 以确保结构混凝土施工的质量。根据广西省桂来高速公路黔江特大桥大型承台设计要求, 混凝土的浇筑入模温度不得超过 32。在混凝土养护期间, 内部最高温度不得高于 85 ( 施工环境温度较高)
3、, 混凝土内任何相邻 1m 的两点温度差值不能大于 25。 承台的结构尺寸长 25.3 m,宽为 8.62 m, 高度为 5 m 的钢筋混凝土结构。水泥采用强度增长较为缓慢且水化放热量低的 PO42.5 级水泥, 3 d 抗压强度 26 MPa, 28 d 抗压强度 56 MPa; 7 d 水化热 306 kJ/kg。在混凝土中掺加部分粉煤灰, 可使混凝土内部温峰显著降低, 减少混凝土水化热, 有利于防止大体积混凝土开裂。选用性能较好的 I 级粉煤灰, 需水量比 90%92%, 烧失量 1.6%2.5%。外加剂选用高效泵送剂 FDN, 其减水性能及坍落度保持性能均较好。水采用符合现行国家标准的
4、自来水或者地下水。粗骨料采用粒径为 525mm, 连续级配且含泥量小于 1%的碎石, 细骨料采用细度模数 2.7 的中砂, 含泥量不大于 2%。根据配合比设计原则及本工程的具体要求, 通过正交试验方法选择出合理的配合比, 在此基础上, 结合类似工程实践经验对配合比设计结果进行调整, 最终配合比见表 l。 表 1 2 温度监控系统及测点布置 温度监控系统采用自动温度检测系统。温度传感器按照设计埋置于混凝土中, 传感器连接数据采集器, 并通过控制器与计算机相连。温度测量精度为 0.1 , 可以 24 h 实时监测, 数据定期以文本文件形式储存。混凝土内部温度的监测工作在混凝土浇筑的同时进行, 在混
5、凝土养护期间, 对温升阶段和温降阶段, 自动显示、记录 24 h 各测点温度变化情况, 设置报警温度为 25 。每天提供每隔 15 min 的测点数据, 每天对数据进行结果分析和评价, 以便施工现场及时调整保温养护等施工措施, 确保工程质量。 3 大体积混凝土模型内部温度测试结果与施工方案调整 3.1 混凝土温度测点的布置 通过在试验室浇筑混凝土, 以结构混凝土所使用的材料和浇筑条件对混凝土浇筑温度进行提前的把握,根据试验室内混凝土的温度观测结果进行分析调整施工方案。试验室混凝土模型中测点的布置如图 1 所示。 图 1 试验室混凝土模型中测点的布置 3.2 混凝土温度观测结果及其分析 对混凝土
6、试验温度的记录如图 2。所有温度测点的温度记录曲线的大致可以分为 3 个阶段:浇筑前期: 即混凝土入模后, 温度曲线在短时间内升高, 其中以处于混凝土模型中间部位的 T2 测点的温度变化速率最为明显。浇筑中期: 随混凝土中水泥的水化热逐步向外 图 2 混凝土试验温度检测结果 传递,各个温度测点的温度逐渐缓慢的降低。浇筑后期: 温度测点温度降低更加缓慢。对于该混凝土模型试验的混凝土而言, 各个温度测点最高温度都出现在混凝土浇筑后 2 d。其中测点 T2 温度上升至 92.88 后, 温度开始回落。位置处于足尺混凝土模型表面的温度测点, 受外界温度影响较大, 所以出现了和布置在混凝土模型外面测点相
7、同的规律, 即出现了明显的波动起伏, 这是由于外界温度的变化造成的。图 3 和图4 是混凝土模型中最大温度和最大温度差的监测结果。图 3 可以发现: 混凝土模型试验中, 混凝土放热速率很快, 混凝土浇筑 2 d 后混凝土温度达到最大值, 最高温度为 92.88 , 温度在该位置保持近 1 d 后开始逐渐下降。 图 3 混凝土试验中最大温度监测结果图 4 混凝土试验中最大温差监测结果 温度差出现在混凝土浇筑 3 d 后, 最高温度差为 49.50 , 较大的混凝土温度差持续 3 d 左右才逐渐开始降低。说明混凝土的最大温度和最大温度差出项规律并不同步,在施工过程中, 应该根据施工设计的要求, 对
8、于控制最大温度或者最大温度差应分别采用不同的控制方法。 3.3 温度应力分析 根据参考文献2大体积混凝土的温度和温度差来推算混凝土中的最大温度应力, 由此可清楚混凝土中是否会产生由温度差过大而产生裂缝, 以便及时调整施工工艺。 计算公式如下: max=0.1125EaT0( 1-r)(1) 式中:E弹性模量, 取 3.0104; a混凝土线膨胀系数, 取 1.010-5; T0=Tmzx- T; Tmzx混凝土中部最高温度; T混凝土表面温度; r混凝土泊松比, 取 0.15。 K=Rf/max 根据以上温度观测结果, 由式(1) 计算可知, 混凝土中的最大温度应力为 1.95 MPa, K
9、值为 0.871.15, 即该结构混凝土满足抗裂条件。 总之, 通过试验室中利用相同的材料和工艺配置混凝土试验,预先对现场混凝土的情况有所掌控, 然后调整施工工艺,降低混凝土中的最大温度和最大温度应力, 避免了混凝土结构由于温度而引起的裂缝,确保了本工程的质量。 5 结论 大体积混凝土温度是施工过程中需要严格控制的指标。可通过试验室模型对现场混凝土进行预见性分析,然后通过试验结果调整施工工艺。主要降低施工材料入模温度;采用分层浇筑、保温措施、布置冷却水管等施工措施。通过调整施工工艺的现场结构混凝土最大温度大幅度降低, 最大温度差和最大温度应力都得到了控制, 达到了工程要求, 保证了工程质量。 参考文献: 1 JTJ 041-2000 公路桥涵施工技术规范 2 JTG E30-2005 公路工程水泥及水泥混凝土试验规程 3 王铁梦.工程结构裂缝控制M.北京: 中国建筑工业出版社, 1997. 4 江正荣.建筑施工计算手册K.北京: 中国建筑工业出版社, 2001.
