孙全胜等：大体积混凝土水化热温度效应的研究 ５ 大体积混凝土水化热温度效应的研究 孙全胜，张德平 （东北林业大学。哈尔滨１５００４０） 【摘要】 以梅山跨海大桥为背景，应用ＡＮＳＹＳ有限元软件对该桥桥墩的混凝土水化热温度效应进行数值 模拟分析，并且根据该桥实际工程中监测的温度发展曲线校正ＡＮＳＹＳ数值分析的温度场，得出了大体积混凝土水 化热温度效应发展规律，为以后类似结构的温控工程提供参考。 【关键词】大体积混凝土；水化热；温度场；温度裂缝 【中图分类号】ＴＵ５２８．０ 【文献标识码】 Ｂ 【文章编号】 １００１—６８６４（２０１２）０１—０００５—０３ 由于施工期间水泥的水化热作用，大体积混凝土 结构内部会产生较高温度梯度，在受到内部或外部的 导热系数、密度、距混凝土表面１～２ｅｍ处空气的温度 等影响因素。由于实际混凝土构件具有对称性，故可 取１／４作为分析对象。 竖向预应力筋 约束时将产生较大的温度应力，从而导致混凝土开裂。 由于温度应力引起的裂缝具有裂缝宽、上下贯通等特 点，对结构的承载能力、防水性能、耐久性等都会产生 很大影响Ｈ 。因此只有控制好大体积混凝土内部的 温升速度和温度梯度，才能更好的控制由其产生的温 度应力，从而控制大体积混凝土的裂缝开展问题。 １ 工程概况 图２冷却臂布置俯视图（单位：ｃｍ） 梅山跨海大桥长１４８７ｍ。大桥主桥桥跨为７５ｍ＋ １３０ｍ＋７５ｍ的预应力混凝土连续刚构，主桥桥墩采用 ２．２初始条件和边界条件 分离双薄壁墩，断面尺寸１．５ｍ×６．Ｏｍ，两片墩纵桥向 间距６．５ｍ，主跨侧墩高１５．８１６ｍ，边跨侧墩高 １５．７３２ｍ，单个桥墩混凝土量高达１４３ｍ ，属于大体积 混凝土构件。 为了减小混凝土构件内外温度差，降低温度梯度， 消除温度应力带来的裂缝，于是在桥墩内部布置了冷 在数值分析中，对边界条件做如下处理：空气温度 统一取２０℃；３部分都按实际直接接触处理；同时，由 于只取１／４模型进行分析，与足尺模型相比较，多出２ 个对称面，在对称面上施加绝热边界条件 。混凝土 薄壁墩的底面和承台混凝土的传热方式是混凝土的 导热；外部的两面及上表面为空气导热或者模板导热， 内部两面为绝热；将水泥的水化热作为内热源加载。 根据实际情况，由于辐射对模型影响较小，对模型 的边界条件进行简化，不考虑混凝土向外辐射和接受 辐射的能量，只考虑混凝土表面和空气的对流和混凝 却水管，利用循环冷却水将水化热产生的大部分热量 带出混凝土内部，降低混凝土内部的温度场，减小温度 应力，抑制温度裂缝的产生。混凝土内部冷却水管的 布置如图１、图２所示。 土本身的热传导，确定了在各接触面上只存在混凝土 与混凝土的热传导，混凝土与空气的热对流，混凝土与 水的热对流。 ２．３实测温度发展曲线校正理论温度场 在混凝土内部布置了大量的温度传感器和应变 传感器，对混凝土的整个浇筑过程和后期进行温度的 全程监控。混凝土浇筑后３ｄ内的内部温度变化曲线 如图３所示。 图１冷却管布置立面图（单位：ｃｉｎ） 从图３可以看出混凝土内部的最高温度可达 ２大体积混凝土水化热温度效应数值分析 ２．１ 分析方法 文中分析混凝土的温度分布和发展规律时主要 考虑了混凝土浇筑温度、胶凝材料含量、水化热、比热、 ７８￣Ｃ，其温度陡增出现在混凝土浇筑后的１２ｈ之后。 经过１ｄ的时间后，水化热的热量也开始慢慢的减小。 所以控制混凝土温度应该着重在混凝土浇筑后的１～ ２ｄ内做好散热和养护。结合实际环境中大气温度值， ６ 低温建筑技术 ２０１２年第１期（总第１６３期） 可知混凝土桥墩内外温差在５—５０％之间，据此利用 Ａｎｓｙｓ有限元软件分析桥墩在该温度场作用下的力学 性能。 ＢｄＷ， 赠 时间 图３实测的混凝土浇筑后温度与时间的关系曲线图 ２．４数值模拟分析 依次分析温差分别为５、１０、１５、２０、２５、３０、３５、４Ｏ、 ４５及５０℃时桥墩的应力状态。数值模拟结果表明当 温差是３０％时，其温度应力为１．８１ＭＰａ，小于混凝土 的极限抗拉强度１．８９ＭＰａ，构件不会产生裂缝；当温差 为３５％时，其温度应力值为２．４２ＭＰａ，大于混凝土继 续抗拉强度１．８９ＮＰａ，构件将会产生温度裂缝。则可 判定温差３０％一３５％是混凝土开裂的一个临界期。 内外温差为３０和３５％时的第一主应力分布图分别如 图４和图５所示。 图４温度差为３Ｏ℃时的第一应力分布 图５温度差为３５℃时的第一应力分布 为了确定３０—３５℃中究竟哪个是开裂的临界温 控制位置，从而为进一步采取措施来降低温度场，减小 温度应力，抑制温度裂缝的开裂提供了实际的指导。 从图６可以看出，３１℃的温差是大体积混凝土模 型开裂的临界条件。当温差小于３１℃时，混凝土中心 水泥水化产生的温度应力和混凝土外边缘的温度应 差，对温差３１、３２、３３、３４％也进行了仿真模拟，温度应 力随温差变化的曲线图如图６所示。 力小于混凝土极限抗拉强度值，因而不会产生裂缝；而 当温差大于３１ ｏ【＝时，混凝土的温度应力将会大于混凝 土极限抗拉强度，从而产生裂缝。 温差，℃ 图６温度应力随温差变化而变化的曲线图 从图４和图５，可以看出不同温差下温度应力的 分布规律基本上是一致的，也就是说在温度场的作用 下，大体积混凝土构件的内部总是会出现温度应力分 布的不均匀的，在大体积混凝土构件内，某些位置的温 度应力总是远远地大于其他位置的温度应力的，而这 温度，℃ 图７混凝土温差与应变曲线图 些位置就往往控制着整个大体积混凝土构件的裂缝 开裂情况，这些位置的应力最大，所以也往往最先达到 混凝土的极限抗拉强度值，从而产生温度裂缝。从应 力分布图上我们可以很清楚地找到这些所谓的温度 理论分析中没有在模型中加入冷却管，仅仅分析 的是混凝土构件在自然状态下的温度分布规律，而实 际所测得数据是在经过冷却水管处理后的，这样通过 程志红：特细砂粘结砂浆的粘结性能研究 ７ 特细砂粘结砂浆的粘结性能研究 程志红 （山西运城市建筑工程有限公司． 山西运城Ｏ４４ＯＯＯ】 【摘要】 研究了可再分散乳胶粉胶粉、羟丙基甲基纤维素醚、聚丙烯腈纤维等因素对特细砂粘结砂浆粘结 强度的影响。结果表明：三者均可提高砂浆的粘结性能，以可再分散乳胶粉提高作用最为明显，掺量１．５％时砂浆 的拉伸粘结强度和压剪粘结强度可提高Ｉ倍左右；纤维对砂浆粘结性能的影响较小，仅能提高３０％。 【关键词】特细砂；砂浆；粘结强度 【中图分类号】ＴＵ５２８．０４４ 【文献标识码】Ｂ 【文章编号】 １００１—６８６４（２０１２）０１—０００７—０２ ０ 引言 度模数１．２；瓦克公司生产的可在分散乳胶粉；羟丙基 随着建筑业的发展和人们对环境保护要求的提 甲基纤维素醚，粘度４００００ｍＰａ・ｓ；聚丙烯腈纤维，直 高，干混砂浆迅速发展并得到了国家相关政策的大力 径４５１￣ｍ，长度６ｍｍ。灰砂比１：２，水灰比０．５。 支持…。作为干混砂浆主要品种之一的瓷砖粘结砂 砂浆拉伸粘结强度试验参照ＪＣ／Ｔ ５４７—２００５｛陶 浆，是建筑装饰工程中的一种重要粘结材料，在很多工 瓷墙地砖胶粘剂》中规定的试验方法进行，压剪粘结 业化进程较发达的国家，传统的厚层砂浆粘结方法已 强度试验参照ＪＧ１５８—２００４（胶粉聚苯颗粒外墙外保 经逐渐地被薄层砂浆施工技术所取代 。加入外加 温系统》中规定的试验方法进行。 剂改性后的薄层砂浆具有良好的保水能力，采用特细 ２试验结果与分析 砂瓷砖粘结砂浆薄层技术施工，瓷砖和基底材料可以 特细砂的比表面积较大，且易混入粉尘，含泥量较 不必预先浸泡润湿，不仅可以降低原材料消耗量和工 大，因此，采用特细砂配制的砂浆需水量较大，新拌砂 时，还可以有效解决传统砂浆粘贴瓷砖时粘结力较低， 浆的保水性较差，硬化砂浆的强度低、干缩大，如不进 瓷砖易于从墙体表面脱离等安全隐患。 行改性，砂浆的收缩率必然较高，而粘结强度较低，在 １ 原材料及试验方法 配制特细砂千混砂浆时，必须加入外加剂对砂浆进行 试验采用Ｐ・０４２．５普通硅酸盐水泥；特细砂，细 改性。但是，不同外加剂的最佳掺量范围亦不相同，本 数据的对比，我们可以很清楚的得到冷却水管对减小 混凝土构件内外温度差，降低温度梯度的效果。理论 参考文献 与实际温差与应变图如图７所示（该图仅示出实际测 【１］朱伯芳．大体积混凝土温度应力与温度控制研究［Ｍ］．北京： 得最大的应变数值）。 中国电力出版社，１９９９． 从图７可以看到实际的应变，即经过冷却水处理 ［２］栾尧，阎堵渝．大体积混凝士水化热温度场的数值计算［Ｊ］． 工业建筑，２００８。（２）． 后的混凝土应变已经比理论上的小了很多，也就是说 ［３］朱伯芳．有限单元法原理与应用［Ｍ］．北京：中国水利水电出 冷却水管的温度控制措施非常的有效，经过该温度控 版社，１９９８． 制措施后，我们达到了降低混凝土内部温度场、减小温 ［４］朱伯芳．大体积混凝土表面保温能力计算［ｊ］．水力学报， 度梯度，抑制了温度裂缝的产生的目的。 １９８７，（２）． ３结语 ［５］罗国强．混凝土与砌体结构裂缝控制技术［Ｍ］．北京：中国建 大体积混凝土构件开裂总是有一个温差ＩＩ缶界期 材工业出版社。２００６． 的，通过ＡＮＳＹＳ软件可以很准确找出这个温差，对于 ［６］ 李潘武，李慧明．大体积混凝土温度构造钢筋的配置［Ｊ］．四川 建筑科学研究，２００５，（２）． 梅山大桥我们看出这个温差是３ｌ℃。这样在后期温 【７］蔡才勤，唐玲．高性能混凝土在大体积混凝土工程中的应用 度监控的时候就可以控制温差小于这个值，从而防止 ［Ｊ］．混凝土，２００１，（９）． 温度裂缝。混凝土浇筑初期的内外温度梯度就很陡， 从而温度应力很大，所以必须在混凝土大构件浇筑之 【收稿日期】２０１１—１Ｏ一０８ 前设计好温度控制方案，对整个混凝土构件的施工做 ［作者简介】孙全胜（１９６８一），男，山东龙口人，博士，教授，研 好监控。 究方向：桥梁与隧道工程。