大體積混凝土施工期溫度應(yīng)力分析

大體積混凝土施工期溫度應(yīng)力分析

0混凝土澆筑溫度應(yīng)力混凝土的原料經(jīng)過攪拌、運(yùn)輸、平衡、泵送和層壓。當(dāng)覆蓋新混凝土?xí)r，舊混凝土的溫度是混凝土形成部分的溫度。控制大體積混凝土裂縫的產(chǎn)生與發(fā)展,首要控制的是混凝土的溫度,因此從溫控的角度來看,混凝土的澆筑溫度對(duì)混凝土的溫度應(yīng)力起著重要的作用。大體積混凝土的溫度應(yīng)力的研究一直以來主要是材料的組成、水化熱的釋放速度、養(yǎng)護(hù)技術(shù)、降溫措施、抗裂設(shè)計(jì)方法等,不管是那一種方法都存在一定的問題。本文根據(jù)大體積混凝土溫度應(yīng)力的最大影響因素之一的澆筑溫度,利用ANSYS結(jié)構(gòu)分析軟件,分析了澆筑溫度變化對(duì)大體積混凝土溫度應(yīng)力的影響,以求得對(duì)溫度應(yīng)力的控制,從而達(dá)到控制大體積混凝土抗裂的目的。1混凝土中溫度系數(shù)的確定式中:T1為入倉溫度;Ta為氣溫;R為太陽輻射熱;β為表面放熱系數(shù);φ1為平倉以前的溫度系數(shù);φ2為平倉以后的溫度系數(shù);τ為從混凝土入倉后到平倉前所經(jīng)歷的時(shí)間(min);k為經(jīng)驗(yàn)系數(shù)。由于平倉前的情況比較復(fù)雜,故在施工過程中現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)進(jìn)行混凝土拌和物溫度量測(cè),根據(jù)實(shí)測(cè)結(jié)果確定系數(shù)。在缺乏實(shí)測(cè)資料時(shí),可以取k=0.0030(1/min)。2不同澆筑溫度對(duì)大體積混凝土溫度應(yīng)力的影響在結(jié)構(gòu)模擬分析中采用嵌固板模型,即平面尺寸采用較大尺寸(所采用的混凝土底板平面尺寸為100m×50m)?；A(chǔ)為巖石基礎(chǔ),即為剛性約束,其他各邊自由?；炷恋纳喜亢蛡?cè)面與空氣接觸,下面通過巖石基礎(chǔ)導(dǎo)熱。把基礎(chǔ)視為無限大物體,在ANSYS建模時(shí),取長(zhǎng)度和寬度為混凝土底板的2倍?；A(chǔ)的埋深取10m,巖石基礎(chǔ)除上表面外,其他各面均采用三向固定約束。在其他因素相同的情況下,混凝土澆筑前采用相應(yīng)的降溫措施,使混凝土具有不同的澆筑溫度來分析混凝土的溫度應(yīng)力場(chǎng)。選用有限元軟件ANSYS進(jìn)行混凝土的溫升與時(shí)間關(guān)系分析時(shí),分別取混凝土的澆筑溫度為25℃、30℃、35℃、40℃4種情況,用ANSYS模擬后,對(duì)所得結(jié)果進(jìn)行分析,繪出不同澆筑溫度情況下的溫度與齡期的關(guān)系曲線圖,如圖1所示。從圖1中可以看出,當(dāng)澆筑溫度不同時(shí),混凝土的溫度曲線也相應(yīng)產(chǎn)生變化,混凝土的最高溫度隨著澆筑溫度的升高而升高。如當(dāng)澆筑溫度為25℃時(shí),最高溫度為58.53℃;當(dāng)澆筑溫度為40℃時(shí),最高溫度達(dá)到70.31℃。同時(shí)當(dāng)澆筑溫度較高時(shí),混凝土的最高溫度出現(xiàn)的時(shí)間相對(duì)也較早,說明較高的澆筑溫度會(huì)使水泥的水化速度提高。同樣,利用ANSYS的熱-結(jié)構(gòu)耦合功能將上面的溫度作為荷載施加到大體積混凝土結(jié)構(gòu)上,便可得到不同齡期時(shí)結(jié)構(gòu)的溫度應(yīng)力,將模擬結(jié)果分析并處理,便得到第一主應(yīng)力隨齡期的變化曲線,如下頁圖2所示。從圖2中可以看出,當(dāng)澆筑溫度越高時(shí),結(jié)構(gòu)所產(chǎn)生的溫度應(yīng)力越大。如當(dāng)澆筑溫度分別為25℃、30℃、35℃、40℃時(shí),結(jié)構(gòu)的第一主應(yīng)力分別為2.86MPa、3.20MPa、3.54MPa、3.92MPa,其關(guān)系基本為線性關(guān)系,即澆筑溫度每提高1℃,結(jié)構(gòu)的第一主應(yīng)力便增大2.47%。由此可以看出,澆筑溫度對(duì)溫度應(yīng)力的影響是比較大的。另外,從不同的澆筑溫度分析最大溫度應(yīng)力出現(xiàn)的時(shí)間可以發(fā)現(xiàn),澆筑溫度高,最大溫度應(yīng)力出現(xiàn)的時(shí)間晚,但差別并不大,澆筑溫度約每差10℃,最大溫度應(yīng)力出現(xiàn)的時(shí)間差為1d。為了更好地分析澆筑溫度對(duì)大體積混凝土溫度應(yīng)力的影響,將不同澆筑溫度下大體積混凝土的降溫差與齡期的關(guān)系、內(nèi)外溫差與齡期的關(guān)系分別繪制,如圖3、圖4所示。從圖3、圖4均可以看出,大體積混凝土的降溫差和內(nèi)外溫差都是隨著澆筑溫度的增加而增加,且最大降溫差和最大內(nèi)外溫差均隨著澆筑溫度的增大使其發(fā)生的時(shí)間有所提前。同時(shí),由于大體積混凝土的溫度應(yīng)力與降溫差和內(nèi)外溫差均有密切的關(guān)系,從而可以看出,混凝土溫度應(yīng)力一定也是隨著澆筑溫度的增加而增加,并且都是呈線性變化的,這與實(shí)際情況完全相符。3混凝土出機(jī)口溫度由ANSYS的仿真結(jié)果可以看出,控制澆筑溫度可以有效地降低大體積混凝土底板的溫度應(yīng)力。因此,在澆筑混凝土的過程中,應(yīng)盡量地降低混凝土的澆筑溫度。為此,可以通過降低出機(jī)口溫度、入倉溫度等來降低混凝土的澆筑溫度?；炷脸鰴C(jī)口溫度T0可按下式進(jìn)行計(jì)算T0=(cs+cwqs)WsTs+(cg+cwqg)WgTg+ccWcTc+cw(Ww?qsWs?qgWg)TwcsWs+cgWg+ccWc+cgWw(3)Τ0=(cs+cwqs)WsΤs+(cg+cwqg)WgΤg+ccWcΤc+cw(Ww-qsWs-qgWg)ΤwcsWs+cgWg+ccWc+cgWw(3)式中:cs、cg、cc、cw分別為砂、石、水泥和水的比熱;qs、qg分別為砂、石的含水量;Ws、Wg、Wc、Ww分別為每m3混凝土中砂、石、水泥、和水的質(zhì)量;Ts、Tg、Tc、Tw分別為砂、石、水泥和水的溫度。從式(3)可以看出,砂、石、水泥、水等各種材料對(duì)混凝土的出機(jī)口溫度均有影響,但從配合比設(shè)計(jì)中材料的性能匹配性原理出發(fā),由砂、石、水泥的礦物質(zhì)應(yīng)接近的原則可知,砂、石、水泥的比熱應(yīng)接近。從大體積混凝土的配合比可知,石、砂的質(zhì)量約為水泥的4.5倍和3.5倍。從式(3)還可看出,石子溫度的影響最大,其次是砂子和水的溫度,水泥溫度的影響較小。所以,為了降低混凝土出機(jī)口溫度,最有效的方法是降低石子和砂子的溫度(如覆蓋等),因?yàn)槭雍蜕白拥臏囟让拷档?℃,可分別使混凝土溫度下降約0.63℃和0.19℃;另外,還可采用中、低熱水泥等。入倉前的運(yùn)輸與振搗對(duì)混凝土的澆筑溫度影響也很大,這一過程伴隨著氣候和摩擦的熱量倒灌。為了減少熱量倒灌,可采取以下方法:(1)對(duì)混凝土運(yùn)輸用的罐車和泵管采用覆蓋的方法。(2)減少混凝土的運(yùn)輸時(shí)間。(3)減少混凝土輸送管的彎頭,尤其是90℃彎頭,盡可能增大輸送管的管徑。(4)減少混凝土罐車在工地的停留時(shí)間。(5)嚴(yán)禁混凝土的過振等。4澆筑溫度的影響(1)當(dāng)澆筑溫度較高時(shí),混凝土的溫度相對(duì)也高,且混凝土的最高溫度出現(xiàn)的時(shí)間相對(duì)也較早,說明較高的澆筑溫度會(huì)使水泥的水化速度提高。(2)結(jié)構(gòu)的第一主應(yīng)力隨著澆筑溫度的提高而增大,且為線性關(guān)系,澆筑溫度每提高1℃,結(jié)構(gòu)的第一主應(yīng)力增大2.47%。(3)澆筑溫度高,最大溫度應(yīng)力出現(xiàn)的時(shí)間晚,但差別并不大,澆筑溫度約每差10℃,最大溫度應(yīng)力出現(xiàn)的時(shí)間差為24h。(4)大體積混凝土的降溫差和內(nèi)外溫差均隨澆筑溫度的增加而增加,且最大降溫差和最大內(nèi)外溫差均隨澆筑溫度的增大