C~C大体积混凝土温度控制方案报告篇

港珠澳大桥大体积混凝土配合比设计与有限元分析丁庆军陶瑞瑞鹏陈汝发发刘洪胜胜摘要：对港珠澳澳大桥墩身和和承台进行配配合比优化设设计，配制出出抗裂、抗渗渗、抗冻和抗抗硫酸盐侵蚀蚀性能良好的的混凝土；对对大体积混凝凝土进行有限限元分析，对对比分析预埋埋冷却水管和和取消冷却水水管两种施工工方法下的混混凝土温度和和温度应力，结结果表明：预预埋冷却水管管时大体积混混凝土的温度度应力小于同同龄期下的劈劈裂抗拉强度度，证明了混混凝土具有较较高的安全性性能。关键词：大体积积混凝土；配配合比设计；；温度应力TitleAbstracct：Keyworrds：1工程概况港珠澳大桥承台台为六边形，边边缘顺桥向宽宽为12.22米，中心顺顺桥向宽为112米，横桥桥向16米，高高5米，采用用C45混凝凝土。墩身下下节与承台一一起预制，墩墩身横桥向壁壁厚1.2米米，顺桥向壁壁厚0.8米米，采用C550混凝土，横横桥向断面尺尺寸与实体尺尺寸均超过11m，混凝土土一次浇注量量大，属于典典型的海工大大体积混凝土土。由于混凝凝土的水化热热作用，混凝凝土浇筑后将将经历升温期期、降温期和和稳定期三个个阶段，在这这个过程中混混凝土的体积积在温度变化化影响下亦随随之伸缩，混混凝土体积变变化受到约束束就会产生温温度应力，如如果该应力超超过混凝土的的抗裂能力将将导致混凝土土开裂；因此此为了避免混混凝土出现裂裂缝，提高混混凝土耐久性性，保证工程程质量，必须须对混凝土的的配合比进行行优化设计和和采取温控养养护措施。2混凝土配合比比设计2.1原材料的的选择水泥：东莞华润润P.O.42.5水水泥，比表面面积为3777m2/kkg；粉煤灰：广东沙沙角Ⅱ级粉煤煤灰，需水量量比为96%%，细度为88%（筛余）；；矿粉：柳州台泥泥S95级矿矿粉，比表面面积450mm2/kg，流流动度比为1100%，77天活性指数数为89.11%，28天天活性指数为为100%；；砂：巴河中砂，细细度模数2..6；石：阳新5~220mm连续续级配碎石，压压碎值8.99%；减水剂：江苏博博特聚羧酸系系高效减水剂剂，固含量为为30％，减减水率25%%。水：洁净的自来来水2.2密实骨骨架堆积法混混凝土配合比比设计当混凝土中水泥泥用量大时，其其水化温升高高，收缩大，易易产生温度裂裂缝。为此采采用密实骨架架堆积法进行行混凝土配合合比设计，从从而达到了减减少胶凝材料料用量、提高高混凝土耐久久性和体积稳稳定性的目的的。确定混凝凝土的初步基基准配合比（表表2-1）。表2-1基准准配合比及力力学性能强度等级配合比（kg//m3）性能能水水泥粉煤灰砂碎石外加加剂塌塌落度（mmm）7dd288dC45150320140780106055.022104158C50145360120770105055.322204761由表2-1的试试验结果表明明，采用密实实骨架法设计计的单掺粉煤煤灰混凝土的的工作性能和和力学性能均均满足设计要要求，但为了了降低大体积积混凝土的水水化温升，减减小内外温差差，需要通过过掺加矿粉替替代水泥进行行配合比优化。1.3配合比优优化调整采用矿粉取代部部分水泥，对对密实骨架堆堆积法设计的混凝土土配合比进行行了优化调整整，得到承台台大体积C445混凝土配配合比见表22-2所示：：表2-2承台台C45混凝凝土配合比编号原材料用量（kkg/m3）塌落度(mm))强度(MPa))水泥粉煤灰矿粉砂碎石外加剂水0h1h7d28d660dA119013014078010605.0614522020039.956.1660.8A221013013078010605.2513421019540.256.8661.6由表2-2可以以看出以上两两组混凝土的的工作性能和和力学性能均均满足C455混凝土的设设计和施工要要求，但A11水泥用量相相对较低，温温升相对也低低，因此采用用A1配合比比进行施工。表2-3墩身身和帽梁C550混凝土配配合比编号原材料用量（kkg/m3）塌落度(mm))强度(MPa))水泥粉煤灰矿粉砂碎石外加剂水0h1h7d28dB23013012077010505.2815021019547.659.3由表2-3可以以看出优化后后的C50配配合比大大减减少了水泥用用量，工作性性能和力学性性能都满足设设计和施工要要求。2.4混凝土长长期性能和耐耐久性能2.4.1抗抗裂性能研究究使用笠井芳夫提提出的混凝土土(砂浆)早早期抗裂性测测试方法，测测得结果如下下：表2-4混凝凝土早期平板板开裂观测结结果编号初裂时间/h裂缝最大宽度//mm裂缝平均开裂面面积/mm2单位面积裂缝数数目/根·mm-2单位面积的总开开裂面积/mmm2评定等级A1(C45))6.00.151.55114137.6ⅢB(C50)6.70.141.57102121.8Ⅲ由表2-4中可可以看出所设设计的配合比比的抗裂等级级均达到Ⅲ级级。2.4.2抗渗渗性能采用RCM法测测定混凝土中中Cl−快速迁移的的扩散系数，定定量评价混凝凝土抗Cl−−的扩散能力力。表2-5Cl−−扩散系数试试验结果配合比编号Cl−扩散系数数（×10−12m2/s）28d56dA1（C45）2.81.5B（C50）2.31.0从表中看出，CC45和C550混凝土的的28dCCl−扩散系数为为(2.0--3.5)××10-122m2/s，566dCl−−扩散系数为为(1.0--2.0)××10-122m2/s，均达到到设计要求。2.4.3抗冻冻性能本试验参照普通通混凝土抗冻冻性能试验，采采用慢冻法，对所设计的C45和C50混凝土配合比进行抗冻试验，试验结果见表2-6、2-7。表2-6承台台C45混凝凝土抗冻试验验结果检测项目200次循环300次循环123123标准养护强度((MPa)55.856.455.655.155.856.7冻融循环后强度度(MPa))48.950.549.145.545.447.4强度损失(％))12.410.411.717.418.616.4质量损失(％))1.41.51.83.53.13.4抗冻标号F300试件外观完整、无脱落碎碎块完整、无脱落碎碎块表2-7墩身身C50混凝凝土抗冻试验验结果检测项目200次循环300次循环123123标准养护强度((MPa)59.860.160.361.260.561.3冻融循环后强度度(MPa))55.256.153.951.651.852.1强度损失(％))7.76.710.615.714.415.0质量损失(％))1.11.00.82.23.02.7抗冻标号F300试件外观完整、无脱落碎碎块完整、无脱落碎碎块由表2-6、22-7可以看看出，试件经经受200、3300次循环环后，其强度度损失率均小小于25％((标准规定))，质量损失失较小，混凝凝土具有较高高的抗冻融性性能，所设计计的C45和和C50混凝凝土抗冻标号号均大于F3300。2.4.4抗硫硫酸盐侵蚀本试验采用《混混凝土长期性性能和耐久性性能试验方法法(GB/TT500822-20099)》，检测测其抗压强度度，结果见表表2-8。表2-8混凝凝土抗硫酸盐盐侵蚀试验编号抗压强度/MPPa抗蚀等级对比件150干湿循环环硫酸盐侵蚀件A1（C45）55.444.6≥KS150B(C50)60.151.8≥KS1503港珠澳大桥大大体积混凝土土有限元分析析承台混凝土强度度等级为C445，墩身部部位混凝土强强度等级为CC50。浇筑筑工作量大，按按照承台、墩墩身的结构尺尺寸，考虑温温控及施工需需要，参考设设计图纸，承承台连同2mm高的墩身一一同浇筑。采采用ANASSYS进行建建模及大体积积混凝土温度度计算，模型型见图3-1。图3-1港珠珠澳承台及墩墩身有限元分分析模型图3.1大体积混混凝土温度计计算结果3.1.1取取消冷却水管管施工方案图3-2第3天天水化热温度度云图（单位位：℃）图33-3第7天天水化热温度度云图（单位位：℃）图3-4第288天水化热温温度云图（单单位：℃）预埋冷却水管管施工方案图3-5第3天天水化热温度度云图（单位位：℃）图33-6第7天天水化热温度度云图（单位位：℃）图3-7第288天水化热温温度云图（单单位：℃）通过温度分析，大大体积混凝土土结构最高温温度、最大温温差见表3--1。表3-1大体体积混凝土温温度分析结果果（℃）施工方案最高温度最大温差取消冷却水管73.533.8预埋冷却水管68.923.93.2大体积积混凝土应力力计算结果3.2.1取取消冷却水管管施工方案图3-8第3天天温度应力云云图（单位：：MPa）图图3-9第7天天温度应力云云图（单位：：MPa）图3-10第228天温度应应力云图（单单位：MPaa）3.2.2预预埋冷却水管管施工方案图3-11第33天温度应力力云图（单位位：MPa）图图3-12第77天温度应力力云图（单位位：MPa）图3-13第228天温度应应力云图（单单位：MPaa）通过温度应力分分析，大体积积混凝土最大大主应力见表表3-2。表3-2大体体积混凝土最最大主应力表表（MPa）施工方案第3天第7天第28天预埋冷却水管0.831.262.04对C45和C550混凝土试试块进行标准准养护，各龄龄期的劈裂抗抗拉强度见表表3-3表3-3大体体积混凝土劈劈裂抗拉强度度（MPa）混凝土强度等级级龄期(d)3728C451.93.14.6C502.53.95.1由表3-2、33-3可知，承承台、帽梁混混凝土各龄期期的抗拉强度度均大于相同同龄期下的最最大主应力，具具有较高的安安全系数。所所以通冷却水水进行温控，可可避免温度裂裂缝的产生。4.结论对港珠澳大桥大大体积混凝土土配合比进行行密实骨架堆堆积法设计，混混凝土的力学学性能和工作作性均达到了了设计和施工工要求，墩身身和承台混凝凝土的抗裂等等级均达到ⅢⅢ级，抗冻性性能标号均大大于F3000，抗硫酸盐盐侵蚀等级均均≥KS1500，承台C445混凝土的的28d和556d的Cll−扩散系数（××10−12m2/s）为2..8和1.55，墩身C550混凝土228d和566d的Cl−扩散系数（××10−12m2/s）为2..3和1.00。对大体积混凝土土进行有限元元分析，采用用ANASYYS建模，对对比计算取消消冷却水管和和预埋冷却水水管两种施工工方法的混凝凝土温度和温温度应力变化化。结果显示示，在取消冷冷却水管的情情况下，由于于一次性浇筑筑方量较大，承承台部分最高高温度达到772.2℃，内内外温差为331.1℃，墩墩身部分最高高温度达到773.5℃，内内外