大掺量掺合料水泥大体积混凝土温度测试及分析.pdf

第 4 1 卷第 6 期 2 0 1 4年 6月 建筑技术开发 Bu i l di n g Te c hni qu e De v e l o pme n t Vo1 ． 41 ． No． 6 J un． 201 4 大掺量掺合料水泥大体积混凝土温度测试及分析 程芸芸 吕 建福 巴恒静 ( 1 ． 北京 市建筑工 程研 究院，北京 1 0 0 0 3 9 ； 2 ． 哈 尔滨工程大学航 天与建筑工程学院， 哈尔滨 1 5 0 0 0 1 ； 3 ． 哈 尔滨工业 大学土木 工程 学院 ， 哈 尔滨 1 5 0 0 9 0 ) 【 摘要】通过现场测试从浇筑到 2 8 d龄期大体积混凝土的温度， 获得混凝土内部瞬时温度场分布及温度随龄期的发 展规律。结果表明： 混凝土 3 d时的内表温差最大， 最大温差为 2 4 ℃， 7 ， 1 4 d的内表温差逐渐减小， 且最高 温度逐渐从中心部位向下表面移动。 上表面的温度和中心部位温度下降较快， 下表面的温度在 3 ～ 7 d基本无 变化， 7 - 1 4 d稍有下降。 并测试不同水泥水化热， 混凝土表面的空气温度、 地基温度等， 利用有限元软件进 行混凝土温度场的数值模拟。 模拟结果和实测温度分布和发展规律具有良好的一致性。 【 关键词】 大体积混凝土； 水泥水化热； 有限元分析； 温度场； 温度测试 [ 中图分类号】T U 5 2 8 【 文献标志码】A 【 文章编号】 1 0 0 1 — 5 2 3 X( 2 0 1 4 ) 0 6 — 0 0 4 4 — 0 6 TEM P ERATURE TES T AND ANALYS i S OF M AS S I VE CONCRETE M ADE oF BI G CEM ENT EXTENDER C h e n g Y u n - y u n L i i J i a n — f u B a H e n g - j i n g [Ab s t r a c t ]T h e t e mp e r a t u r e o f ma s s i v e c o n c r e t e f r o m p o u r i n g t o 2 8 d i s t e s t e d o n s i t e t o o b t a i n t h e fi e l d d i s t r i b u t i o n o f i n t e r n a l i ns t a n t a n e o u s t e mp e r a t u r e o f c o n c r e t e a n d d e v e l o p me n t l a w o f t e mp e r a t u r e a t d i f f e r e n t a g e s ． Th e t e s t r e s u l t i n d i c a t e s t h a t t h e ma x i mu m i n t e r n a l s u r f a c e t e mp e r a t u r e d i f f e r e n c e o f c o n c r e t e i s 2 4 ℃ wh i c h a p p e a r s a t 3 d a n d r e d u c e s g r a d u a l l y a t 7 d a n d 1 4 d ， a n d t h a t t h e ma x i mu m t e mp e r a t u r e mo v e s fro m c e n t e r t o u n d e r s u r f a c e ． T e mp e r a t u r e s o f u p p e r s u r f a c e a n d c e n t e r d r o p r e l a t i v e l y f a s t e r t h a n t h e u n d e r s u r f a c e ， wh o s e t e mp e r a t u r e b a s i c a l l y k e e p s u n c h a n g e d a t 3 d t o 7 d a n d d r o p s s l i g h t l y a t 7 d t o 1 4 d ． Di f f e r e n t c e me n t h y d r a t i o n h e a t s ， a i r t e mp e r a t u r e o n c o n c r e t e s u r f a c e a n d f o u n d a t i o n t e mp e r a t u r e a r e t e s t e d a n d fi n i t e e l e me n t s o ft wa r e ANS YS i s u s e d f o r n u me r i c a l s i mu l a t i o n o f c o n c r e t e t e mp e r a t u r e fie l d ． T h e s i mu l a t i o n r e s u l t s s h o w f a v o r a b l e c o h e r e n c e wi t h t h e t e s t e d t e mp e r a t u r e d i s t r i b u t i o n a n d d e v e l o p me n t l a w． [ Ke y w o r d s 】 ma s s i v e c o n c r e t e ； c e me n t h y d r a t i o n h e a t ； fi n i t e e l e me n t a n a l y s i s ； t e mp e r a t u r e fi e l d ； t e mp e r a t u r e t e s t 大体积混凝土由于早期水泥水化热引起的温度 场对大体积混凝土结构的力学和耐久性能均有较大 影响[ 1 - 3 ] 0 对于水泥水化热引起的大体积混凝土早 期混凝土开裂， 通过控制混凝土的内部温升和内表 温差， 从而降低混凝土由于水泥水化热引起温差过 大导致大体积混凝土早期开裂概率， 减小了对大体 收稿 日期 ： 2 0 1 4 - 0 4 - 2 5 作者简介： 程芸芸 ( 1 9 8 1 一 ) ， 女， 北京市人， 毕业于啥尔滨工业大学 本科， 工程师， 主任， 现从事建设工程及材料检测工作。 积混凝 土的力学性能和耐久性 影响 [ 4 - 6 ] o国外提 出 了一些关于预测水泥水化热放热速率和大体积混凝 土温度增长的模型 [7 - 9 1 ， 但均未考虑外界因素的影 响。目前， 对大体积混凝土早期内部温度的发展 规律研究不多， 尤其是大掺量掺合料水泥混凝土， 实际数据较少。 大体积混凝土早期开裂受多方面因 素影响， 如环境温度、 浇筑时间、 混凝土浇筑时温 度等 [ 10 - 1 2 ] ， 仅靠经验无法作出正确判断。 目前仅有 在部 分重大工程 才进 行混凝 土最高温度 和内表温 差控制， 而小型工程仅靠经验估计甚至忽略该问题， 第 4 1卷 程芸芸，等：大掺量掺合料水泥大体积混凝土温度测试及分析 第 6 期 现场控制手段仅根据经验作出， 如加冷却水管等， 且 常规 的控温手段也需了解大体积混凝 土温度场分布 和发展规律， 否则可能引发二次损害。因此 ， 通过测 定大体积混凝土温度分布和发展规律、 自 身参数和 环境参数， 数值模拟大体积混凝土早期温度分布和 温度变化规律， 模拟得到的大掺量掺合料大体积混 凝土早期温度场分布规律和实测温度场具有良好的 一 致性 。 ‘ 1 试验 方法、 试验制度及数值模拟 1 ． 1 水 泥水 化热 测试 本试验采用 T A M — A I R 0 8型多通道微量热仪， 对 P 0 4 2 ． 5 水泥和大掺量掺合料水泥两个试件进行 5 d的水泥水化热测试 。 1 ． 2 大体 积 混凝 土 配合 比 本工程采取大掺量掺合料水泥大体积混凝土 配合比， 通过掺加不同掺量的缓凝剂控制混凝土终 凝时间， 使浇筑的各层混凝土间不形成冷缝， 配合 比见表 1 。 表 1大体积混凝土配合比 k g ／ m 配合比 水泥 矿渣 粉煤灰 砂 石 水 泵送剂 大掺量掺合 料混凝土 2 5 0 l 8 O 7 0 6 2 7 1 1 0 3 1 8 0 1 2 ． 5 1 ． 3 大体积混凝土温度布置及测试 由于承台为矩形结构 ( 对称) ， 只在混凝土结构 的1 ／ 4 截面范围内布点测试温度变化， 代表整个大体 积混凝土的温度场分布。 在整个承台的平面内布置 1 0 个测温点， 每个平面的点纵 向分布 5个测温点。 在距 承台表面和底表面的5 c m处埋置热电偶， 测量的温 度分别为上下表面的温度； 距承台表面和底表面5 0 c m 处埋置热电偶， 测量其内部温度； 再在中心处埋置热 电偶以测量其中心温度， 具体布置如图 1 ， 2所示。 1 ． 4热传导的三种边界条件 ( 1 ) 第一类边界条件。 混凝土表面温度 是时 间 f的已知函数 ， 即： T( X ， Y ， z ， t ) = ( 引 ( 1 ) ( 2 ) 第二类边界条件。 混凝土表面的热流量是时 间的已知函数 ， 即： 一 An ／ A ( f ) ( 2 ) 式中： 为表面外法线方向。 若表面是绝热的， 有 An ／ AT -- 0 。 ( 3 ) 第三类边界条件。 第三类边界条件假定经 过混凝土表面的热流量与混凝土表面温度 和气 温 之差成正比， 即： 图 1 承台俯视及测温点平面布置 图2 承台剖面及温度点纵向布置 一 入A T ／ An = b( ) ( 3 ) 式中： 为表面放热系数 [ k J ／ ( m 2 ． h ℃) ] 。 当表面放 热系数 趋 于无 限， ， 转化 为第 一 类边界条件； 当表面放热系数， = 0 ， A T ／ A n又转 化为绝热边界条件 [ 1 。 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 ， 仅考虑 混凝土表面 、 空气对 流和混凝土本身的 热传导。 1 ． 5 温度场的加裁隋况和各项参数 在温度场分析中， 水泥水化热是内热源， 作为 温 度荷 载施加 在各节点上 。 本 文利用 AN S Y S有限 元软件数值模拟混凝土温度场， 根据大体积混凝土 结 构对称性 ， 取其尺寸 6 m1 4 m 2 ． 6 m。 在 A N S Y S 有限元模型分析中， 采用 S o l i d 7 0 单元， 其具有热和 结构耦合分析的单元。 该模型中全部采用六面体、 八勘 单元， 整个模型单元总数为 4 0 0 4 ， 节 总数为 4 8 3 0 ， 混凝土的各项热力学参数见表 2 。 表 2 混凝土热力学参数 线膨胀系数 ／ 比热 ／ 实测密度 ／ 导热系数 ／ ( W／ m q C ： f 1 ／ ℃) ( k J ／ k g- o C ) ( k g ／ m ) 2． 8 0 0．7 51 0 一 O ． 9 5 2 48 5 2 试 验结果及讨论 2 ． 1 水 泥的水化 热 水泥水化热的测试结果如图 3 所示。 45 第 6 期 程芸芸，等 ：大掺量掺合料水泥大体积混凝土温度测试及分析 第 4 1卷 辩 脚 l0 S 言 裔 1 0 2 0 3 0 4 0 5 0 6 0 7 0 8 0 9 01 O 0l l 0l 2 0 时间 ／ h ( b ) 图 3 水泥水化放热曲线 ( a ) 大掺合料水泥；( b ) P 0 4 2 ． 5 水泥 从图 3 可知， 大掺量掺合料水泥的放热速率 从 4 3 2 h 水化热放热速率维持在 0 ．4 J ／ g h ， 此后水 化放热速率开始增长， 并在 6 0 ． 8 h达到峰值 1 ．9 4 J ／ g h ，比 P 0 4 2 ． 5的水化放热速率达 到峰值 的时间 推 迟 2 8 h ； 而 P 0 4 2 ． 5的水泥 水化在 5 h放 热速率 下降到 1 ．2 1 J ／ g h 后上升， 并在 3 2 ． 2 h 水化放热速率 达到峰值 3 ． 5 7 J ／ g h ， 此后又快速下降， 并在 5 1 h 首 次低 于大 掺量掺合料水泥， 且持续到 8 1 h ， 以后高 于大掺量掺合料水泥。 大掺量掺合料水泥水化热， 5 d的水化热为 1 2 7 ． 1 J ／ g ， P 0 4 2 ． 5 水泥 5 d水化热 为 2 1 1 ．7 1 J ／ g ， 比P 0 4 2 ．5 水泥的水化热放热量低 4 0 ％。 因此， 大掺量掺合料水泥和超缓凝外加剂的 复合使 用可显著改善大体 积混凝土中水泥早期的水 化动力学， 延缓水泥水化、 推迟水化速率温峰、 降低 水泥水化速率和减少水化热放出。 一方面增大了早 期混凝土徐变， 减小了 早期混凝土的收缩； 另—方面 有效 ， 减小了混凝 土内部温差和 内表温差 以及 由于 温差产生的混凝 土温度应 力。 2 ． 2 实测混凝土各点混凝土温升曲线 2 ． 2 ． 1 承台温度实测曲线 承台中心部位、 上表面、 下表面温度实测结果如 图 4所示 。 4 6 6 70 5 芝5 0 3 5 55 5 0 4 5 越4 。 赠 3 5 3 0 2 5 1 一 Ⅲ 0 1 0 0 2 0 0 3 0 0 4 0 0 5 0 0 6 0 0 7 0 0 龄期 ， h 0 1 0 0 2 0 0 3 0 0 4 0 0 5 0 0 6 0 0 7 0 0 龄期 ， h ( c ) 图 4 承台各测点温度曲线 ( a ) 各测点表面温度曲线； ( b ) 各测点中心温度曲线； ( c ) 各测点底面温度曲线 从 图 4中可看出， 混凝土中心的温度较 高， 且承 台中心的温 度发展 更为迅速 ， 在 3 d附近达 到温度 的最高值 ， 因此 ， 应注意该段时间的内表温差。由于 混凝 土中心温度 高， 易产生大的内表 温差， 应做好 外保温、 内降温的工作， 防止混凝土开裂， 从而保证 混凝土的质量和耐久陛。 从混凝土表面温度可看出， 混凝土表面温度比内部低， 要注意覆盖养护温度保 证 内表温差不超过 2 5℃， 防止混凝土表面开裂。 大 体积混凝土利用超缓凝剂保证连续浇筑的同时， 使 早期水泥水化速度较慢， 从而使混凝土的温度增加 较慢， 可充分利用混凝土的早期徐变释放温 差应力 和收缩应 力。 5 O 5 0 5 O 5 0 5 O 4 4 3 3 2 2 l 1 O 0 一 I { P ／ 讲喇壤餐 O ∞ ∞ 加 m ∞恫 ∞ 睁 知 如 m 第 4 1 卷第 6期 2 0 1 4年 6月 建筑技术开发 Bu i l di n g Te c hn i qu e De v e l o p me nt Vol _41 ． NO． 6 J un． 201 4 跨越东站立交桥 顶推施工及监测技术 马长涛 王涛 ( 1 ． 北京城 建集 团建 筑工程 总承 包部 ，北京 1 0 0 0 8 8 ； 2 ． 北京市建筑工程研究院有限责任公司， 北京 1 0 0 0 3 9 ) 【 摘要】 长春市远达大街跨越东站立交桥工程具有跨度大、 吨位大， 悬臂长等特点， 结合现场实际情况， 采用了计算 机控制液压千斤顶连续顶推的施工方法， 施工过程中采用顶推设备及墩顶滑动系统、 反力架及拉锚器设置、 限位纠偏装置进行顶推施工， 在施工过程中进行了有效的施工监测， 确保了工程的质量和安全。 【 关键词】立交桥； 连续顶推； 监测； 反力架； 拉锚器i 限位纠偏装置 【 中图分类号】U 4 4 5 【 文献标志码】 B 【 文章编号】 1 0 0 1 — 5 2 3 x( 2 0 1 4 ) O 6 — 0 O 4 9 — 0 6 J A CKI NG CoNS T RUCT I oN AND MoNI T oRI NG T E CHNI QUE F oR oVERBRI DGE CRoS S I NG oVER EAS T RAI L rAY S T』A LTI oN [Ab s t r a c t ] [ Ke y wo r d s 】 M aCh a n g— t a o W a n gTa o T h e o v e r b r i d g e p r o j e c t l o c a t e d o n Y u a n d a A v e n u e i n C h a n g c h u n C i t y c r o s s e s o v e r t h e E a s t R a i l wa y S t a t i o n ， h a v i n g v a r i o u s c h a r a c t e r i s t i c s ， s u c h a s wi d e s p a n ， h e a v y we i g h t a n d l o n g c a n t i l e v e r ， e t c ． Ba s e d o n p r a c t i c a l f i e l d c o n d i t i o n s ， c o mp u t e r - c o n t r o l l e d h y d r a u l i c j a c k i s u s e d f o r c o n t i n u o u s j a c k i n g c o n s t r u c t i o n ． Du r i n g j a c k i n g c o n s t r u c t i o n ， t h e f o l l o wi n g e q u i p me n t s a n d d e v i c e s a r e u s e d ， i n c l u d i n g j a c k i n g e q u i p me n t s ， p i e r s u p p o r t i n g a n d s l i p p i n g s y s t e m， r e a c t i o n f r a me ， a n c h o r p u l l i n g d e v i c e ， p o s i t i o n - l i mi t a n d d e vi a t i o n c o r r e c t i o n d e v i c e ， e t c ． Ef f e c t i v e c o n s t r u c t i o n mo n i t o r i n g i s c a r r i e d o u t d u r i n g c o n s t r u c t i o n ， t o s u c c e s s f u l l y g u a r a n t e e t h e c o n s t r u c t i o n q u a l i t y a n d s a f e t y ． o v e r b r i d g e ； o n t i n u o u s j a c k i n g ； mo n i t o r i n g ； r e a c t i o n f r a me ； a n c h o r p u l l i n g d e v i c e ； p o s i t i o n — l i mi t a n d d e v i a t i o n - c o r r e c t i o n d e v i c e 1 工 程概 况 本工程位于长春远达大街跨 越长春东站部分， 收 稿 日期 ： 2 0 1 4 — 0 5 — 0 5 作者简介： 马长涛 ( 1 9 7 2 一 ) ， 男， 北京市人， 毕业于哈尔滨建筑大学， 本科， 高级工程师， 现从事土建施工工作。 南起 四通 路， 北 至惠工路。 在 既有远达大桥两侧各 加 宽 1幅 1 6 ． 2 5 m四跨 连 续 钢箱 梁 ， 跨 越 铁 路 包 括 长图线 、 到发线 、 空车线 、 货 物线共 1 6道线路。 孔 跨 布 置 为 右 5 3 m+ 8 0 m + 5 3 m+ 4 5 ． 2 3 5 m( 左 5 3 m+ 8 0 m+ 5 3 m+ 4 5 ． 2 3 4 m) ， 与既有桥对孔布置， 左右 e 蜀 e 分e ＼ ! 写 右 写 分e ＼ ! ； ； 【 1 0 ]Y u n u s B a l l i m． A n u m e r i c a l mo d e l a n d a s s o c i a t e d c a l o r i me t e r f o r 1 9 9 8 ： 8 0 - 1 3 5 ， p r e d i c t i n g t e m p e r a t u r e p r o f i l e s i n m a s s c o n c r e t e[ J 】 ． C e m e n t ＆C o n c r e t e C o mp o s i t e s ． 2 0 0 4 ， 2 6 ： 6 9 5 - 7 0 3 ． [ 1 1 ]Wa n g J i n g ． ， R ． K． D h i r a n d M． L e v i t t ． Me m b r a n e c u r i n g o f c o n c r e t e M o i s t u r e l o s s [ J 】 ． C e me n t a n d C o n c r e t e R e s e a r c h ． 1 9 9 6 ， 2 6 ( 2 ) ： 3 3 7 - 3 4 0 ． 【 1 2 】C o r i n a — Ma r i a Al d e a e t a 1 ． E f f e c t s o f c u r i n g c o n d i t i o n s o n p r o p e r t i e s o f c o n c r e t e u s i n g s l a g r e p l a c e me n t【 J ] ．C e me n t a n d C o n c r e t e Re s e a r c h ． 2 0 0 0 ， 3 0 ：46 5 —4 7 2． [ 1 3 ]龚召熊 ． 水工混凝土的温控与防裂 [ M】 ． 北京 ： 中国水利电力出版社 ， [ 1 4 ]G o n g Z h a o - x i o n g ． T e m p e r a t u r e c o n t r o l a n d a n t i - c r a c k i n g o f h y d r a u l i c c o n c r e t e[ M】 ． B e ij i n g ： C h i n a Wa t e r C o n s e r v a n c y a n d E l e c t r i c P o w e r Pr e s s ， 1 9 9 8 ． 【 l 5 】 任辉启 ． A n s y s 7 ．0工程分析实例详解 [ M ] ． 北京 ： 人民邮电出版社 ， 2 0 0 3 ： 1 - 5 0 ． 【 1 6 ] R e n H u i - q i ． D e t a i l e d e x a m p l e s o f e n g i n e e r i n g a n a l y s i s o f An s y s 7 ． 0[ M] ． B e r i n g ： P o s t s a n d T e l e c o m P r e s s ， 2 0 0 3 ： 1 - 5 0． 【 1 7 ] 王维才， 饶福才， 唐和俊， 等 ． 碱矿渣混凝土干燥收缩性能与预测模 型研究 【 J J ． 建筑技术， 2 0 1 3 ， 4 4 ( 2 ) ： 1 6 1 — 1 6 4 ． 4 9