长江大桥承台大体积混凝土温度控制与分析

1、长江大桥承台大体积混凝土温度控制与分析 随着大跨度桥梁工程的不断涌现，大体积混凝土在桥梁工程中的应用越来越多，如大跨度桥梁的基础承台、悬索桥的重力式锚碇等。同时，桥梁大体积混凝土的裂缝问题也越来越受到工程界的关注，在设计和施工过程中务必实行一系列有效措施，将裂缝的生成和扩展控制到最小程度。为了防控大体积混凝土裂缝的消失，施工前应首先优化混凝土协作比，降低水泥水化热，并举行仿真模拟计算分析，验证施工方案的合理性；施工过程中应做好混凝土的温度控制与监测，以便准时实行预防技术措施，防止温升过高、温差过大等不利状况的消失。该文以某长江大桥主墩承台大体积混凝土工程为背景，通过在施工前和施工中实行一系列温

2、控措施，有效地防控了大体积混凝土温度裂缝的消失。 1 工程概况 某长江大桥主桥为双塔三索面预应力混凝土斜拉桥，主桥全长4657m，桥跨布置为98+196+504+196+98m；其主塔墩下部结构基础为40根直径为3.40m的大直径钻孔灌注桩，桩顶设置承台，其平面尺寸为 的切角矩形，厚度为5.0m，单个主墩承台合计浇筑混凝土3300 ，属于大体积混凝土结构，施工工程中，倘若在协作比设计、温度控制、浇筑方法、混凝土养护等方面处理不当，会造成温差应力、收缩等缘由形成的裂缝，影响桥梁的使用功能和运营平安。 图1 承台构造暗示图（单位：mm） 2 有限元模拟 2.1 基本计算参数 1）施工资料 承台混凝

3、土设计强度等级为C30，施工时承台分两层浇筑，二次浇筑高度同为2.5m，两层混凝土浇筑间隙期为7d， 承台混凝土冷却水管采用壁厚2.5mm、直径32mm的圆钢管。冷却水管平面布置如图2所示。 注：1冷却管出水口；2冷却管进水口； 图2 冷却水管布置平面图（单位：cm） 2）混凝土参数 承台混凝土协作比见表1，C30混凝土物理热学参数见表2 表1 承台C30混凝土协作比 水泥 粉煤灰 砂 石 水 外加剂 283 71 750 1126 170 2.83 表2 C30混凝土物理热学参数 终于弹性模量/Mpa 导热系数 密度 热胀系数 比热 绝热温升/ 9.7 2400 1.0 35 2.2 模型的

4、建立 采用通用有限元程序ANSYS对主墩承台大体积混凝土水化热温度场举行数值分析。考虑结构的对称性，取1/4实体建模，混凝土采用solid70单元模拟，水冷管采用fluid116单元模拟，水冷管与混凝土之间的热对流采用Surf152单元模拟。网格划分如图2所示，水管单元四周单元举行加密， 有限元模型的边界条件按如下考虑：1/4模型对称面取为绝热边界；承台混凝土的初始温度取为浇筑时的入模温度10，冷却水入口温度为12；流量取1.5m3/h，水管通水时光设为18天，承台底部按第一类边界条件处理，取为施工期平均气温15；承台混凝土与空气的接触面则采用第三类边界条件。 图3 承台网格划分 2.3 计算

5、结果分析 图4 混凝土最大温升随龄期变化曲线 图5 无冷管承台结构温度场分布（3d） 图6 有冷管承台结构温度场分布（3d） 混凝土内部最大温升随龄期变化如图4所示，龄期为3天时无冷管和有冷管承台结构温度场分布如图5和图6所示。结果表明，无冷却水管降温的承台浇注后的最高温度达到44.77，表面与内部的最大温差已临近30。冷却水管通水流量为1.5m3/h时，承台浇注后的最高温度达到36.8，表面与内部的最大温差为21.8，有冷却水管模型相比于无冷却水管模型，前者最高温度比后者低8，说明冷却水管降温效果显著，因此，设计时应按照混凝土内外温差是否小于25来决定冷却水管的通水流量和进出水口温差。 从图

6、4可以看出，承台内部最高温度消失双峰值现象，主要是因为分层浇筑时光间隔引起的，两层之间会有热交换，下层浇注完成后七天浇注上层，下层的温度会由于两层之间的热传导而上升，第一次和其次次浇筑温峰消失时光均为浇筑后第23d。 3 现场温度控制技术措施 大体积混凝土温控是对混凝土质量的全面控制。因为大体积混凝土裂缝控制的复杂性和施工过程中的不决定性，为达到温控标准的要求，现场需实行一系列温控措施举行有效监控，包括混凝土协作比优化，浇筑温度的控制，混凝土拌合、运送、浇筑、振捣到通水、养护、保温每个施工环节。 3.1合理抉择混凝土原材料、优化混凝土协作比 优选材质，提高平凡混凝土的抗拉性能；应用微膨胀外加剂

7、，改善混凝土的收缩性质；选用有效的缓凝高效减水剂和粉煤灰，提巍峨体积混凝土的和易性，削减水化热，本工程中选用的是黄石华新P.O42.5矿渣水泥，采用 级粉煤灰，FDN-5高效减水剂，选用坚固耐久、级配良好的526.5mm的碎石，采用细度模数为2.7的中砂。在保证混凝土具有良好工作性的状况下，应尽可能地降低混凝土的单位用水量，采用“三低（低砂率、低坍落度、低水胶比）双掺（掺高效减水剂和高性能引气剂）一高（高粉煤灰掺量）”的设计准则，生产出高强、高韧性、中弹、低热和高抗拉性能的抗裂混凝土。 3.2 施工控制措施 在承台大体积混凝土施工过程中，从混凝土拌和、运送、浇筑到保温养护囫囵过程实施全程有效监

8、控，特殊对混凝土分层、浇筑温度和养护举行严格控制，保证混凝土施工质量。 （1）混凝土分层施工。按照混凝土生产能力、运送条件等因素，将承台混凝土分2层浇筑，每层浇筑2.5m，控制各层混凝土浇筑间隙期为7天左右。 （2）降低混凝土入模温度。浇筑温度按照不同的时节施工要求均作了明确的控制要求，混凝土夏季最高入模温度控制在30 ，混凝土冬季最低入模温度控制在10 ，通过测定水泥、砂、石、水的温度，估算出机温度和浇筑温度，在标准要求范围内，尽量降低混凝土的浇筑温度，降低入模温度是控制温度峰值的最有效措施之一。按照现场实际状况，提前将砂石料洒水并搭设遮阳棚来降低原材料的温度，通过冷却水拌和降低混凝土出机温

9、度。 （3）加强保温措施。在浇筑大体积混凝土时，应在室外气温较低时举行，浇筑后的大体积混凝土应实行保温措施以削减内表温差。早期供水养护可准时抑制混凝土的早期自收缩。在混凝土达到初凝后，务必立刻用塑料薄膜和草袋掩盖，防止大风和阳光曝晒，使表面水分剧裂蒸发，形成混凝土上部和下部硬化速度不均和差异收缩。因此采用可带模供水的内衬憎水塑料钢模板或透水模板。保温养护要准时、充分。环境温度较低时，倘若不实行适当的保温养护措施，简单产生冷缩裂缝。按照要求，大体积混凝土内外温差、表面与环境温差应控制在20 以内，施工中执行“外保内散”的养护措施，即一方面在混凝土体内埋设冷却水管，一方面在混凝土表面盖一定厚度的湿

10、麻袋，予以保温并避开表面水分的过快蒸发。 3.3 合理埋设冷却水管 在承台混凝土内部埋设冷却水管，通过流淌的冷却水将散热条件不佳的混凝土内部热量带出，降低混凝土内部温度。同时埋设温度传感器，举行温度监测，保证承台混凝土水化热温差符合规范要求在25以内，冷却水进出口温差不超过6，并按照实际状况，准时调节水温或流量，防止水管四周温度裂缝的产生。冷却水管采用壁厚2.5mm、直径32mm的圆钢管。分两层按蛇形布置（如图2所示），水平间距1m，竖向层间间距2.0m，冷却管距混凝土边缘为0.5m。混凝土浇筑中和浇筑后开启水循环散热，按照计算分析结果通水流量取1.5m3/h，冷却水与混凝土之间的温度差限制在22以内，利用转换装置，天天更换一次通水方向，力求匀称冷却。冷却完毕后冷却管内压入与混凝土同标号的水泥净浆灌实。 4 主要结论 （1）本文分离考虑有冷却水管和无冷却水管作用，建立实体有限元模型，对大体积混凝土承台举行施工期水化热温度场分析，通过分析比较，结果表明设置冷却水管降温效果显著。其计算结果可以用于指导设计和施工，为大体积混凝土施工制定合理的温度控制方案供应依据。 （2）制定合理的温控措施，是防止大体积混凝土消失裂缝的重要保障，该长江大桥主桥桥墩承台