唐江龍,羅淋耀

(廣西北投公路建設(shè)投資集團(tuán)有限公司,廣西 南寧 530029)

0 引言

大體積混凝土溫度裂縫分為三種,分別是表面裂縫、內(nèi)部裂縫、貫穿裂縫[1],內(nèi)部和貫穿裂縫會嚴(yán)重影響大體積混凝土的使用避免大體積,在大體積混凝土實(shí)際施工過程中,應(yīng)嚴(yán)格執(zhí)行對混凝土進(jìn)行養(yǎng)護(hù)措施,避免混凝土發(fā)生影響結(jié)構(gòu)安全裂縫。目前有關(guān)大體積混凝土的溫度裂縫控制以及大體積混凝土溫度場應(yīng)力場分析的研究成果豐富,本文以巫山桂花大橋重力式錨塊結(jié)構(gòu)為研究對象,分析錨塊大體積混凝土分層分塊溫度場應(yīng)力,總結(jié)不同厚度混凝土結(jié)構(gòu)溫度場的變化規(guī)律,以及分析澆筑厚度與最大溫升的關(guān)系,并針對性地提出相應(yīng)的溫度控制措施,以期為同類型混凝土分層分塊提供理論和現(xiàn)實(shí)依據(jù)。

1 工程概況

桂花大橋主線長1 540 m,其中,桂花大橋主跨550 m,雙塔懸索橋型。桂花大橋兩岸錨碇為重力式錨碇,每幅錨碇的結(jié)構(gòu)平面尺寸為42 m×38 m,高度為33 m。白泉岸錨碇與七星岸錨碇混凝土澆筑方量分別約為 21 217 m3和22 924 m3,屬于大體積混凝土。橋型立面示意圖見圖1,錨塊分層圖見圖2。

圖2 錨塊分層圖

2 錨塊大體積混凝土參數(shù)取值

錨塊大體積混凝土物理熱學(xué)性能相關(guān)參數(shù)見表1。

錨塊混凝土上表面為熱傳導(dǎo)的第三類邊界條件,其等效散熱系數(shù)取50.23 kJ/m2·h·℃ ,錨塊內(nèi)部空間表面放熱系數(shù)取21 kJ/m2·h·℃,水冷管對流系數(shù)為1 442 kJ/m2·h·℃,環(huán)境溫度按式F(t)=5×sin(2×π/24×(t+24))+20計算,混凝土材料計算參數(shù)見表1。

3 錨塊分層分塊水化熱研究

Midas FEA 有限元分析模型選取巫山桂花大橋錨塊,選取從澆筑第一層到第5層高7 m左右澆筑塊,并將該澆筑塊劃分為1～7 m的7塊混凝土板進(jìn)行計算分析,澆筑塊模型如下頁圖3所示。

3.1 不同厚度混凝土結(jié)構(gòu)的水化熱溫度分析

為了研究厚度不同的混凝土水化熱溫升變化規(guī)律,選取各分塊層中心測點(diǎn)的溫度值進(jìn)行分析。從圖4和圖5可以看出,1～7 m厚的混凝土對應(yīng)的最高溫度分別為34.87 ℃、47.67 ℃、55.87 ℃、61.67 ℃、65.65 ℃、67.80 ℃、68.72 ℃,表明混凝土厚度越大,混凝土最高溫度也越高,里表溫差也越大。當(dāng)厚度>4 m時,再增加澆筑混凝土厚度,其內(nèi)部的溫升和最高溫度變化幅度越小,且在現(xiàn)場施工和養(yǎng)護(hù)過程中混凝土的水化熱也很難控制。因此在大體積混凝土施工過程中,應(yīng)合理地選擇混凝土分層厚度,以降低混凝土水化熱影響。

(a)厚度為1 m

(b)厚度為2 m

(c)厚度為3 m

(d)厚度為4 m

(e)厚度為5 m

(f)厚度為6 m

(g)厚度為7 m

(a)厚度為1 m

(b)厚度為2 m

(c)厚度為3 m

(d)厚度為4 m

(e)厚度為5 m

(g)厚度為7 m

各厚度結(jié)構(gòu)中心點(diǎn)溫度曲線圖見圖6,各厚度結(jié)構(gòu)混凝土的最大溫度值與發(fā)生時間見表2,厚度變化的溫度變化規(guī)律見表3。

圖6 各厚度混凝土中心點(diǎn)溫度曲線圖

表2 各厚度結(jié)構(gòu)的最大溫度值與發(fā)生時間對應(yīng)表

表3 隨厚度變化的溫度變化規(guī)律表

從圖6、表2、表3看出,1～7 m不同厚度的混凝土中心層溫度變化曲線層次分明,1～7 m厚度混凝土內(nèi)部高溫出現(xiàn)的時間分別為12 h、20 h、28 h、32 h、40 h、44 h,表明隨著厚度增大,溫度峰值出現(xiàn)的時刻也會推遲,且內(nèi)部高溫的持續(xù)時間變長,厚度越大的混凝土升溫越快,而降溫卻越來越慢,內(nèi)部溫度變化幅度也趨于平穩(wěn)。說明混凝土分層澆筑對大體積混凝土最高溫度的控制有良好的效果,施工過程中選用薄層混凝土[2],施工中溫度更好控制。

綜上所述,混凝土分層澆筑對大體積混凝土最高溫度的控制有良好的效果,驗證了施工中采取合理的分層厚度能有效控制大體積混凝土水化熱,大體積混凝土施工過程中需結(jié)合實(shí)際情況選用合適厚度的混凝土,以便在施工和養(yǎng)護(hù)過程中能更好地控制混凝土水化熱,避免混凝土因里表溫差過大造成開裂。因此厚度大、水泥含量高的混凝土,除了采取冷水水管養(yǎng)護(hù),還需對澆方量大的混凝土進(jìn)行分層分塊,削減混凝土絕熱升溫,降低里表溫差。

3.2 澆筑厚度與最大溫升的關(guān)系

從圖7和圖8可以看出,混凝土通冷卻水比不通冷卻水,其溫度峰值明顯降低,說明冷卻水能夠有效削減混凝土溫度峰值和控制水化熱發(fā)展。且混凝土在不通冷水與通冷卻水情況下,溫度沿著厚度變化也會存在差異,如不通冷卻水一次澆筑厚度為6～7 m時,才會接近臨界點(diǎn)溫峰值,這時溫度為68.72 ℃;而通冷水情況下,一次澆筑厚度達(dá)到 4～5 m時,接近溫峰值52.68 ℃,相比不通冷卻水,混凝土溫度峰值下降了16.04 ℃左右,且達(dá)到相同溫度峰值,通冷卻水比不通冷卻水的澆筑厚度下降2 m左右。

圖7 無冷卻水情況下各層溫升曲線圖

圖8 通冷卻水情況下各層溫升曲線圖

4 結(jié)語

本文在國內(nèi)外研究基礎(chǔ)上,以巫山桂花大橋重力式錨塊結(jié)構(gòu)為研究對象,仿真分析錨塊大體積混凝土分層分塊溫度場應(yīng)力場,總結(jié)不同厚度混凝土結(jié)構(gòu)溫度場的變化規(guī)律,以及分析澆筑厚度與最大溫升的關(guān)系,為了避免大體積混凝土水化熱不容易控制,提出了對于厚度大、水泥含量高的混凝土,除了采取冷水水管養(yǎng)護(hù),還需對澆方量大的混凝土進(jìn)行分層分塊,以達(dá)到削減混凝土絕熱升溫、降低里表溫差目的。