水冷管對混凝土水化熱影響研究

張 策，周 倩

(重慶交通大學(xué))

1 工程概況

該橋?yàn)楦咚俾范蔚目刂菩怨こ?，南錨碇大體積混凝土結(jié)構(gòu)包括錨塊、錨塊連接塊、錨鞍、錨鞍后澆帶、錨體側(cè)墻、壓重塊、錨體前墻。單個(gè)錨體錨塊結(jié)構(gòu)尺寸為15 m ×30 m ×31.1 m，采用C40混凝土;錨塊連接塊結(jié)構(gòu)尺寸為13.7 m ×30 m×17.17 m，采用C30混凝土;錨鞍結(jié)構(gòu)尺寸為15 m ×10 m×36.7 m，散索鞍支承中心以下5 m 內(nèi)采用C40混凝土，其余采用C30混凝土;錨鞍與錨塊間左右各設(shè)2 m 寬后澆帶，錨鞍后澆帶結(jié)構(gòu)尺寸為2 m ×15 m ×17.169 m，采用C30混凝土;錨體側(cè)墻分3.0 m ×7m ×2.74 m，采用C30混凝土;壓重塊結(jié)構(gòu)尺寸為32.48 m×13.7 m×13.93 m，采用C30混凝土;錨體前墻采用C30混凝土。

2 計(jì)算參數(shù)

該橋環(huán)境溫度為20 ℃，對流系數(shù)為50 232 J/(m2. hr.［T］)，水冷管本來采用的直徑為25 mm，擬更換直徑為40 mm。流量為0.9 m3/h，入口溫度為20 ℃，對流系數(shù)371.667 W/m2.［T］，質(zhì)量密度為9 806.65 N/m3/g，混凝土物理、熱性能參數(shù)見表1。

表1 混凝土物理、熱性能參數(shù)

3 分析模型

錨錠由錨塊、壓重塊、鞍部組成，進(jìn)行分塊澆筑。為了對更換水冷管進(jìn)行對比分析，模型對五種工況進(jìn)行了分析，五種工況分別如下。工況一為不設(shè)置水冷管;工況二為水冷管直徑40 mm，水冷管距離混凝土邊緣50 cm，水冷管之間的間距1 m;工況三為水冷管直徑25 mm，水冷管距離混凝土邊緣50 cm，水冷管之間的距離50 cm;工況四為水冷管直徑25 mm，水冷管距離混凝土邊緣50 cm，水冷管之間距離1 m。工況五為水溫升高，水冷管直徑40 mm，水冷管距離混凝土邊緣50 cm，水冷管之間距離50 cm。

4 計(jì)算結(jié)果

在三個(gè)不同澆筑區(qū)域各取一個(gè)有代表性點(diǎn)繪制溫度變化圖，各工況溫度變化對比見圖1 ～圖5，數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)見表2。

研究表明:不加水冷管情況，溫度變化曲線較加了水冷管平滑，在第二天到第三天之間達(dá)到溫度最高值，在達(dá)到最高值后，呈下降趨勢。水冷管加粗溫度在第一天和第二天之間達(dá)到最大值，達(dá)到溫度最大之后總體上呈波浪形下降。水冷管加密情況下，在第一天達(dá)到最高值，在達(dá)到最高值后呈波浪形下降，由于水冷管加密，改變水流方向，對混凝土溫度影響較大。工況4 情況下混凝土溫度在第三天達(dá)到最大值，中間由于水冷管改變水流方向，有一次突變，在達(dá)到最高溫度后，總體呈下降趨勢，由于水冷管改變水流方向的作用，有小幅度升高。工況5 表明如果水溫不能夠控制好，即使用加粗加密的方法來降低混凝土的溫度效果很不會理想。第一天的溫度就可以達(dá)到38 ℃?？傮w降溫明顯慢于控制好水溫的施工。

圖1 工況1 溫度變化圖

圖2 工況2 溫度變化圖

圖3 工況3 溫度變化圖

圖4 工況4 溫度變化圖

圖5 工況5 溫度變化圖

表2 數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)表

5 結(jié) 語

混凝土分塊澆筑，右邊首先澆筑，左邊其次，中間最后澆筑。由于中間混凝土為C30混凝土，兩邊為C40，結(jié)合以上各工況溫度分布圖，可以看出C40混凝土放熱量大于C30，由于澆筑先后的順序不同，最后各塊溫度也各不相同。水冷管布置在混凝土中間位置，從分布圖可以看出，水冷管作用位置，溫度明顯低于附近混凝土，混凝土和地基接觸位置散熱較差。根據(jù)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)表格可以看出:加粗水冷管對于降低最高溫度作用不是很明顯，對降低整體溫度有明顯作用，加密水冷管對于降低最高溫度和降低整體溫度都有顯著效果，如果控制不好水溫將來對混凝土的降溫有著很大的影響。根據(jù)計(jì)算結(jié)果分析，水冷管變更方案加大水冷管直徑和加密水冷管對于降低混凝土內(nèi)部溫度是有利的，應(yīng)盡可能使用自來水以保證水溫較低。

［1］ 王鐵夢.工程結(jié)構(gòu)裂縫控制［M］.北京:中國建筑工業(yè)出版社，1997.

［2］ 劉秉京.混凝土技術(shù)［M］.北京:人民交通出版社，1998.

［3］ 朱伯芳.大體積混凝土溫度應(yīng)力與溫度控制研究［M］. 北京中國電力出版社，1999.

［4］ 欒堯，閻堵渝.大體積混凝士水化熱溫度場的數(shù)值計(jì)算［J］.工業(yè)建筑，2008，(2).