大体积混凝土温度、温度应力计算与温控措施

大体积混凝土温度、温度应力计算与温控措施工程概况1某核电站一期工程设有两座水泵房每座泵房长宽采用筏板基础，筏1/2HPX,

95.42m,

43.1m,基底绝对标高为分层分块进行浇筑取筏板基础为算例，-

20.10m,2#HP1〜3AB-

18.3〜-

16.0混凝土强度等级为浇筑厚度施工时间为月上旬混凝土配合比如表所示C45,

2.3m,81表混凝土配合比1材料水水泥粉煤灰矿粉中砂碎石碎石减水剂阻锈剂材料说P-II珠海1S955-1616〜32———博特明级mm

42.5mm□□日用重

14025595407305106153.7812kg/3m基于有限差分法的温度场计算2有限差分法是基于一维热传导方程的一种较为精确的温度计算方法明对于此工程，取浇筑厚度为更加精确模拟混凝土的温度变化，取时间区段即小时为避h=

2.3m,AT t=

0.5d,12免计算过程中的震荡现象以保证迭代过程的稳定和收敛⑵，令，其中为混凝土线膨胀系数a取综合考虑的浇筑厚度，可初步确定计算分层厚度为共分为层1x

1012.3m hk

0.46m,5在第个计算时间区段，相邻三点的温度为「

一一、丁…、T ln+1,To最高绝热温升值⑴

2.1QmaxC°式中网每小混凝土的胶凝材料用量3取；w——kg/m,390kg混凝土的比热,取〕/・；C——

0.96k kgC------混凝土的重力密度，取3；P2400kg/m胶凝材料水化热总量即；Q——kJ/kg,粉煤灰掺量对应的水化热调整系数，取；h——

0.94矿粉掺量对应的水化热调整系数，取k——2水泥的天水化热经实测为；Qz——7kJ/kg,

312.8kJ/kg水泥的天水化热经实测为Q——3kJ/kg,

277.2kJ/kg3水泥及掺合料引起的水化温升

2.26T式中水化系数，普通水泥的取贝m——m=

0.43+

0.00018W,

0.5,IJ其中的具体计算结果见表e T、A0T3第层混凝土在时刻的温度

2.3n TTn,T式中系数，，已求得分层厚度则；U——hi=

0.46m,U=

0.397系数,即为V——V=112-U,V

0.603取混凝土入模温度为，地基温度取，环境温度平均取为，各分层温度数据计算21C30C35C结果见表3第天龄期混凝土表面温度「

2.4t t式中⑷混凝土计算厚度即』其中为虚拟厚度，按下式计算H——m,H=2h h,X式中——固体在空气中的放热系数，取2；35w/m.k-------保温层的厚度取；3m,

0.015m保温材料的导热系数，此工程采用草袋，取y——

0.14w/m-k;------混凝土的导热系数，取；yi

2.33w/m-k第天龄期时环境温度，取；Tq——t35C△第天龄期时混凝土的中心温度与外界环境温度之差，见表T.—t C3第天龄期混凝土表面温度几⑴计算结果见表t3第天龄期时混凝土内外温差及平均温度

2.5t Tct Tmt表部分龄期天温度计算示例26T123456789101112t/d

0.

511.

522.

533.

544.

555.

5610.

878.

456.

575.

123.

983.

102.

411.

871.

461.

130.

880.69△e T/c°

33.

6541.

7547.

2150.

9253.

4255.

0556.

0556.

5856.

7656.

6856.

4256.02T1,T/c°

31.

8740.

6847.

4052.

4256.

1058.

7360.

5461.

7062.

3662.

6362.

5962.32T2,T/c°

31.

8740.

3247.

0852.

3856.

4259.

3861.

4562.

8163.

5963.

9363.

9263.65T

3.T/C°T4,T

31.

8740.

8747.

6952.

6256.

0558.

3359.

7560.

5160.

8060.

7460.

4259.92/c°

34.

6542.

6247.

3450.

0851.

5752.

2752.

4552.

3151.

9651.

4850.

9350.34T⑸T/C°AT T/C°-

3.

135.

3212.

0817.

3821.

4224.

3826.

4527.

8128.

5928.

9328.

9228.65TbT/C°

34.

1036.

5238.

4539.

9741.

1341.

9742.

5742.

9543.

1843.

2843.

2743.19To T/C°-

2.

243.

808.

6312.

4115.

2917.

4118.

8919.

8520.

4120.

6620.

6520.45Tm T/C°

32.

9938.

4242.

7746.

1848.

7750.

6852.

0152.

8853.

3953.

6053.

5953.42自天之后龄期的温度计算，方法同上，此处不再赘述由计算可以看出，此工程筏基施工后直到6第天混凝土内部才达到最高温度（与本工程实测数据十分吻合），此后开始进入降温阶段，与大5多数经验估算预测中采用的第天达到最高温度有明显的差别，这也体现出了采用有限差分法计算3温度场的准确性，为后面进行的温度应力抗裂验算提供了精确预测的可能性降温阶段的温度应力计算3大体积混凝土在硬化过程初期处于升温阶段，由于核心与表面的温差会对混凝土表面产生一定的拉应力，当此拉应力超出混凝土的抗拉极限时，便会引起混凝土的表面裂缝，此类表面裂缝通常为无害裂缝而在混凝土降温阶段由于综合将温差，在外约束条件下（如地基）所产生的拉应力值如果超出了混凝土的抗拉极限，便会在混凝土界面上引起贯穿裂缝，此类裂缝对工程结构极为不利，因此有必要通过预测来采取预防措施⑸在第天龄期时因综合降温差，在外约束条件下产生的拉应力，（）

3.1t t定义:式中间:口——泊松比，取；

0.15混凝土浇筑体的长度，取；L——

95.42x103mm系数，；p——t—外约束介质的水平变形刚度，此处为密集配筋混凝土，取为；

1.5——第天龄期时的混凝土弹性模量，即；E t t混凝土中掺加矿粉和粉煤灰对弹性模量的修正系数，本工程取B——1;混凝土的弹性模量，取42；Eo——

3.35X10N/mm为常数，取；e——

2.71828——第天龄期时的混凝土综合降温差，即Tzi t t式中计算步长，此处取；j——

0.5d△⑴——龄期为时，混凝土的收缩当量温差，即Ty t式中——标准状态下混凝土的极限收缩值，取；

3.24x10修正系数，本工程中取值分别为Mi-Mr...-Mir——

1.10s

1.07s1,0s1,1s1,0s、、、、、

1.

11.

380.

551.

30.

861.01在第天龄期时因综合降温差，在外约束条件下产生的拉应力，的计算结果见表t t4O至第天龄期时因综合降温差，在外约束条件下产生的总拉应力式中——在龄期

1.2tt HT,t为时所产生的约束应力延续至龄期时的松弛系数，即为便于计算，此处以平均值代入，T tH T,tH,计算结果见表4抗裂验算

1.3定义；式中安全系数，取；Ks——

1.15入】、入分别为粉煤灰和矿粉对混凝土抗拉强度影响系数，本工程取入决；2——2=1九——混凝土天龄期时的抗拉强度标准值即；ttN/mm,混凝土抗拉强度标准值，取

22.51N/mmftk-----------o表降温过程至中的温度应力计算35d30d・・・T111213585960t

5.

566.5•••

2929.

53013079.

3713977.

9314836.95•••E

31036.

31144.

931248.6t5992H,

10.

6250.617•■■

0.

3380.

3380.338氏

4.47E-

054.32E-

054.19E-05■■■

2.89E-

052.89E-

052.9E-

059.01E-

068.82E-

068.64E-06•■■

6.2E-

066.19E-06R.

6.21E-t

061.

9262.

0962.265•■•

9.

0629.

1969.330Tyt△

0.

1710.

1700.169■■■

0.

1350.

1340.134Tyt

0.

1760.

3450.472•■•

0.

2790.

2730.267Tzit

0.

0210.

0270.037•■■

0.

0180.

0170.017Jit

0.

0210.

0480.085••e

1.

8571.

8741.891Qt限CT

1.

8161.

8761.928••■

2.

2482.

2482.248值t由计算结果可知直至天龄期⑴仍然小于限值因此可以预测该工程筏板基础混凝土在硬化30t,过程中不会出现由于温度应力而导致的贯穿裂缝，而此预测结果的正确性在该工程中也得到了很好的证明温控措施探讨4对于大体积混凝土的温控措施，一直以来都受到广泛的关注⑺混凝土的入模温度、内部最高温度和内外温差是大体积混凝土温控的三个基本指标网，实际工程中采取的温控措施亦主要以此为依据本筏基工程处于夏季施工，为控制混凝土的入模温度，施工单位采取了以下三个简易措施，取得了一定的效果只出现了一些细小的表面裂缝，未见宽大的贯穿裂缝

①石子用两层草袋遮阳避晒；

②用冰块替代小部分拌合用水；

③大部分混凝土浇筑施工作业于晚间进行同时，为控制混凝土内部最高温度，施工方多次与科研单位合作进行混凝土配合比的调整，以适当降低水泥用量，减少水化热的释放，并在浇筑方法上采用分层推移式连续浇筑，对混凝土内部最高温度的控制起到了积极的作用最后，为实现对混凝土内外温度变化的实时监测，施工过程中预埋了大量温度传感器，并在浇筑后的天每小时测温一次，第天每小时测温一次当1〜525-144遇到阴雨天气时，采取了加盖一层草袋的措施，以避免混凝土内外温差过大通过以上温控措施，该工程大体积混凝土硬化过程中未出现有害裂缝，温控措施取得一定效果结语5理论计算用于实际预测与验证，对于本筏板基础工程，通过有限差分法精确地模拟了大体积混凝土温度场的变化，为随后进行的温度应力计算打下了坚实的基础通过理论计算，该筏基工程混凝土在硬化过程中不会出现由于温度应力引发的贯穿裂缝，并在实际工程中得到了证实该筏基工程的温控措施简单有效，因此在满足设计要求的前提下通过控制原材料温度、调整配合比以及优化施工工艺等方法均可对大体积混凝土温度的控制起到一定的效果。