大体积混凝土施工期温度观测与温度应力初步分析.doc

大体积混凝土施工期温度观测与温度应力初步分析作者/王启新摘要：本文通过对新八一大桥承台大体积混凝土施工期温度观测及温度应力的初步计算，了解了水泥化热引起混凝土前期温度升高，产生各种温差和温度应力，如处理不当，将造成结构破坏。1、概述2、10#主墩承台、下塔柱大体积砼施工期温度观测3、10# 主墩大体积砼施工期温度应力初步分析4、温度控制的几点认识1、概述Top大体积砼在施工期间，一方面由于水泥水化势引起砼的前期温度升高，产生各种温差，从而在砼表面产生很大的温度应力，导致砼裂缝；另一方面外界气温骤降引起了砼内外温差，也将使砼表面产生很大的温度应力，形成表面裂缝并往往发展为贯穿性裂缝。砼裂缝将坏结构的整体性，严重的影响工程安全。据文献介绍，湖南、四川、等省交通部门均有过大体积砼因水化热问题处理不当，而造成结构破坏的报导。因此必须严加防止。南昌新八一桥2#、10#主墩承台平面上呈H型，高4M，上、下游部分平面尺寸为15M8M，中间系梁为10M7M，采用30#砼浇筑，均为大体积砼结构。大体积砼施工温度控制技术问题，是确保工程质量和安全的关键技术难题，这在我省公路桥梁建筑中尚属首次碰到。对此进行了广泛的资料收集调查，结合本工程特点和施工条件，提出了南昌新八一桥2#，10#主墩承台大体积砼在施工期间温度控制技术及观测布置要求，并通过10#承台、下塔柱砼施工期温度观测，对温度应力作了验算复核。为今后大体积砼施工积累经验。2、10#主墩承台、下塔柱大体积砼施工期温度观测Top为了掌握砼浇筑后的水化热温升，应进行砼施工期温度观测，发现温度过高时，及时报告，以便采取处理措施，控制砼内外温差。1996年3月18日4月12日对新八一大桥10#主墩承台、下塔柱大体积砼施工期温度进行了观测。施工期温度观测采用WTZ-280型1-100压力式测温度，精度为1.0。测温原理：将测温计的温包埋入砼内，随着砼内水化热温升，使温包内液体热胀冷缩，液体通过毛细管推动表盘转动，可从表盘中直读相应的温度。21 温度观测测计的布置承台温度观测计总布置温度观测仪器布置在承台平面的1/4范围内，每个平面布设6个观测点，测温计在每个浇筑层面上布置如图1所示。每个平面布设6个观测点点测温计横剖面布设点测温计横剖面布设点测温计横剖面布设图1承台温度观测计布置示意图注：表面温度计1、表面温度计3埋入砼内1CM表面温度计2埋设在承台顶钢筋上为观测计单位：CM承台横剖面方向自下而上分为1.6M、2.4M二层浇筑。测温计分三层布设。下塔柱观测计布置 温度观测计布置在下塔柱1/4范围内，沿下塔柱中心等距布设，图2为下塔柱观测计布置。点测温度平面布设点测温计横剖面布设图2下截柱温度观测计布置示意图注：为观测计编号单位：CM22 气象和气温3月19日至4月11日，天气以阴雨为主，逐日室内气温见图3，日平均气温10.7、3月19日承台第一层砼浇筑气温为5，3月23日承台第二层砼浇筑时气温为6，4月1日下塔砼浇筑时气温为8。23 温度观测结果测度计埋设后，在其砼浇筑后的前6天，每天观测6次，即每4小时观测1次，在砼浇龄期超过6天后，每天观测3次，即每8小时观测1次，施工期温度观测工作在砼浇筑完成后10天结束。图3观测期逐日室内气温变化图承台一、二层60小时后温度平面分布见图4、5所示，承台第一砼浇筑层156小时后和第二砼浇筑层60小时后温度横剖面分布见图6所示，主要观测结果见表1。图4承台一层60小时后温度平面分布图图5承台二层60小时后温度平面分布图表1观测结果图3、10# 主墩大体积砼施工期温度应力初步分析Top目前，我国公路桥梁现有设计规范中，尚无有关水化热引起砼的温度升高，从在砼浇筑块中产生过大的测试应力计算的有关规定，因此，分析的依据主要根据水电部颁行的砼拱坝设计规范(SD145-85)，并参考类比有关工程经验，同时结合10#主墩结构特点等来确定。31计算方法浇筑块温度应力系指浇筑块中央部们温度水平应力。式中 1 由浇筑温度与浇筑块稳定温度之差所引起的温度应力， 2 由水化热降温所此的温度应为。（1） 1 计算式中 Kp由砼徐变引起的应力松驰系数，缺乏试资料时，取Kp=0.5； 砼泊松比； 砼线膨胀系数（1/）； R 基础约束系数，查表取值； E 砼弹性模量； Tj 浇筑温度； Td 浇筑块稳定温度。（2） 2计算式中： Kg 早期升温期压应力折减系数，可采用0.750.85； A计算系数，根据浇筑块长边长度L和E/Ej（Ej为基础弹模）查图取得； Tr 为浇筑块水化热温升值。（3） 温度应力控制：式中： 为砼极限拉伸值即：3.2 初步计算结果根据施工期实测温度，通过初步计算，各浇筑层温度应力见表2表2各浇筑层温度应力由表中温度应力计算结果表明，承台、下塔柱大体积砼浇筑块的温度应力，除承台第二层略超过控制标准外，其余均符合设计规范要求。 经在观测期间和以后数月中，对承台和下塔柱表面裂缝检查，尚未发现肉眼观察到的裂缝。4、温度控制的几点认识Top砼施工温度控制措施的选择确定，不仅与温差控制标准、结构形式和环境条件密切相关，同时还涉及到组成砼的原材料性能及砼配合比，施工时间安排等，牵涉面广，影响因素多。由于施工浇筑工期紧迫，往往提高水泥用量，达到早期强度，更使温度控制带来较大的困难。通过温度观测全过程和温度应力初步计算，对温度控制有以下几点认识。41 优化砼配合比，在保证强度的基础上，尽可能降低水泥用量，从而降低砼水化热温升值。垂直温度分布图垂直温度分布图垂直温度分布图垂直温度分布图垂直温度分布图垂直温度分布图图6承台第一砼浇筑层156小时后第二砼浇层60小时后温度横剖面分布图水化热温升经验方式：T=T0+Q/N+L/50式中 T 水化热温升； To 砼入化温度 ； Q 每立方砼水泥用量 ； n 早期强类水泥为9，普通水泥为10，矿渣类水泥为11； L 每立方砼粉煤灰用量 。从上式可知，每方砼每减少10Kg水泥用量，砼的水化热温升升降低1左右，因此，在保证砼强度的前提下，尽可能降低水泥用量是最有效量最可靠的温控措施。42 采用低水化热的水泥525#矿渣水泥，其水化热3天为55Kcal/Kg，7天为62Kcal/Kg，较普通水泥的水化热低25-30%，属中低热水泥。采用525#矿渣水泥，可使用权砼水化热降低5左右，这也是有效、有靠的温控措施。43 砼采用薄层浇筑以加快浇筑层的水化热散发。10#承台第一浇筑层厚1.6M，第二浇筑层厚2.4M。在同一品质的砼情况下，如基础第一层砼层进取采用1.2M，以上采用层厚在1.5M左右。则水化热温升可降低18%左右，降温效果明显。分层浇筑间歇期一般为5-7天，同时注意加强砼分层层面的结合处理。44 加强养护，降低砼内温差根据砼结构工程施工及验收规范GB50204-92第4、5、3条规定：温差不宜超过25。但实际施工中，要达以上要求比较困难，本次观测结果均超过此要求，因此，除采取以上措施要求外，有必要加强砼养护。（1） 推算结构中心最高温升。（2） 测定砼表面温度与天气温度的关系，本次观测砼表面温度比气温高6左右。（3） 根据气温的变化，大致了解砼内外温差。（4） 根据砼温差的变化，可采取