某筒倉基礎(chǔ)大體積混凝土熱工計(jì)算與溫度控制

摘 要：通過熱工計(jì)算出大體積混凝土內(nèi)外理論溫差，現(xiàn)場具體施工中從材料選擇、控制措施和施工工藝等關(guān)鍵環(huán)節(jié)采取相應(yīng)措施，并做好后續(xù)溫度實(shí)時(shí)在線監(jiān)測，最終保證基礎(chǔ)底板大體積混凝土順利施工。

關(guān)鍵詞：大體積混凝土；熱工計(jì)算；溫度監(jiān)測

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2018.06.055

大體積混凝土對施工技術(shù)要求較高，為防止混凝土基礎(chǔ)因內(nèi)外溫差引起的溫度應(yīng)力導(dǎo)致開裂，應(yīng)提前制定溫度控制技術(shù)措施，重點(diǎn)從選擇低水化熱水泥品種、控制原材料初始溫度、降低溫升速度及做好內(nèi)外溫度實(shí)時(shí)監(jiān)測等方面采取措施。

1 工程概況

某工程新建26座煤筒倉，分2排南北向布置，筒倉直徑21m。倉底伐板式基礎(chǔ)約：308.0m×46.0m×2.0m，混凝土量約為28336m?。 設(shè)計(jì)按長度方向設(shè)有三條伸縮縫，另在每個(gè)筒倉之間設(shè)1.0m寬后澆帶，將基礎(chǔ)按長度方向分為13塊。

2 大體積混凝土熱工計(jì)算

2.1 原始數(shù)據(jù)

混凝土標(biāo)號：C30混凝土配合比：42.5級礦渣硅酸鹽水泥240 Kg，比熱C：0.84KJ/Kg.K，初始溫度：35℃；粉煤灰60 Kg，比熱C：0.84KJ/Kg.K，初始溫度：28℃；礦粉70 Kg，比熱C：0.84KJ/Kg.K，初始溫度：28℃；砂725Kg，比熱C：0.84KJ/Kg.K，初始溫度：28℃；碎石1120Kg，比熱C：0.84KJ/Kg.K，初始溫度：28℃；水165Kg，比熱C：4.2KJ/Kg.K，初始溫度：23℃；減水劑4.81kg。

2.2 計(jì)算原理

澆筑大體積混凝土?xí)r，由于水化熱的作用，中心溫度高，與外界接觸的表面溫度低，當(dāng)混凝土表面受外界氣溫影響急劇冷卻收縮時(shí)，外部混凝土質(zhì)點(diǎn)與混凝土內(nèi)部各質(zhì)點(diǎn)之間相互約束，使表面產(chǎn)生拉應(yīng)力，內(nèi)部降溫慢受到自約束產(chǎn)生壓應(yīng)力。則由于溫差產(chǎn)生的最大拉應(yīng)力可由下式計(jì)算：

式中 、：為混凝土的拉應(yīng)力（N/mm2）；

E（t）：混凝土的彈性模量（N/mm2）；

：混凝土的熱膨脹系數(shù)（1/℃）；

△T1：混凝土截面中心與表面之間的溫差（℃），其中心溫度按下式計(jì)算：

T0=ΣT1·W·C∕ΣW·C

2.3 計(jì)算過程及結(jié)論

經(jīng)計(jì)算得混凝土澆筑溫度： T0=27.2℃

混凝土絕熱溫升：=29.8℃

混凝土塊體內(nèi)最高溫度（t按3d齡期）：=27.2+29.8*0.67=47.2℃

取 E0=3.00×104N/mm2，△T1=11.2℃

混凝土在3d齡期的彈性模量：=0.71×104N/mm2

混凝土的最大拉應(yīng)力：=0.67N/mm2

3d齡期的抗拉強(qiáng)度由式：

計(jì)算得：=0.70N/mm2

結(jié)論：根據(jù)以上計(jì)算顯示，因內(nèi)部溫差引起的拉應(yīng)力不大于該齡期內(nèi)混凝土的抗拉強(qiáng)度值，所以不會(huì)出現(xiàn)表面裂縫。

3 溫度控制措施及檢測數(shù)據(jù)

3.1 溫度控制措施

從混凝土強(qiáng)度設(shè)計(jì)源頭考慮，在滿足結(jié)構(gòu)安全的前提下，決定利用混凝土60d 齡期強(qiáng)度代替28d 齡期強(qiáng)度，降低混凝土內(nèi)部溫升速度。

原材料方面，選用低水化熱的普通硅酸鹽水泥，水泥表面積宜小于350m2/kg；水泥堿含量應(yīng)小于0.6%。

外加劑選用JWS-V早強(qiáng)減水劑，減少混凝土拌制用水量，提高可泵性。

通過摻入適量粉煤灰與礦粉代替部分水泥，可減少水泥用量，從而降低水化熱，經(jīng)試驗(yàn)粉煤灰每立方用量60Kg，礦粉每立方用量70Kg。

選用級配碎石作為混凝土拌制粗、細(xì)骨料，骨料分級堆放，堆場上方設(shè)罩棚，降低粗細(xì)骨料初始溫度。

施工過程中，在不使混凝土產(chǎn)生冷縫的前提下，嚴(yán)格控制混凝土澆筑速度；安排足夠勞動(dòng)力做好混凝土的振搗和泌水處理；在混凝土澆筑完成后初凝前，做好混凝土表面二次抹光，減少表面裂縫。

3.2 溫度監(jiān)測數(shù)據(jù)

溫度監(jiān)測一次測溫元件為Cu50銅熱電阻。

溫度測點(diǎn)布置：在基礎(chǔ)平面半條對稱軸線上，溫度監(jiān)測點(diǎn)位4處；沿混凝土澆注塊體厚度方向每一處的測點(diǎn)數(shù)量5點(diǎn)。

溫度監(jiān)測頻率：澆筑完成后，前期高頻次檢測，本工程為每兩小時(shí)監(jiān)測一次；后期逐漸降低監(jiān)測頻率。

測量數(shù)據(jù)如下圖（上部曲線為混凝土中心溫度，下部曲線為表面溫度）：

4 結(jié)論

經(jīng)實(shí)測，基礎(chǔ)底板混凝土中部中心點(diǎn)的溫升高峰值，在混凝土澆筑后3d左右產(chǎn)生，該溫升值略小于絕熱溫升值，以后趨于穩(wěn)定不再升溫，并且開始逐步降溫。整個(gè)溫度變化過程，混凝土基礎(chǔ)內(nèi)外溫差小于25℃，證明本工程采取的溫度控制措施有效，為今后類似大體積混凝土基礎(chǔ)施工積累了成功經(jīng)驗(yàn)。

作者簡介：高勝宗（1982-），男，山西壽陽人，本科，土木工程學(xué)位，工程師。