懸索橋承臺(tái)大體積混凝土水化熱分析及溫控措施研究

李慶達(dá)

摘要：本文介紹大體積混凝土工程水化熱研究現(xiàn)狀，以大體積橋梁承臺(tái)混凝土為例，研究其溫度場、應(yīng)力場等水化熱分析方法以及混凝土溫控措施，確保工程大體積混凝土澆筑施工滿足現(xiàn)行相關(guān)規(guī)范要求。

Abstract： This paper introduces the current research status of hydration heat in large-scale concrete projects. Taking large-volume bridge cap concrete as an example， the hydration heat analysis methods such as temperature field and stress field， as well as concrete temperature control measures are researched to ensure the construction of large-volume concrete meet the requirements of current relevant regulations.

關(guān)鍵詞：懸索橋;承臺(tái);大體積混凝土;水化熱;溫控措施

0? 引言

隨著經(jīng)濟(jì)社會(huì)的不斷發(fā)展，大體積承臺(tái)混凝土越來越多地應(yīng)用在工程建設(shè)中，其澆筑完成凝結(jié)產(chǎn)生水化熱，表明散熱面積大且通風(fēng)，使得大體積混凝土內(nèi)外存在較大溫差，混凝土本身的溫度應(yīng)力超過其抗拉強(qiáng)度后導(dǎo)致形成裂縫，進(jìn)一步降低了大體積混凝土工程的耐久性?，F(xiàn)行《公路橋涵施工技術(shù)規(guī)范》對(duì)大體積混凝土施工有額外要求，主要從其原材料、溫控措施和施工工藝進(jìn)行控制，同時(shí)也要求混凝土在澆筑施工過程中，內(nèi)部溫度確保不高于75℃以及內(nèi)外溫差不高于25℃，以控制混凝土產(chǎn)生的最大溫度應(yīng)力不大于其抗拉強(qiáng)度而減少或不出現(xiàn)裂縫，最大程度保障混凝土耐久性。本文通過對(duì)懸索橋承臺(tái)大體積混凝土水化熱進(jìn)行工程實(shí)例分析，研究提出溫控措施。

1? 工程概況

本文以云南龍江特大橋項(xiàng)目為例進(jìn)行研究，項(xiàng)目位于保山到騰沖高速公路段龍陵縣上邦煥村與騰沖縣大丙弄村之間，是云南省保騰高速公路的重點(diǎn)控制性工程，橋梁主跨跨徑為1196m，主橋結(jié)構(gòu)型式為雙塔單跨鋼箱梁。本文以騰沖岸索塔承臺(tái)（啞鈴型）為例，其平面尺寸為56.67m×21.4m，承臺(tái)厚度為8.0m，混凝土標(biāo)號(hào)為C40，配合比見表1。

2? 水化熱模擬數(shù)值分析概況

索塔承臺(tái)為啞鈴型，三次澆筑成型，每次澆筑厚度分別為3.15m+3.0m+1.85m，在系梁中間位置設(shè)后澆帶，后期待承臺(tái)混凝土溫度變化及內(nèi)部應(yīng)力穩(wěn)定后采用微膨脹混凝土澆筑后澆段。采用有限元軟件對(duì)索塔承臺(tái)混凝土作溫度應(yīng)力分析時(shí)，由于結(jié)構(gòu)對(duì)稱性取，取單次澆筑的二分之一承臺(tái)混凝土進(jìn)行有限元計(jì)算分析，有限元網(wǎng)格劃分模型見圖3，參數(shù)取值及相關(guān)考慮如下：

①根據(jù)設(shè)計(jì)資料，騰沖岸索塔承臺(tái)處風(fēng)速按≥4.0m/s進(jìn)行考慮;

②鋼模板側(cè)面等效表面放熱系數(shù)按經(jīng)驗(yàn)取值為1840.0 kJ/（m2·d·℃），混凝土上表面散熱系數(shù)按經(jīng)驗(yàn)取值為1973.5 kJ/（m2·d·℃）;

③分析過程中，同時(shí)考慮冷卻水管的降溫效應(yīng);

④從開始澆筑混凝土起對(duì)溫度及溫度應(yīng)力進(jìn)行分析，并模擬半年內(nèi)的溫度應(yīng)力發(fā)展;

⑤根據(jù)混凝土試件強(qiáng)度，C40混凝土抗拉強(qiáng)度如表2。

⑥承臺(tái)混凝土物理熱血參數(shù)如表3。

3? 水化熱模擬數(shù)值分析結(jié)果

索塔承臺(tái)混凝土澆筑溫度設(shè)定為不大于28℃，經(jīng)有限元分析計(jì)算，索塔承臺(tái)第一層混凝土內(nèi)部溫度計(jì)算的最高值為69.4℃，第二層混凝土內(nèi)部溫度計(jì)算的最高值為69.1℃，第三層混凝土內(nèi)部溫度計(jì)算的最高值為62.1℃，在澆筑2天后出現(xiàn)。索塔承臺(tái)混凝土內(nèi)部最高溫度包絡(luò)圖及溫度應(yīng)力場分布情況見圖4～圖16，索塔承臺(tái)溫度應(yīng)力場分析結(jié)果見表4。

4? 溫控措施研究

一是混凝土配合比設(shè)計(jì)時(shí)，嚴(yán)格控制原材料的選用，盡量選用低水化熱水泥進(jìn)行拌合，同時(shí)選優(yōu)質(zhì)減水劑延緩混凝土最大水化熱出現(xiàn)時(shí)間;二是嚴(yán)格控制混凝土澆筑溫度，根據(jù)本橋承臺(tái)混凝土的施工方案，其混凝土澆筑溫度控制在5℃～28℃之間;三是埋設(shè)冷卻水管向混凝土內(nèi)部通水降溫，主動(dòng)降低混凝土產(chǎn)生的水化熱，根據(jù)設(shè)計(jì)文件，冷卻管分八層布置，采用Φ42.3×3.25mm的輸水黑鐵管。

5? 結(jié)語

①由上所述可知，承臺(tái)混凝土內(nèi)部溫度較高、散熱緩慢，在施工中應(yīng)對(duì)中間位置水管的布設(shè)進(jìn)行優(yōu)化，對(duì)內(nèi)部通水應(yīng)進(jìn)行加強(qiáng)，并且應(yīng)采取表面保溫措施。②第一層和第二層承臺(tái)混凝土的早期（3d）應(yīng)力形成比較快，并且集中在混凝土結(jié)構(gòu)表面，這主要是因?yàn)榛炷翝仓雍襁^大且底部樁基對(duì)其位移約束較大。第三層承臺(tái)混凝土因澆筑層厚較小且約束不大，各齡期溫度應(yīng)力較小。③根據(jù)混凝土溫度應(yīng)力的分析結(jié)果，第二層承臺(tái)混凝土內(nèi)部溫度不宜散出，內(nèi)外溫差較大，最小抗裂安全系數(shù)為1.27，抗開裂能力不足，需在混凝土澆筑前期（3d左右時(shí)間）持續(xù)通過冷卻水管通水降溫，加強(qiáng)混凝土外表面保溫、保濕，或增加抗裂鋼筋網(wǎng)，進(jìn)而減少或避免承臺(tái)混凝土內(nèi)外溫差過大產(chǎn)生裂縫導(dǎo)致耐久性不足的質(zhì)量隱患。

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