C~C大體積混凝土溫度控制方案報(bào)告篇5

橋梁大體積混凝土施工模糊控制技術(shù)廣東省長(zhǎng)大公路工程有限公司武漢理工大學(xué)二0一二年三月

匯報(bào)提綱1任務(wù)來源及研究背景2研究方法及目標(biāo)成果3當(dāng)前研究進(jìn)展4相關(guān)應(yīng)用成果5后續(xù)研究?jī)?nèi)容6階段性研究成果一、任務(wù)來源及研究背景任務(wù)來源：

1、交通運(yùn)輸部行業(yè)攻關(guān)項(xiàng)目《嘉紹大橋關(guān)鍵技術(shù)研究》（2010-353-333-130）

2、廣東省交通運(yùn)輸廳2011年科技項(xiàng)目《橋梁大體積混凝土施工模糊控制技術(shù)》（2011-02-032）模糊控制理論：

1、美國(guó)著名學(xué)者加利福尼亞大學(xué)教授Zadeh?L?A于1965年首先提出；

2、英國(guó)倫敦大學(xué)教授Mamdani?E?H于1974年,研制成功第一個(gè)模糊控制器。模糊控制是在大量實(shí)際應(yīng)用的基礎(chǔ)上，形成專家經(jīng)驗(yàn)和基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，通過系統(tǒng)的理論和一定的規(guī)則，達(dá)到對(duì)被控對(duì)象的精確控制的目的。模糊

清晰

影響大體積混凝土質(zhì)量（耐久性、強(qiáng)度、工作性能等）的因素：材料的微觀特性、宏觀組成、各種邊界條件（入模溫度、養(yǎng)護(hù)溫度、構(gòu)件形狀、模板種類、環(huán)境條件等）…………模糊大體積混凝土研究現(xiàn)狀：

1、珠江黃埔大橋；

2、東沙特大橋；

3、江西贛州大橋；

4、杭州灣跨海大橋；

5、舟山大陸連島工程金塘大橋；

6、嘉紹跨江大橋。二、研究方法及目標(biāo)成果研究方法及過程知識(shí)庫輸入量模糊化模糊推理輸出量精確化大體積混凝土第一階階段：：通過過工程程應(yīng)用用及試試驗(yàn)，，廣泛泛收集集數(shù)據(jù)據(jù)及專專家經(jīng)經(jīng)驗(yàn)，，形成成知識(shí)識(shí)庫。。研究目目標(biāo)成成果第二階階段：：建立立模糊糊模型型，進(jìn)進(jìn)行模模糊推推理，，形成成大體體積混混凝土土各因因子間間的規(guī)規(guī)則。。第三階階段：：開發(fā)發(fā)大體體積混混凝土土模糊糊控制制專家家系統(tǒng)統(tǒng)，指指導(dǎo)大大體積積混凝凝土施施工。。三、當(dāng)當(dāng)前研研究進(jìn)進(jìn)展化學(xué)外外加劑劑、大大摻量量輔料料、高高溫養(yǎng)養(yǎng)護(hù)、、溫度度變化化對(duì)CSH凝膠聚聚合程程度和和顆粒粒緊密密堆積積程度度的影影響；；有害離離子對(duì)對(duì)C-S-H凝膠分分子結(jié)結(jié)構(gòu)的的影響響；由外加加劑、、礦物物摻合合料、、水泥泥組成成的膠膠凝材材料體體系，，在不不同養(yǎng)養(yǎng)護(hù)溫溫度、、水膠膠比、、齡期期，水水化硬硬化機(jī)機(jī)理的的系統(tǒng)統(tǒng)性研研究。。1、微觀觀角度度進(jìn)行復(fù)復(fù)雜膠膠凝體體系水水化及及放熱熱過程程研究究20℃℃養(yǎng)護(hù)7d的FA50NMR譜圖50℃℃養(yǎng)護(hù)7d的FA50NMR譜圖80℃℃養(yǎng)護(hù)7d的FA50NMR譜圖高溫養(yǎng)養(yǎng)護(hù)有有助于于提高高C-S-H凝膠平平均分分子鏈鏈長(zhǎng)，，也更更有利利于Al取代Si原子。。高溫養(yǎng)養(yǎng)護(hù)促促使更更多的的Al原子從從粉煤煤灰玻玻璃體體中解解離，，取代代C-S-H凝膠中中的Si原子，，形成成四配配位的的鋁氧氧四面面體。。（1）養(yǎng)護(hù)護(hù)溫度度的影影響?zhàn)B護(hù)溫度（℃）MCLAl/Si20℃7d，2.9；28d，4.17d，0.04；28d，0.0650℃7d，9.8；28d，13.87d，0.19；28d，0.1880℃7d，8.4；28d，15.67d，0.10；28d，0.12NMR去卷積積結(jié)果果（不不同養(yǎng)養(yǎng)護(hù)溫溫度））養(yǎng)護(hù)7d的IR譜圖養(yǎng)護(hù)7d的XRD譜圖養(yǎng)護(hù)溫度（℃）MCLAl/Si20℃28d，4.1；90d，5.128d，0.05；90d，0.0650℃28d，17.6；90d，18.728d，0.24；90d，0.1880℃28d，20.128d，0.19NMR去卷積積結(jié)果果（養(yǎng)養(yǎng)護(hù)溫溫度變變化））在養(yǎng)護(hù)護(hù)齡期期7d至28d的時(shí)間間段，，常溫溫養(yǎng)護(hù)護(hù)更加加有利利于C-S-H凝膠硅硅氧四四面體體聚合合程度度的增增加，，也更更有利利于Al原子取取代Si原子。。高溫（（50℃）養(yǎng)護(hù)護(hù)28d的硬化化漿體體，冷冷卻至至常溫溫養(yǎng)護(hù)護(hù)至90d時(shí)，C-S-H凝膠平平均分分子鏈鏈長(zhǎng)增增長(zhǎng)幅幅度較較小，，鋁氧氧四面面體所所占比比例下下降25%。養(yǎng)護(hù)90d的XRD譜圖(溫度變變化)（2）養(yǎng)護(hù)護(hù)溫度度變化化的影影響FA30，50℃FA70，50℃FA30，80℃FA70，80℃（3）粉煤煤灰摻摻量及及養(yǎng)護(hù)護(hù)溫度度變化化的影影響高溫養(yǎng)養(yǎng)護(hù)7d，常溫養(yǎng)護(hù)至至28天（1）粉煤灰摻摻量為30%時(shí)，50℃養(yǎng)護(hù)7天，再常溫溫養(yǎng)護(hù)28天的硬化漿漿體C-S-H凝膠的MCL、Al/Si值均高于80℃的硬化漿體體，（2）三種摻量量中，F(xiàn)A50的MCL值最高。（3）較高的粉粉煤灰摻量量造成水泥泥含量較少少，水化產(chǎn)產(chǎn)物CH生成量相應(yīng)應(yīng)降低；原因：粉煤灰的火火山灰活性性是由粉煤煤灰的玻璃璃體含量決決定的，較較低的粉煤煤灰摻量，，從粉煤灰灰中解離的的硅氧四面面體數(shù)量和和鋁氧四面面體數(shù)量相相應(yīng)減少。。起橋連接接作用的鋁鋁氧四面體體越多，C-S-H凝膠聚合程程度越高。。NMR去卷積結(jié)果果（粉煤灰灰摻量）體系MCLAl/SiFA3050℃，10.8；80℃，9.850℃，0.23；80℃，0.18FA5050℃，17.6；80℃，20.150℃，0.24；80℃，0.19FA7050℃，11.1；80℃，15.750℃，0.20；80℃，0.2119（4）侵蝕離子子對(duì)C-S-H聚合程度的的影響和水水化產(chǎn)物的的演變5%Na2SO45%Na2CO35%Na2SO4+5%Na2CO35%Na2SO4+5%NaCl50℃，養(yǎng)護(hù)28d20對(duì)比樣5%Na2SO45%Na2CO35%Na2SO4+5%Na2CO35%Na2SO4+5%NaClMCL5.13.226.75.74.3Si/Al0.060.050.130.110.09NMR圖譜去卷積積計(jì)算結(jié)果果SO42-進(jìn)入C-S-H凝膠的層狀狀結(jié)構(gòu)，分分解水泥石石中的C-S-H凝膠，造成成C-S-H凝膠聚合程程度的下降降；Na2CO3和NaCl增加了C-S-H凝膠的平均均分子鏈長(zhǎng)長(zhǎng)，Na+離子的存在在使更多的的鋁原子進(jìn)進(jìn)入到C-S-H凝膠結(jié)構(gòu)中中；說明硫酸鹽鹽對(duì)硬化漿漿體的C-S-H凝膠的危害害性最高。。FA30常溫養(yǎng)護(hù)28dFA30高溫（50℃）養(yǎng)護(hù)28dC-S-H凝膠顆粒尺尺寸范圍20～50nm之間平均粒粒徑47nm，球形、橢橢圓形顆粒粒居多C-S-H凝膠顆粒尺尺寸多集中中在40～60nm之間，平均均粒徑56nm，球形顆粒粒居多高溫養(yǎng)護(hù)能能夠促進(jìn)水水化硅酸鈣鈣的成核生生長(zhǎng)過程，，微觀形貌貌多為球形形顆粒，尺尺寸更大。。（5）養(yǎng)護(hù)溫度度對(duì)C-S-H凝膠形貌的的影響2、宏觀角度度進(jìn)行不同強(qiáng)強(qiáng)度、不同同部位、不不同要求的的大體積混混凝土配合合比優(yōu)化及及性能研究究不同強(qiáng)度等等級(jí)大體積積混凝土配配合比優(yōu)化化設(shè)計(jì)及耐耐久性能研研究；抗沖磨大體體積混凝土土配合比設(shè)設(shè)計(jì)極其性性能研究；；水下不分散散混凝土的的配合比設(shè)設(shè)計(jì)及其性性能研究；；承臺(tái)低溫升升抗裂大體體積混凝土土梯度結(jié)構(gòu)構(gòu)設(shè)計(jì)。（1）不同強(qiáng)度度等級(jí)低溫溫升抗裂大大體積混凝凝土配合比比優(yōu)化設(shè)計(jì)計(jì)及耐久性性能密實(shí)骨架堆堆積法設(shè)計(jì)計(jì)法原理：通過尋求混混凝土中的的粗細(xì)集料料的最大容容重來尋找找最小空隙隙率，通過過曲線擬合合可以得出出骨料間的的最佳比例例，使得制制備出的混混凝土具有低膠凝凝材料用量量（尤其是是水泥用量量低），并用較較好的工作作性、較高高的強(qiáng)度、、優(yōu)良的耐耐久性和經(jīng)經(jīng)濟(jì)性。技術(shù)措施：1）采用密實(shí)實(shí)骨架堆積積法來進(jìn)行行大體積混混凝土配合合比設(shè)計(jì)，，可實(shí)現(xiàn)減少水水泥用量，降低混凝凝土水化溫溫升及其帶帶來的溫度度應(yīng)力，提提高混凝土土耐久性和和體積穩(wěn)定定性的目的的。2）摻加具有有減縮、增增韌的聚合合物外加劑劑，減少混混凝土的收收縮，提高高混凝土的的抗拉強(qiáng)度度和韌性。。大板抗裂試試驗(yàn)混凝土抗?jié)B滲試驗(yàn)Cl?擴(kuò)散系數(shù)試試驗(yàn)混凝土抗凍凍實(shí)驗(yàn)大體積混凝土土推薦配合比比（kg/m3）嘉紹大橋大體積混凝土土的性能標(biāo)號(hào)坍落度（mm）抗壓強(qiáng)度（MPa）抗?jié)B等級(jí)抗凍等級(jí)氯離子滲透系數(shù)（×10-12m2/s）0h1h3d7d28dC3022020019.832.545.8P18F3002.0C4022020023.537.952.1P20F3001.5C5021019529.647.659.3P25F3001.0標(biāo)號(hào)水水泥粉煤灰礦粉砂石減水劑減縮增韌劑C301429615916379510553.84.2C4014514014015078010604.734.3C5015023013012077010505.284.8低溫升抗裂混混凝土與普通通混凝土收縮縮對(duì)比結(jié)果標(biāo)號(hào)水水泥粉煤灰礦粉砂石減水劑減縮增韌劑C30（抗裂）1429615916379510553.84.2C50（抗裂）15023013012077010505.284.8C30（普通）158290100/79510553.8/C50（普通）15040080/75010705.8/標(biāo)號(hào)3d7d28d60d180dC30（抗裂）59113174233286C30（普通）82168231304382C50（抗裂）88143.230293369C50（普通）128204299346458（2）抗沖磨大體體積混凝土配配合比設(shè)計(jì)極極其性能現(xiàn)狀：構(gòu)件所所處環(huán)境含沙沙量大，流速速急，混凝土土表面沖刷磨磨損和空蝕破破壞嚴(yán)重。措施一：通過過基于密實(shí)骨架架堆積方法并并優(yōu)化膠凝材材料漿體的組組成，提高漿體和和骨料間的界界面粘結(jié)特性性，提高混凝凝土自身耐沖沖磨特性.措施二：在混混凝土中摻入入經(jīng)特殊處理理的高強(qiáng)聚丙烯仿仿鋼纖維，在其內(nèi)部構(gòu)構(gòu)成一亂向支撐體系，產(chǎn)生有效的的多向二級(jí)加加強(qiáng)效果，賦賦予了混凝土土一定的韌性性，改善混凝土的的抗裂性能及及抗沖磨性能能?？箾_大體積磨混凝土性的配合比與能抗沖磨混凝土土配合比（Kg/m3）抗沖磨混凝土性能編號(hào)坍落度/mm抗壓強(qiáng)度劈裂抗拉強(qiáng)度抗沖磨強(qiáng)度/kg/h.m20h2h7d28d7d28d122020037461.83.31.92221518535451.93.51.43322018531422.13.60.98421019036522.94.30.81521018029402.03.41.23編號(hào)CF礦粉硅灰砂石減水劑水高強(qiáng)聚丙烯仿鋼纖維1160120140/77510704.5146/2160120140/77510704.514623160120140/77510704.5146441501101402077510704.914645160120140/77510704.51466通過優(yōu)化設(shè)計(jì)計(jì)后的抗沖磨磨大體積混凝凝土抗裂性能能、抗?jié)B性能能優(yōu)異，并且且抗沖磨性能能顯著提高。。各組混凝土其其他性能編號(hào)抗裂性能（平板法）初凝時(shí)間/h氯離子滲透系數(shù)/×10-12m2/s1Ⅲ201.42Ⅲ221.33Ⅳ241.14Ⅳ240.95Ⅲ241.2抗沖磨混凝土配合比比（Kg/m3）編號(hào)CF礦粉砂石減水劑水聚丙烯纖維316012014077510704.51464515013014077510704.51454617011014077510704.51484718010014077510704.51514抗沖磨混凝土性能編號(hào)坍落度/mm抗壓強(qiáng)度劈裂抗拉強(qiáng)度抗沖磨強(qiáng)度/kg/h.m20h2h7d28d7d28d322520031422.13.60.98522021028382.03.31.21622219033452.23.70.91723018534482.23.80.85膠凝材料的用量量對(duì)抗沖磨混凝土性能的的影響（3）水下不分散散混凝土的配配合比設(shè)計(jì)及及其性能研究究A、由纖維素類類水溶性聚合合物羥乙基纖纖維素作為抗抗水分散主劑劑，復(fù)配無機(jī)機(jī)增粘保水組組分和緩凝組組分，研制出出適用于水下下抗分散大體體積混凝土的的專用外加劑劑WHT-1。B、通過對(duì)抗水水分散劑及膠膠凝材料用量量的影響分析析，設(shè)計(jì)出適適合施工要求求的水下不分分散、自密實(shí)實(shí)、低溫升、、高抗裂性能能的混凝土配配合比。水下不分散混混凝土配合比比設(shè)計(jì)（1）抗水分分散劑的摻量量水下不分散散混凝土性能能的影響編號(hào)CFUEA砂大石小石水PCWHT%1210170407489691081554.20.22210170407489691081554.20.43210170407489691081554.20.6水下不分散混混凝土性能編號(hào)坍落度/mm擴(kuò)展度/mm7d抗壓強(qiáng)度水陸比28d抗壓強(qiáng)度水陸比0h2h0h2h水中陸地水中陸地125020065060024.331.20.7829.736.70.81224018063057026.631.30.8532.637.10.88321015060053026.531.20.8532.336.80.88水下不分散混混凝土配合比比（Kg/m3）配合比用量不不變的情況下下，隨著抗水水分散劑摻量量的增加，水水下不分散混混凝土的初始始坍落度逐漸漸變小，并且且坍落度損失失快；另外，，隨著抗水分分散劑摻量的的增加，水下下不分散混凝凝土的水陸強(qiáng)強(qiáng)度先增大，，摻量增到0.6%時(shí)，水陸強(qiáng)度度比基本不變變；所以，綜綜合水下不分分散混凝土的的工作狀態(tài)和和經(jīng)濟(jì)效益，，優(yōu)選抗水分分散劑最佳摻摻量4%。（2）膠凝材料的的用量對(duì)水下下不分散混凝凝土性能的影影響水下不分散混混凝土性能水下不分散混混凝土配合比比（Kg/m3）膠凝材料總用用量不變時(shí)，，隨著水泥用用量增加和粉粉煤灰用量降降低，需水量量不斷增加才才能保證水下下不分散混凝凝土工作狀態(tài)態(tài)和經(jīng)時(shí)工作作狀態(tài)保持一一致。由于抗抗水分散劑、、高效減水保保塑劑和基本本配合比沒有有變化，7d、28d水水陸強(qiáng)度比基基本不變，均均滿足設(shè)計(jì)要要求；在此，，考慮封底混混凝土為C30高性能混混凝土，優(yōu)選選配合比4進(jìn)進(jìn)行研究。編號(hào)CFUEA砂大石小石水PCWHT%2210170407489691081554.20.44230150407489691081574.20.45250130407489691081594.20.4編號(hào)坍落度/mm擴(kuò)展度/mm7d抗壓強(qiáng)度水陸比28d抗壓強(qiáng)度水陸比0h2h0h2h水中陸地水中陸地224018063057026.631.30.8532.637.10.88423518562056029.934.80.8636.341.20.88524018563056530.335.60.8537.042.10.88（4）承臺(tái)低溫升升抗裂大體積積混凝土梯度度結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)根據(jù)材料復(fù)合合設(shè)計(jì)原理，，設(shè)計(jì)采用在在大體積混凝凝土的邊部采采用通過增韌韌增穩(wěn)技術(shù)制制備出高韌性性抗裂耐磨混混凝土，中部部采用低溫升升高抗裂混凝凝土，形成連連續(xù)（無冷縫縫）的高抗裂裂大體積混凝凝土梯度結(jié)構(gòu)構(gòu)。在低溫升高抗抗裂混凝土+高韌性抗裂耐耐磨混凝土結(jié)結(jié)構(gòu)形式的組組合下，通過過優(yōu)化設(shè)計(jì)兩兩種混凝土材材料的不同厚厚度及布置形形式，既降低低了內(nèi)表溫差差，減小了整整體的溫度應(yīng)應(yīng)力水平，又又增強(qiáng)了溫度度梯度最大處處—邊部混凝土的的抗裂性能，，最終形成了了一種混凝土溫溫度及抗裂特特性梯度變化化的橋梁大體體積混凝土結(jié)結(jié)構(gòu)。梯度結(jié)構(gòu)側(cè)剖剖圖梯度結(jié)構(gòu)俯視圖四、相關(guān)應(yīng)用用成果嘉紹大橋大體體積混凝土溫度應(yīng)力匹配配分析承臺(tái)第二層3d應(yīng)力場(chǎng)承臺(tái)第二層7d應(yīng)力場(chǎng)承臺(tái)第二層28d應(yīng)力場(chǎng)承臺(tái)混凝土最最大拉應(yīng)力表表（MPa）齡期層號(hào)第3天第7天第28天承臺(tái)第一層0.410.771.04承臺(tái)第二層0.420.751.04承臺(tái)c30Z3承臺(tái)，最高溫度為58.2℃，斷面最高高平均溫度為為56.7℃，最大內(nèi)外外溫差為20.6℃。通過調(diào)整混凝凝土水化放熱熱特征數(shù)據(jù)采采用有限元軟軟件再次匹配配進(jìn)行溫度應(yīng)應(yīng)力模擬，從從而得出各齡齡期下大體積積混凝土內(nèi)部部的溫度應(yīng)力力水平。應(yīng)力力模擬結(jié)果見見下圖：下塔柱柱混凝土土最大大拉應(yīng)應(yīng)力表表（MPa）齡期層號(hào)第3天第7天第28天下塔柱第一層0.430.821.27下塔柱第二層0.580.911.44塔座c40Z3下塔柱柱，最高溫溫度為為64.1℃，斷面面最高高平均均溫度度為61.7℃，最大大內(nèi)外外溫差差為19.7℃℃。塔座混混凝土土溫度度應(yīng)力力包絡(luò)絡(luò)圖第3天第7天第28天0.470.881.12塔座混混凝土土最大大拉應(yīng)應(yīng)力表表（MPa）Z3塔塔座最最高溫溫度為為60.5℃，斷斷面最最高平平均溫溫度為為58.7℃，最最大內(nèi)內(nèi)外溫溫差為為23.4℃。塔柱c50下塔柱柱第二層3d應(yīng)應(yīng)力場(chǎng)場(chǎng)下塔柱柱第二層7d應(yīng)力力場(chǎng)下塔柱柱第二層28d應(yīng)力力場(chǎng)五、后后續(xù)研研究?jī)?nèi)內(nèi)容現(xiàn)場(chǎng)制制作等等比例例大體體積混混凝土土模型型，通通過對(duì)對(duì)模型型施加加施工工期間間可能能承受受的最最不利利環(huán)境境溫度度、溫溫度梯梯度以以及對(duì)對(duì)流條條件，，研究究結(jié)構(gòu)構(gòu)整體體在上上述不不利條條件影影響下下的內(nèi)應(yīng)力力的變變化規(guī)規(guī)律，通過過現(xiàn)場(chǎng)場(chǎng)試驗(yàn)驗(yàn)對(duì)低低溫升升高抗抗裂混混凝土土應(yīng)用用于大大體積積混凝凝土結(jié)結(jié)構(gòu)的的抗裂裂效果果和配配合比比匹配配設(shè)計(jì)計(jì)進(jìn)行行進(jìn)一一步深深入研研究。。大體積積混凝凝土模型俯視圖圖大體積積混凝凝土模型立剖圖圖（1）大體體積