大体积混凝土温度裂缝计算及控制

盛文仲

(中冶南方工程技术有限公司，湖北武汉 430223)

1 混凝土温度裂缝计算

采用商品混凝土站供应，拌合出料温度不小于10℃，入模温度T≥5℃。水泥发热量:Q=461 kJ/kg;混凝土比热:0.96 J/(kg·℃)。混凝土配比如表1所示。

表1 混凝土配比 kg/m3

1.1 混凝土内部中心温度(绝热温升)计算

1)混凝土的最高绝热温升。

Tmax=T+W/10=5+486×1.15/10=61 ℃。

混凝土3 d，7 d的绝热温升分别为:

T(t)=Tmax(1 －e－mt)。其中，m=0.013;t为混凝土龄期，h。

T(3)=37℃。

T(7)=54℃。

2)混凝土内部中心温度计算。

大体积混凝土内实际最高温度(按5.7 m计算厚度):

T1max=T+T(t)×ξ。

其中，ξ为不同浇筑块厚度的温降系数，3 d取0.7，7 d取0.68。3 d:Tmax=5+37 ×0.7=30.9 ℃，7 d:Tmax=5+54 ×0.68=41.72 ℃。

1.2 表面温度计算(考虑混凝土表面覆盖一层草袋，周边设两层帆布)

Tb=Tq+4h′(H － h′)ΔT/H2。

其中，H 为混凝土的计算厚度，H=5.7+2h′=6.7 m;h为混凝土的实际厚度，5.7 m;h′为混凝土的虚厚度，h′=kλ/V=0.666 ×2.33/3.112=0.5 m，λ 为混凝土的导热系数，取 2.33 W/(m·K)，V为模板及保温层的传热系数，W/(m2·K)，V=1/(∑δi/αi+Rw)=1/(0.018/0.17+0.01/0.058+0.043)=1/0.321=3.112。ΔT(t)为各龄期混凝土内最高气温与外界气温之差。

ΔT(3)=Tmax－Tq=30.9－8=22.9 ℃。

ΔT(7)=Tmax－Tq=41.72 －8=33.72。

则3 d表面温度为 Tb(3)=8+0.5×4×(4.4－0.5)×22.9/4.42=17.2 ℃。

7 d表面温度为Tb(7)=8+0.5×4×(4.4－0.5)×33.7/4.42=21.6 ℃。

1.3 体积内外温差引起的温度应力

1)各龄期的混凝土的弹性模量:

E(13)=E0(1 － e－0.09t)=3.45 ×104×0.236=8.163 ×103N/mm2。

E(17)=E0(1 － e－0.09t)=3.45 ×104×0.467=1.613 ×104N/mm2。

2)混凝土的二维温度应力计算式如下:

σ =E(1t)αΔTsh(t)Rk/(1－μ)。

混凝土的最大综合温度差:

3 d为ΔT=T0+2×T(15)/3+T1(t)=5+2×37/3+2=31.667 ℃。

7 d为ΔT=T0+2×T(15)/3+T1(t)=5+2×54/3+2=43℃。

混凝土的松弛系数 sh(t)，3 d 取0.57，7 d 取0.502;

混凝土的外约束系数Rk取0.3;

混凝土的泊松比μ取0.15。

则3 d应力为 σ =8.163×103×10－5×31.667×0.57 ×0.3/(1 －0.15)=0.52 MPa。

7 d应力为 σ =1.613×104×10－5×43×0.502×0.3/(1－0.15)=1.22 MPa，符合要求。

结论:从3 d及7 d的计算结果可以看出，3 d时混凝土内外温差相差7℃，7 d时混凝土内外温差相差21℃，在此养护保温条件下，能够保证混凝土的冬季施工质量，再加上冷却循环水管不断的进行降温，使内外温差进一步缩小，保证混凝土浇筑后的质量控制。

2 基础混凝土块体内循环水导热降温

2.1 循环水温要求

承台混凝土块体内敷设φ50@2 m循环水管，利用循环水将混凝土块体内的热量带出。……