大体积承台水化热控制计算

摘 要：在重大工程项目和高层建筑施工中，通常混凝土一次浇筑量较大，这种大体积混凝土的浇筑极易出现裂缝，如果施工中不加以控制，会产生许多严重的后果。本文对大体积混凝土施工中的混凝土水化热的计算及控制进行了详细的阐述，对混凝土配合比设计、测温养护的一些可供借鉴的方法。在现场浇注及事后检测中,混凝土质量状况良好。

关键词：水泥水化热；混凝土比热；温度应力；约束应力；综合温差；入模温度

中图分类号：TU113文献标识码：A文章编号：1672-3198（2008）03-0297-02

1 工况概述

我标段负责施工的55#墩单个承台平面尺寸为：18.2×28.2m，厚度为：5.0m，混凝土方量为：2566.2m3。承台混凝土施工时间安排在2006年1月，最高温度考虑为：5℃,最低温度考虑为0℃。

（1）混凝土内外温差引起的内力(混凝土同一时间点横向温差)；

（2）混凝土温度收缩应力(不同时间点的纵向温差)。

2 混凝土浇筑前裂缝控制施工计算

2.1 综合数据拟定

（1）混凝土配合比。

承台混凝土采用C30, 用32.5号普通水泥,水泥用量为295kg，粉煤灰用量为126kg，水灰比为0.38。

（2）基本数据取定与计算

水泥水化热：Q=377J/kg；

混凝土比热：C=0.96J/kg・℃；

混凝土质量密度：ρ=2400kg/m3。

混凝土的最终弹性模量:E(c)=1052.2+34.7fcu=

1052.2+34.730=3.0×104MPa

标准状态下极限收缩值：ε0y=3.24×10-4

2.2 各龄期应力计算

因为混凝土一般在2～5天水化热温度达到最高，故需从混凝土具有两天龄期时开始计算其温度应力。在温度上升阶段,混凝土的弹性模量较低,约束应力较小,故不必考虑其温度上升阶段的裂缝问题。混凝土内外温差应力计算采用相应抗拉强度标准值，而纵向混凝土温度收缩温差引起的应力采用抗拉强度标准值ftk，并考虑1.15的安全系数，因为其产生的是必须避免的贯通性裂缝。

以2天龄期为例计算其温度应力（此时还没有拆除模板）

(1)混凝土的抗拉强度的最小值为：

（2）同理计算2天龄期以后混凝土拉应力。

当混凝土在自然养护条件下达到23天龄期计算状态时：

混凝土所产生的温度收缩应力σ＝1.73MPa大于混凝土的允许最大拉应力R1(9)＝1.72MPa（考虑了1.15的安全系数），此时可能产生裂缝，所以必须考虑对混凝土基础进行内降外保（混凝土内部使用冷却管降温，外面使用塑料布和土工布等保温）的养护措施。

根据我单位施工过的与本工程类似的工程，一般来说混凝土在浇注完成后的2～5天的时候就能达到最大的温度值，通过内降外保的措施保证混凝土产生的温度收缩应力小于混凝土的允许最大抗拉强度，即保证混凝土在养护期间不产生裂缝。

2.3 混凝土内部最高温度的估算

（1）混凝土内部最高温度估算。

按最大绝热温升值计算

根据计算结果,入模温度考虑6.8℃时，混凝土内的最高温度值为6.8+48.27=55.07℃。由以上计算，利用内降外保养护使混凝土降温值取12℃，可计算出混凝土的实测温度最高控制应控制在55.07-12＝43.07℃以下。

2.4 承台混凝土各龄期的温度控制

根据经验，自浇筑混凝土开始至水泥放热基本结束，一般约30天，做好这一时期的混凝土养护工作是避免混凝土裂缝的首要工作。主要是控制混凝土内外的温度差防止由于收缩应力而产生的裂缝。混凝土的升温峰值一般在3～5天就能达到，这是因为初期时混凝土的变化较剧烈，水化热释放的较快，后期水化热释放较慢，且随着降温，混凝土的内部温度慢慢趋于平稳，最后达到一个稳定值，一般为混凝土内外温差不大于25℃。混凝土的外温度基本上与大气气温相等。所以，混凝土的内部温度控制在25℃以下。根据降温效果在承台混凝土内部温度保持在25℃以下1～2天后可以停止降温，观察混凝土内部温度情况，如保持原温度不变，可以拆除降温设施；如还有超过25℃，则继续降温，直至保持25℃以下的温度状态。一般为12天左右。

（1）升温阶段的温度应力。

假定峰值出现在5d，此时的温度应力为

σ(5)=E(5)×α×ΔT1-v・S(t)・R

=10871×1×10-5×(43.07)1-0.15×0.40×0.32=0.66MPa

（2）降温阶段的温度收缩应力（从第10天开始计算）。

（3）通水降温时间。

综合以上计算的内容和施工经验推算：当混凝土内部温度达到25℃时，通水时间在11～13天左右。停止降温，观察混凝土内部温度情况，如保持原温度不变，可以拆除降温设施；如回升超过25℃，则继续降温，直至保持25℃以下的温度状态。

注：本文中所涉及到的图表、注解、公式等内容请以PDF格式阅读原文。