大體積混凝土基礎(chǔ)動態(tài)養(yǎng)護控制因素分析*

王潘繡，宣衛(wèi)紅，王 瑤，黃冬輝

(金陵科技學(xué)院建筑工程學(xué)院， 南京 211169)

0 引言

隨著高層、超高層建筑的發(fā)展，大體積混凝土越來越多地被用于基礎(chǔ)底板中。此類結(jié)構(gòu)混凝土用量大、設(shè)計強度高，因此早期水化熱大、內(nèi)外溫度梯度明顯，若養(yǎng)護措施不當(dāng)則易引發(fā)溫度變形裂縫，勢必降低結(jié)構(gòu)承載力和耐久性[1]。目前國內(nèi)對大體積混凝土基礎(chǔ)多采用傳統(tǒng)人工養(yǎng)護，這類養(yǎng)護方式存在溫濕度掌握不準(zhǔn)確、灑水不及時、養(yǎng)護用水量不當(dāng)以及養(yǎng)護效率低等問題[2]，往往無法有效達到早期溫控防裂效果。

針對傳統(tǒng)方法養(yǎng)護失效導(dǎo)致大體積混凝土早期開裂的問題，眾多學(xué)者專家建議改進傳統(tǒng)養(yǎng)護方法，推廣動態(tài)養(yǎng)護技術(shù)[3-4]，以保證大體積混凝土養(yǎng)護質(zhì)量。動態(tài)養(yǎng)護技術(shù)是指在大體積混凝土溫度場和應(yīng)力仿真分析基礎(chǔ)上，根據(jù)混凝土內(nèi)外溫度、應(yīng)力發(fā)展規(guī)律制定動態(tài)養(yǎng)護方案，并根據(jù)現(xiàn)場監(jiān)控數(shù)據(jù)動態(tài)調(diào)整養(yǎng)護措施，以有效實現(xiàn)混凝土早期溫度、裂縫控制[5]。以水管冷卻養(yǎng)護技術(shù)為例，傳統(tǒng)養(yǎng)護方法根據(jù)混凝土水化放熱規(guī)律人為劃分冷卻階段且各階段溫控措施基本不變[6]，因而未能實現(xiàn)朱伯芳院士提出的“小溫差、早冷卻、緩慢冷卻”效果[7]。采用動態(tài)養(yǎng)護技術(shù)則是在混凝土澆筑后即開始通水冷卻，并隨實時監(jiān)測數(shù)據(jù)不斷就通水時間、溫度、流量、方向等，在時間和空間上做出動態(tài)調(diào)整(圖1)。因此采用動態(tài)養(yǎng)護技術(shù)有助于高效減小大體積混凝土施工期溫度裂縫，降低早期開裂風(fēng)險，其養(yǎng)護效果優(yōu)于傳統(tǒng)養(yǎng)護方法。目前，該技術(shù)在高層建筑基礎(chǔ)[8]、橋梁工程承臺[9]、核電站筏基[10]、高拱壩壩體[6,11]以及預(yù)制構(gòu)件[12]等實際工程施工中均得到廣泛應(yīng)用與推廣。

圖1 水管冷卻降溫過程示意

然而大體積混凝土動態(tài)養(yǎng)護技術(shù)涉及因素眾多，雖然目前針對實際工程的動態(tài)養(yǎng)護設(shè)計已具備一定基礎(chǔ)和經(jīng)驗，但其成果數(shù)量遠不及傳統(tǒng)養(yǎng)護技術(shù)。同時基礎(chǔ)、承臺、大壩等工程的結(jié)構(gòu)特征和施工特點各有不同，未能形成通用的大體積混凝土動態(tài)養(yǎng)護技術(shù)指南。因此加強大體積混凝土動態(tài)養(yǎng)護技術(shù)基礎(chǔ)理論研究，系統(tǒng)深入各控制因素的溫控效應(yīng)分析，對完善大體積混凝土動態(tài)養(yǎng)護技術(shù)理論基礎(chǔ)至關(guān)重要，研究成果可為制定實際工程養(yǎng)護方案提供參考，也可為傳統(tǒng)養(yǎng)護過程中精確用水量、水溫、濕度等提供一定理論指導(dǎo)。

本文針對大體積混凝土基礎(chǔ)動態(tài)養(yǎng)護技術(shù)的外保溫措施和內(nèi)冷卻措施，分別開展開始養(yǎng)護時間、養(yǎng)護水溫、養(yǎng)護時長等各控制因素的敏感性分析。構(gòu)建各控制因素與基礎(chǔ)內(nèi)部溫度峰值、內(nèi)外溫差以及快速降溫階段的相對關(guān)系，最后結(jié)合理論分析結(jié)果就大體積混凝土基礎(chǔ)動態(tài)養(yǎng)護提供相應(yīng)施工建議。

1 大體積混凝土基礎(chǔ)動態(tài)養(yǎng)護技術(shù)

大體積混凝土基礎(chǔ)養(yǎng)護措施可分為外保溫、內(nèi)冷卻兩類：外保溫技術(shù)可通過泡沫板、麻布或草席等進行覆蓋保溫[13]，也可通過蒸汽或注水進行加熱[14]；內(nèi)冷卻技術(shù)則多采用水管冷卻方式[15]。

1.1 基礎(chǔ)外保溫養(yǎng)護

大體積基礎(chǔ)混凝土施工多采用分層、分段澆筑。傳統(tǒng)養(yǎng)護措施在混凝土澆筑完成后通過表面覆蓋保溫材料進行保溫，噴熱水或蒸汽加熱保濕，但以上養(yǎng)護方法仍存在養(yǎng)護效率低、開裂風(fēng)險較高等問題。因此，文獻[3]提出：對于厚度較大、內(nèi)外溫差明顯的基礎(chǔ)混凝土，在澆筑完成12h后，可在已澆筑待養(yǎng)護的混凝土塊體頂面砌筑25cm高的臨時性交圈矮磚墻進行蓄水保溫，而混凝土塊側(cè)面則披掛麻布片或稻草簾, 進行噴熱水保溫。在蓄水動態(tài)養(yǎng)護過程中，可通過預(yù)埋熱電偶監(jiān)測基礎(chǔ)溫度，對水溫、蓄水時間等進行動態(tài)調(diào)控，克服傳統(tǒng)養(yǎng)護方法的不足，進而有效降低大體積基礎(chǔ)混凝土外表面早期開裂風(fēng)險。

1.2 基礎(chǔ)內(nèi)冷卻養(yǎng)護

水管冷卻養(yǎng)護主要采用在混凝土內(nèi)部敷設(shè)鋼管或塑料管，形成內(nèi)部水冷卻回路，調(diào)節(jié)大體積混凝土基礎(chǔ)內(nèi)外溫差。傳統(tǒng)水管冷卻養(yǎng)護通過一期降溫降低水化放熱時混凝土內(nèi)部溫度，二期降溫控制結(jié)構(gòu)整體溫度穩(wěn)定(圖1)。通常在一整期養(yǎng)護過程中，養(yǎng)護水溫不變、養(yǎng)護時間較短、降溫速率較快，水管附近混凝土溫度梯度較大。而動態(tài)養(yǎng)護技術(shù)根據(jù)混凝土內(nèi)部溫度的監(jiān)測數(shù)據(jù)，通過基礎(chǔ)外部水箱和閥門，動態(tài)進行通水時間、溫度、流量等控制因素調(diào)整，實現(xiàn)基礎(chǔ)內(nèi)部均勻降溫、緩慢冷卻。

動態(tài)養(yǎng)護技術(shù)實施步驟包括：

(1)有限元溫控仿真。采用有限元軟件(ANSYS，ADINA等)建立有限元模型，結(jié)合基礎(chǔ)澆筑施工方案，開展施工期溫度場、應(yīng)力場仿真。并分析不同養(yǎng)護方式(不同蓄水水溫、蓄水時間或不同冷卻水管布置、水溫、通水時間等)對混凝土溫度場和應(yīng)力場的影響。

(2)養(yǎng)護方案初定。根據(jù)仿真分析成果，對比不同養(yǎng)護措施，選擇最佳養(yǎng)護組合方案并進一步反復(fù)試算，得到混凝土最優(yōu)養(yǎng)護曲線，提供大體積混凝土基礎(chǔ)養(yǎng)護初步方案。

(3)溫控指標(biāo)確定。將混凝土結(jié)構(gòu)內(nèi)外溫差和降溫速率作為主要溫控指標(biāo)，并根據(jù)仿真分析結(jié)果制定各指標(biāo)控制限值及監(jiān)測位置，用于養(yǎng)護過程的實時監(jiān)測和方案調(diào)整。

(4)應(yīng)急預(yù)案制定?；诜抡娣治鼋Y(jié)果所建立的不同養(yǎng)護方式下基礎(chǔ)溫度場和應(yīng)力場影響機制，提供具體控制因素增減量對混凝土養(yǎng)護曲線的修正效果，并選擇經(jīng)濟、方便的應(yīng)急預(yù)案。

(5)混凝土動態(tài)養(yǎng)護。實時監(jiān)測反饋各指標(biāo)數(shù)據(jù)，一旦出現(xiàn)指標(biāo)超限，則啟動應(yīng)急預(yù)案，動態(tài)調(diào)整養(yǎng)護措施以實現(xiàn)溫控防裂效果。

2 分析模型及材料參數(shù)

采用有限元軟件ANSYS建立50m×20m×1.5m的大體積混凝土基礎(chǔ)有限元模型，采用Solid70單元模擬混凝土，F(xiàn)luid116單元模擬冷卻水管(圖2)。有限元模型中混凝土單元總數(shù)16 000；冷卻水管采用單排蛇形布置，間距1.0，1.5，2.0m的水管單元總數(shù)分別為1 864，1 288，1 000。

圖2 大體積混凝土基礎(chǔ)有限元模型

未采取動態(tài)養(yǎng)護時，基礎(chǔ)表面采取14d基礎(chǔ)保溫措施(1.0cm泡沫板覆蓋)，外界環(huán)境溫度取南京年平均氣溫15℃，基礎(chǔ)底面為絕熱邊界?；炷林饕獰釋W(xué)參數(shù)如表1所示。

混凝土主要熱學(xué)參數(shù) 表1

分析時為精確考慮溫度對混凝土反應(yīng)速率的影響，引入等效齡期te[16]對水化放熱的影響以及水化度α對混凝土導(dǎo)熱系數(shù)的影響[17]。其中基于等效齡期的混凝土水化放熱θ(te)計算公式如式(1)所示。

θ(te)=50.0×(1-e-0.3te3.0)

(1)

(2)

式中：te為混凝土等效齡期，d；Tr為混凝土參考溫度，一般取20℃；T為時段Δt內(nèi)的混凝土平均溫度，℃。

基于水化度的混凝土導(dǎo)熱系數(shù)k(α)計算如式(3)所示。

k(α)=10.0×(1.33-0.33α)

(3)

式中α為混凝土水化度，按式(4)計算。

(4)

僅采取傳統(tǒng)外保溫措施(外敷1.0cm泡沫板覆蓋)時大體積混凝土基礎(chǔ)內(nèi)外溫度時程如圖3所示。由圖3可以看出，溫升階段，大體積混凝土基礎(chǔ)在水化放熱和環(huán)境溫度雙重影響下，內(nèi)外溫差明顯：其中基礎(chǔ)內(nèi)部在澆筑后第3.0d達到最高溫度64.72℃；上表面在第2.25d達到最高溫度47.20℃；內(nèi)外溫差在第3.5d時開始超過施工建議控制溫差(25℃)并不斷上升，最大值出現(xiàn)在第8.0d，高達33.59℃。同時在拆模后基礎(chǔ)上表面降溫迅速，進一步加劇了基礎(chǔ)內(nèi)外溫差，在第16.0d出現(xiàn)第二次高溫差，之后結(jié)構(gòu)開始緩慢降溫，內(nèi)外溫差逐步縮小，但在3.5 ～36d期間結(jié)構(gòu)內(nèi)外溫差均超過25℃，累計天數(shù)高達32.5d。此外，基礎(chǔ)上表面在2～4d及拆模前后日降溫幅度大于2℃/d，也超過施工建議限值。因此，僅采取傳統(tǒng)外保溫措施的大體積混凝土基礎(chǔ)不符合早期溫控要求，存在明顯開裂風(fēng)險，建議采取蓄水保溫或水管冷卻措施。

圖3 傳統(tǒng)外保溫措施下大體積混凝土基礎(chǔ)內(nèi)外溫度分布

3 動態(tài)控制因素分析

3.1 基礎(chǔ)外保溫動態(tài)養(yǎng)護

基礎(chǔ)外保溫動態(tài)養(yǎng)護即蓄水養(yǎng)護，通過控制基礎(chǔ)上表面蓄水水溫、蓄水時間實現(xiàn)大體積混凝土基礎(chǔ)早期溫控防裂。結(jié)合蓄水保溫動態(tài)控制因素(開始蓄水時間、蓄水水溫和后期降溫速度)，擬定控制因素敏感性分析工況，詳見表2。

基礎(chǔ)外保溫動態(tài)養(yǎng)護控制因素敏感性分析工況 表2

3.1.1 開始蓄水時間

考慮混凝土澆筑后分別從第12，24，30，36，48h開始蓄水保溫(蓄水水溫40℃)，保持7d后開始以1℃/d的降溫速度降至環(huán)境氣溫，降溫持續(xù)25d。計算結(jié)果表明：不同開始蓄水時間工況下大體積混凝土基礎(chǔ)內(nèi)外溫差隨時間變化規(guī)律基本一致，僅在前兩天略有不同，圖4中詳細展示了大體積混凝土基礎(chǔ)在不同開始蓄水工況下的前三天內(nèi)外溫差。其中WB12，WB24工況由于開始蓄水時間較早，此時混凝土內(nèi)部水化放熱量較小，溫度低于40℃，出現(xiàn)了內(nèi)低外高的溫度分布，最高溫差達到21.45℃，亦不利于結(jié)構(gòu)早期溫控抗裂。而在WB30，WB36和WB48工況中，當(dāng)結(jié)構(gòu)開始蓄水時，結(jié)構(gòu)內(nèi)部溫度已達到40℃，蓄水后可以顯著減小基礎(chǔ)內(nèi)外溫差，發(fā)揮顯著外保溫效果。因此，開始蓄水時間對大體積混凝土基礎(chǔ)內(nèi)部溫度峰值和內(nèi)外溫差的影響可忽略，但建議開始蓄水時間應(yīng)略晚于基礎(chǔ)內(nèi)部溫度達到蓄水水溫的時刻。

圖4 不同開始蓄水時間下大體積混凝土基礎(chǔ)內(nèi)外溫差

3.1.2 蓄水溫度

考慮混凝土澆筑后第30h開始蓄水，蓄水水溫分別為30，35，40，45，50℃，保持7d后開始以1℃/d的降溫速度溫降至環(huán)境氣溫，降溫持續(xù)15～35d不等。

計算結(jié)果表明：蓄水水溫對大體積混凝土基礎(chǔ)內(nèi)外溫差影響顯著(圖5)?；A(chǔ)早期最大內(nèi)外溫差隨著蓄水水溫的增加而減小，且減小幅度接近水溫升溫幅度。其中WT30，WT35工況中基礎(chǔ)早期最大內(nèi)外溫差分別為34.49℃和29.57℃，高于施工建議的25℃，未達到早期溫控要求；WT40，WT45和WT50工況中基礎(chǔ)內(nèi)外溫差均控制在25℃以內(nèi)，達到溫控效果。此外，在蓄水后期采用1℃/d進行降溫的過程中基礎(chǔ)上表面溫降速率高于內(nèi)部點，將引起內(nèi)外溫差的進一步擴大(達到30～35℃)，需適當(dāng)減緩溫降速度。因此采用基礎(chǔ)外保溫動態(tài)養(yǎng)護時，建議蓄水水溫Tw可按式(5)估算，且降溫階段水溫下降速率不宜明顯高于混凝土內(nèi)部降溫速率。

圖5 不同蓄水溫度下大體積混凝土基礎(chǔ)內(nèi)外溫差

Tw=環(huán)境溫度+絕熱溫升值-25℃

(5)

3.1.3 后期降溫速度

由于施工建議大體積混凝土基礎(chǔ)后期降溫速度宜小于2℃/d，分析取混凝土澆筑后第30h開始蓄水，蓄水水溫40℃，保持7d后開始以0.5，1.0，1.5，2.0℃/d的降溫速度溫降至環(huán)境氣溫。

不同后期降溫速度下大體積混凝土基礎(chǔ)內(nèi)外溫差如圖6所示。由圖6可知后期降溫速度對基礎(chǔ)內(nèi)外溫差影響顯著。由于大體積混凝土內(nèi)部降溫緩慢，本文案例中大體積混凝土基礎(chǔ)內(nèi)部降溫幅度約為0.5℃/d，而上表面點溫度受蓄水水溫影響，當(dāng)蓄水水溫降溫速度高于內(nèi)部降溫速度時，結(jié)構(gòu)內(nèi)外溫差呈現(xiàn)逐日上升趨勢：其中WD1.5，WD2.0工況內(nèi)外溫差分別在第9.75d和第8.75d重返25℃以上，且結(jié)束蓄水當(dāng)天上表面溫度日下降值接近2℃，未符合大體積混凝土施工“小溫差、緩慢冷卻”的要求；降溫速度較緩的WD1.0工況內(nèi)外溫差在第12.75d重返25℃以上，此時混凝土強度已發(fā)展較為充分，開裂風(fēng)險相對較低；而WD0.5工況則內(nèi)外溫差一直維持在25℃以下。同時WD0.5和WD1.0工況結(jié)束蓄水當(dāng)天上表面溫度日下降值均小于1.5℃，溫控效果較好。因此采用基礎(chǔ)外保溫動態(tài)養(yǎng)護時，建議后期降溫速度宜略高于結(jié)構(gòu)內(nèi)部溫降速度以達到緩慢冷卻、推遲結(jié)構(gòu)出現(xiàn)內(nèi)外溫差二次高于25℃的時刻。

圖6 不同后期降溫速度下大體積混凝土基礎(chǔ)內(nèi)外溫差

綜合基礎(chǔ)外保溫動態(tài)養(yǎng)護中開始蓄水時間、蓄水水溫和后期降溫速度的敏感性分析結(jié)果(表3)可知：開始蓄水時間對大體積混凝土基礎(chǔ)溫度場的影響僅體現(xiàn)在前兩天且影響幅度較??；蓄水水溫是敏感性突出的影響因素，對內(nèi)外溫差的影響可達-5℃/5℃；后期降溫速度對施工后期結(jié)構(gòu)內(nèi)外溫差影響顯著，過快的降溫速度會導(dǎo)致內(nèi)外溫差的二次快速上升。此外采取蓄水外保溫措施時由于嚴(yán)格控制了結(jié)構(gòu)外表面降溫速度，則在降溫階段不存在日降幅大于2℃的不利情況。

基礎(chǔ)外保溫動態(tài)養(yǎng)護控制因素敏感性綜合分析 表3

3.2 基礎(chǔ)內(nèi)冷卻動態(tài)養(yǎng)護

水管冷卻養(yǎng)護是大體積混凝土使用最為廣泛、效果十分顯著的內(nèi)部冷卻施工方法，其主要控制因素有水管間距、開始通水時間、通水水溫、持續(xù)通水天數(shù)、通水流量等。本文基礎(chǔ)內(nèi)置冷卻水管，內(nèi)部水流密度1 000 kg/m3，導(dǎo)熱系數(shù)0.58kJ/(m·h·℃)，比熱4.187kJ/(kg·℃)，水管與混凝土熱交換系數(shù)1 500kJ/(m2·h·℃)，基礎(chǔ)外表面采取鋼模板和1.0cm厚泡沫板覆蓋的基本保溫措施，模板在混凝土澆筑后第14d拆除，擬定控制因素敏感性分析工況如表4所示。

基礎(chǔ)內(nèi)冷卻動態(tài)養(yǎng)護控制因素敏感性分析工況 表4

3.2.1 水管間距

冷卻水管采用間距1.0，1.5m和2.0m的單排蛇形布置，混凝土澆筑后2d開始通水冷卻，冷卻水溫取環(huán)境溫度15℃，通水流量10m3/h，通水時間14d。

不同間距水管冷卻作用下的大體積混凝土基礎(chǔ)內(nèi)外溫差計算結(jié)果如圖7所示。由圖7可以看出，采用水管冷卻措施可有效降低結(jié)構(gòu)內(nèi)部溫度峰值，減小結(jié)構(gòu)內(nèi)外溫差，水管間距越小，內(nèi)外溫差越低。其中PS2.0工況施工期結(jié)構(gòu)內(nèi)外溫差快速上升，達到37.27℃后逐漸降低，之后在基礎(chǔ)拆模后受上表面快速降溫影響，再次升高至39.13℃，全過程結(jié)構(gòu)內(nèi)外溫差超過25℃的天數(shù)接近30d，不符合大體積混凝土施工溫控要求。PS1.0和PS1.5工況水管間距較小，結(jié)構(gòu)內(nèi)外溫差均小于25℃，符合施工溫控要求。此外，由于水管冷卻效果突出，結(jié)構(gòu)內(nèi)部溫度達到峰值后呈快速下降，三個工況內(nèi)均有日降溫幅度大于2℃/d的天數(shù)(表5)。而“小溫差、早冷卻、緩慢冷卻”是水管冷卻的方向，因此采用基礎(chǔ)內(nèi)冷卻動態(tài)養(yǎng)護時，建議水管間距不超過1.5m，且適當(dāng)采取措施控制后期降溫速度。

圖7 不同水管間距下大體積混凝土基礎(chǔ)內(nèi)外溫差

不同水管間距下日降溫幅度超2℃/d的天數(shù) 表5

3.2.2 開始通水時間

基本工況擬定為水管采取間距1.5m的單排蛇形布置，混凝土澆筑后第2d開始通水冷卻，冷卻水溫取環(huán)境溫度15℃，通水流量10 m3/h，通水時間14d。開始通水時間敏感性分析分別考慮第1，2，3，4，5d開始通水的冷卻效果。

不同開始通水時間下的大體積混凝土基礎(chǔ)內(nèi)外溫差計算結(jié)果如圖8所示。由圖8可以看出，開始通水時間對結(jié)構(gòu)早期內(nèi)外溫差影響顯著，通水時間越晚則內(nèi)外溫差峰值越高。其中PB1，PB2，PB3工況由于在混凝土內(nèi)部早期水化放熱大量釋放之前開始通水冷卻，故內(nèi)外溫差最大值控制在25℃以內(nèi)；PB4和PB5工況在通水之前結(jié)構(gòu)已出現(xiàn)了超過溫度控制的內(nèi)外溫差，未能起到有效冷卻效果。此外，無論何時開始通水在結(jié)構(gòu)內(nèi)部達到溫度峰值后內(nèi)外溫度均呈快速下降，各工況均有日降溫幅度大于2℃/d的天數(shù)，且累計天數(shù)隨著開始通水時間的推遲而逐漸增加(表6)。因此采用基礎(chǔ)內(nèi)冷卻動態(tài)養(yǎng)護時，建議在混凝土澆筑后兩天內(nèi)開始通水冷卻。

圖8 不同開始通水時間下大體積混凝土基礎(chǔ)內(nèi)外溫差

不同開始通水時間下日降溫幅度超2℃/d的天數(shù) 表6

3.2.3 通水水溫

基于基本工況，分別分析通水水溫5，10，15，20，25℃時結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)冷卻效果。

不同通水水溫下大體積混凝土基礎(chǔ)內(nèi)外溫差計算結(jié)果如圖9所示。由圖9可以看出，大體積混凝土基礎(chǔ)內(nèi)外溫差隨著通水水溫的增大而增加，冷卻水溫每增加5℃結(jié)構(gòu)內(nèi)外溫差增加約2.5℃。當(dāng)水溫小于25℃時，結(jié)構(gòu)內(nèi)外溫差均符合施工溫控要求。此外，不同通水水溫下結(jié)構(gòu)內(nèi)外均存在日降溫幅度大于2℃/d的天數(shù)，并隨著通水水溫的提高而逐漸減少(表7)。因此采用基礎(chǔ)內(nèi)冷卻動態(tài)養(yǎng)護時，建議冷卻水溫不超過25℃，考慮施工方便可采用現(xiàn)場水進行降溫。

圖9 不同通水水溫下大體積混凝土基礎(chǔ)內(nèi)外溫差

3.2.4 持續(xù)通水天數(shù)

基于基本工況，持續(xù)通水時間分別取7，10，14，20，30d。結(jié)構(gòu)最大內(nèi)外溫差隨著通水時間的增加而逐漸減小(圖10)。當(dāng)持續(xù)通水時間少于14d時，由于冷卻時間較短，結(jié)構(gòu)在停止通水后內(nèi)部仍有大量水化熱釋放，內(nèi)外溫差再次快速上升甚至超過早期最大內(nèi)外溫差，PD7工況在通水結(jié)束后內(nèi)外溫差升高至26.76℃，未達到冷卻效果。持續(xù)通水超過14d，結(jié)構(gòu)內(nèi)早期水化放熱已基本結(jié)束，內(nèi)外溫差未出現(xiàn)第二次大幅度增加現(xiàn)象(如PD14，PD20，PD30工況)，溫控效果較好。此外，不同持續(xù)通水時間下結(jié)構(gòu)內(nèi)外日降溫幅度大于2℃/d的天數(shù)基本一致，集中在早期溫降階段和拆模前后(表8)。綜上采用基礎(chǔ)內(nèi)冷卻動態(tài)養(yǎng)護時，建議持續(xù)通水時間不宜少于14d。

圖10 不同持續(xù)通水時間下大體積混凝土基礎(chǔ)內(nèi)外溫差

不同通水水溫下日降溫幅度超2℃/天的天數(shù) 表7

不同持續(xù)通水時間下日降溫幅度超2℃/天的天數(shù) 表8

3.2.5 通水流量

基于基本工況，通水流量分別取2，5，10，15，20m3/h。結(jié)構(gòu)最大內(nèi)外溫差隨著通水流量的增加而逐漸減小，但區(qū)別相對較小并在通水流量達到15m3/h后冷卻效果基本一致(圖11)。此外，不同持續(xù)通水時間下結(jié)構(gòu)內(nèi)外日降溫幅度大于2℃/d的天數(shù)也基本一致，集中在早期溫降階段和拆模前后(表9)。綜上采用基礎(chǔ)內(nèi)冷卻動態(tài)養(yǎng)護時，建議通水流量取10～15m3/h即可。

圖11 不同通水流量下大體積混凝土基礎(chǔ)內(nèi)外溫差

不同通水流量下日降溫幅度超2℃/天的天數(shù) 表9

綜合基礎(chǔ)內(nèi)冷卻動態(tài)養(yǎng)護中水管間距、開始通水時間、通水水溫、持續(xù)通水天數(shù)、通水流量的敏感性分析結(jié)果(表10)可知：當(dāng)水管間距不超過1.5m時，可滿足大體積混凝土基礎(chǔ)內(nèi)冷卻需求，反之內(nèi)外溫差峰值將達20℃以上；開始通水時間應(yīng)控制在前兩天，否則內(nèi)外溫差峰值將以+(2～5)℃/d的幅度快速增大，且超過25℃，冷卻溫控失??；通水水溫是敏感性突出的影響因素，對基礎(chǔ)內(nèi)部溫度峰值的影響可達+(3～4)℃/5℃、內(nèi)外溫差的影響可達+(2～3)℃/5℃；持續(xù)通水時間對施工后期結(jié)構(gòu)內(nèi)外溫差影響顯著，持續(xù)通水時間少于14d時，結(jié)構(gòu)內(nèi)外會出現(xiàn)明顯二次升溫；通水流量在超過15m3/h后，增加流量對基礎(chǔ)溫度場影響幾乎為零，選擇10～15m3/h為宜。同時采取水管內(nèi)冷卻措施時，由于水管冷卻效果突出，在溫降階段及拆模前后基礎(chǔ)內(nèi)外均出現(xiàn)日降幅大于2℃的不利情況。因此采取水管冷卻措施時還應(yīng)輔以外保溫措施并推遲拆模時間，以減緩結(jié)構(gòu)溫降階段降溫速率。

基礎(chǔ)內(nèi)冷卻動態(tài)養(yǎng)護控制因素敏感性綜合分析 表10

4 結(jié)論

本文就大體積混凝土基礎(chǔ)系統(tǒng)開展動態(tài)養(yǎng)護技術(shù)控制因素敏感性分析，主要結(jié)論如下：

(1)在蓄水動態(tài)養(yǎng)護中，蓄水水溫和后期降溫速度是重要溫控指標(biāo)，對大體積混凝土基礎(chǔ)內(nèi)外溫差影響遠大于開始蓄水時間，其中蓄水水溫越高內(nèi)外溫差越小，而后期降溫速度越快則內(nèi)外溫差越大。

(2)水管內(nèi)冷卻養(yǎng)護的關(guān)鍵控制因素有水管間距、開始通水時間、通水水溫、持續(xù)通水天數(shù)。大體積混凝土基礎(chǔ)的內(nèi)外溫差隨著水管間距、開始通水時間和通水水溫的增加而明顯增加；持續(xù)水管冷卻少于14d結(jié)構(gòu)會出現(xiàn)第二次快速溫升；通水流量在超過15 m3/h后對基礎(chǔ)溫度場影響較小。

(3)蓄水外保溫措施由于嚴(yán)控基礎(chǔ)表面溫度，故不會出現(xiàn)后期日降幅大于2℃的不利情況，但水管冷卻卻不可避免，需要采取一定輔助保溫措施。

因此，采用蓄水動態(tài)養(yǎng)護時，建議開始蓄水時間略晚于基礎(chǔ)內(nèi)部溫度達到蓄水水溫的時刻；蓄水水溫按式(5)估算；降溫階段水溫下降速率不宜明顯高于混凝土內(nèi)部降溫速率。采用水管冷卻動態(tài)養(yǎng)護技術(shù)時，建議水管間距不超過1.5m；在混凝土澆筑后兩天內(nèi)開始通水冷卻，并至少持續(xù)通水14d；通水水溫不超過25℃，可采用現(xiàn)場水；通水流量控制在10～15m3/h；水管冷卻的同時可附加一些保溫措施且適當(dāng)推遲拆模時間。