某筒仓基础大体积混凝土热工计算与温度控制

摘 要：通过热工计算出大体积混凝土内外理论温差，现场具体施工中从材料选择、控制措施和施工工艺等关键环节采取相应措施，并做好后续温度实时在线监测，最终保证基础底板大体积混凝土顺利施工。

关键词：大体积混凝土；热工计算；温度监测

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2018.06.055

大体积混凝土对施工技术要求较高，为防止混凝土基础因内外温差引起的温度应力导致开裂，应提前制定温度控制技术措施，重点从选择低水化热水泥品种、控制原材料初始温度、降低温升速度及做好内外温度实时监测等方面采取措施。

1 工程概况

某工程新建26座煤筒仓，分2排南北向布置，筒仓直径21m。仓底伐板式基础约：308.0m×46.0m×2.0m，混凝土量约为28336m?。 设计按长度方向设有三条伸缩缝，另在每个筒仓之间设1.0m宽后浇带，将基础按长度方向分为13块。

2 大体积混凝土热工计算

2.1 原始数据

混凝土标号：C30混凝土配合比：42.5级矿渣硅酸盐水泥240 Kg，比热C：0.84KJ/Kg.K，初始温度：35℃；粉煤灰60 Kg，比热C：0.84KJ/Kg.K，初始温度：28℃；矿粉70 Kg，比热C：0.84KJ/Kg.K，初始温度：28℃；砂725Kg，比热C：0.84KJ/Kg.K，初始温度：28℃；碎石1120Kg，比热C：0.84KJ/Kg.K，初始温度：28℃；水165Kg，比热C：4.2KJ/Kg.K，初始温度：23℃；减水剂4.81kg。

2.2 计算原理

浇筑大体积混凝土时，由于水化热的作用，中心温度高，与外界接触的表面温度低，当混凝土表面受外界气温影响急剧冷却收缩时，外部混凝土质点与混凝土内部各质点之间相互约束，使表面产生拉应力，内部降温慢受到自约束产生压应力。则由于温差产生的最大拉应力可由下式计算：

式中 、：为混凝土的拉应力（N/mm2）；

E（t）：混凝土的弹性模量（N/mm2）；

：混凝土的热膨胀系数（1/℃）；

△T1：混凝土截面中心与表面之间的温差（℃），其中心温度按下式计算：

T0=ΣT1·W·C∕ΣW·C

2.3 计算过程及结论

经计算得混凝土浇筑温度： T0=27.2℃

混凝土绝热温升：=29.8℃

混凝土块体内最高温度（t按3d龄期）：=27.2+29.8*0.67=47.2℃

取 E0=3.00×104N/mm2，△T1=11.2℃

混凝土在3d龄期的弹性模量：=0.71×104N/mm2

混凝土的最大拉应力：=0.67N/mm2

3d龄期的抗拉强度由式：

计算得：=0.70N/mm2

结论：根据以上计算显示，因内部温差引起的拉应力不大于该龄期内混凝土的抗拉强度值，所以不会出现表面裂缝。

3 温度控制措施及检测数据

3.1 温度控制措施

从混凝土强度设计源头考虑，在满足结构安全的前提下，决定利用混凝土60d 龄期强度代替28d 龄期强度，降低混凝土内部温升速度。

原材料方面，选用低水化热的普通硅酸盐水泥，水泥表面积宜小于350m2/kg；水泥碱含量应小于0.6%。

外加剂选用JWS-V早强减水剂，减少混凝土拌制用水量，提高可泵性。

通过掺入适量粉煤灰与矿粉代替部分水泥，可减少水泥用量，从而降低水化热，经试验粉煤灰每立方用量60Kg，矿粉每立方用量70Kg。

选用级配碎石作为混凝土拌制粗、细骨料，骨料分级堆放，堆场上方设罩棚，降低粗细骨料初始温度。

施工过程中，在不使混凝土产生冷缝的前提下，严格控制混凝土浇筑速度；安排足够劳动力做好混凝土的振捣和泌水处理；在混凝土浇筑完成后初凝前，做好混凝土表面二次抹光，减少表面裂缝。

3.2 温度监测数据

温度监测一次测温元件为Cu50铜热电阻。

温度测点布置：在基础平面半条对称轴线上，温度监测点位4处；沿混凝土浇注块体厚度方向每一处的测点数量5点。

温度监测频率：浇筑完成后，前期高频次检测，本工程为每两小时监测一次；后期逐渐降低监测频率。

测量数据如下图（上部曲线为混凝土中心温度，下部曲线为表面温度）：

4 结论

经实测，基础底板混凝土中部中心点的温升高峰值，在混凝土浇筑后3d左右产生，该温升值略小于绝热温升值，以后趋于稳定不再升溫，并且开始逐步降温。整个温度变化过程，混凝土基础内外温差小于25℃，证明本工程采取的温度控制措施有效，为今后类似大体积混凝土基础施工积累了成功经验。

作者简介：高胜宗（1982-），男，山西寿阳人，本科，土木工程学位，工程师。