湖底隧道施工中混凝土水化熱溫度變化規(guī)律研究

習(xí)小華，谷拴成

(1.西安科技大學(xué) 建筑與土木工程學(xué)院，西安 710054;2.江西省交通科學(xué)研究院，南昌 330038)

某湖底隧道部分管節(jié)的底板、側(cè)墻及頂板厚度約為1.0 m，節(jié)段最大長度達(dá)45 m，屬于大體積混凝土。在大體積混凝土施工中的突出任務(wù)是控制混凝土溫度裂縫的發(fā)生，確保隧道在運(yùn)營過程中的安全。本文以工程實例的溫度觀測為依據(jù)，得出了湖底隧道在施工中混凝土內(nèi)部水化階段不同位置的溫度變化規(guī)律，為今后湖底隧道的設(shè)計、施工提供參考依據(jù)。

1 工程概況

某湖底隧道某一節(jié)段采用鋼筋混凝土雙孔矩形箱涵結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)凈高5.450～6.226 m，凈寬2.0×8.9 m，底板頂面高程+7.708 m～+10.73 m，頂板厚80 cm，側(cè)墻厚80 cm，中隔墻60 cm，底板厚80 cm，階段長度為20 m。該混凝土為 C30P8抗?jié)B混凝土，采用P.S42.5普通硅酸鹽水泥，本地的河砂，粗集料為5～40 mm的連續(xù)級配碎石，拌合用水為飲用水。摻合劑采用Ⅱ級粉煤灰，外加劑為聚羥酸鹽高效減水劑LCX-9和UEA。在節(jié)段內(nèi)一個斷面埋設(shè)了溫度傳感器，對溫度進(jìn)行觀測，以確保該湖底隧道施工主體結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性、防水性能和盡量減少結(jié)構(gòu)裂縫的發(fā)生。

2 溫度測試方案

2.1 測點(diǎn)布置(圖1)

2.2 數(shù)據(jù)采集

溫度觀測采用湖南長沙金碼高科技實業(yè)有限公司制造的JMZX-215型埋入式混凝土應(yīng)變計(溫度型)，采用JMZX-3001綜合測試儀進(jìn)行測試。混凝土水化階段溫度場的數(shù)據(jù)采集頻率為從混凝土入模開始每2 h測試一次，混凝土入模6 h至混凝土養(yǎng)護(hù)72 h內(nèi)，每1～2 h測試一次，混凝土齡期達(dá)到72 h后每4～12 h測試一次，直到溫差在5℃內(nèi)。

圖1 溫度測點(diǎn)布置示意

2.3 監(jiān)測成果分析

1)頂板和底板溫度變化情況(圖2、圖3)

圖2 頂板各測點(diǎn)實測溫度與時間關(guān)系曲線

圖3 底板各測點(diǎn)實測溫度與時間關(guān)系曲線

從圖2可知，頂板各測點(diǎn)在入模42～50 h后出現(xiàn)最高溫度，為31.2℃ ～34.1℃，各測點(diǎn)溫度在上升階段的最大速率為1.13～1.75℃/h，溫度下降階段速率以0.10～0.30℃/h為主，頂板各測點(diǎn)的溫度值相差不大，這說明頂板混凝土的溫度均勻性比較好。從圖3可知，底板混凝土內(nèi)部各測點(diǎn)在入模17～23 h后出現(xiàn)最高溫度，為36.1℃ ～47.9℃，各測點(diǎn)溫度在上升階段的最大速率為1.53～2.81℃/h，溫度下降階段速率以0.10～0.30℃/h為主。

2)側(cè)墻溫度變化情況(圖4、圖5)

圖4 左側(cè)墻各測點(diǎn)實測溫度與時間關(guān)系曲線

圖5 右側(cè)墻實測溫度與時間關(guān)系曲線

從圖4、圖5可以看出，側(cè)墻各測點(diǎn)在入模34～50 h后出現(xiàn)最高溫度，最高溫度為32.9℃ ～37.3℃，混凝土內(nèi)部各測點(diǎn)溫度在上升階段的最大速率為0.86～1.53℃/h，溫度下降階段速率以0.20～0.60℃/h為主。左側(cè)墻的溫度與右側(cè)墻溫度、側(cè)墻中心溫度與兩側(cè)溫度比較接近，這說明混凝土內(nèi)部的溫度比較均勻。

3 混凝土絕熱升溫分析

根據(jù)水工混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范可知，混凝土在齡期t時的絕熱升溫Tt可采用下式計算

齡期t時刻的累積水化熱

式中，C為包括水泥及粉煤灰的膠凝材料用量(kg/m3);c為水泥混凝土的比熱容(kJ/kg·K);p為粉煤灰摻量的百分?jǐn)?shù);ρ為混凝土的密度(kg/m3);Q0為最終水化熱(kJ/kg);t為齡期(d);m、n為常數(shù)。

側(cè)墻實測溫度與計算溫度結(jié)果見表1。

表1 側(cè)墻實測溫度及計算溫度 ℃

4 結(jié)論

1)各測點(diǎn)的溫度都經(jīng)歷了快速升溫—達(dá)到峰值—緩慢降溫—基本穩(wěn)定4個階段;本次使用的水泥在入模約17～54 h后出現(xiàn)了最高溫度，早于一般水泥的 48～72 h。

2)監(jiān)測數(shù)據(jù)表明，斷面底板各測點(diǎn)最高溫度為36.1℃ ～47.9℃，側(cè)墻各測點(diǎn)的最高溫度為32.9℃～37.3℃，頂板各測點(diǎn)的最高溫度31.2℃ ～34.1℃，因此在施工中應(yīng)著重對底板水化熱溫度進(jìn)行控制。當(dāng)混凝土內(nèi)外溫差＜25℃時，一般不會出現(xiàn)溫度裂縫。

3)實測溫度與理論計算溫度存在一定的差距，說明水泥水化熱問題比較復(fù)雜。

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