大體積混凝土水化關(guān)熱方案計(jì)算單

1、滬蓉西高速公路第六標(biāo)段漁泉溪大橋、后河大橋及互通區(qū)主線橋三座大橋大體積混凝土水化熱計(jì)算單華中科技大學(xué)土木工程與力學(xué)學(xué)院2005年7月17日一、工程概況滬蓉西高速公路第六標(biāo)段中存在漁泉溪大橋、后河大橋及互通區(qū)主線橋三座大橋，其主橋承臺(tái)尺寸長(zhǎng)、寬、高分別為11.2米、11.2米、4米（漁泉溪大橋），11.5米、11.5米、4米（后河大橋），6.5米、6.5米、2.5米（互通區(qū)主線橋），除互通區(qū)主線橋主墩為十字型實(shí)心墩外，漁泉溪大橋和后河大橋主墩均設(shè)計(jì)為杯型空心薄壁墩，墩身底部為實(shí)心墩，高約2米，混凝土標(biāo)號(hào)為c40，承臺(tái)混凝土標(biāo)號(hào)為c30，施工時(shí)平均氣溫為20。二、大體積混凝土的溫控計(jì)算1、相關(guān)資料

2、（1）配合比及材料橋墩混凝土：c：w：s：g=1：0.41：1.852：2.778：0.008材料：每立方混凝土含華新p.052.5水泥405kg、洞庭湖黃砂750 kg、滬蓉西石料廠5-31.5mm連續(xù)級(jí)配碎石1125 kg、武漢三源fdn-2緩凝效減水劑3.24 kg、拌合水166 kg。承臺(tái)混凝土：c：w：s：g=1：0.44：2.08 ：2.75 ：0.007材料：每立方混凝土含華新p.042.5水泥386kg滬蓉西石料廠801 kg、滬蓉西石料廠4.75-31.5mm連續(xù)級(jí)配碎石1063 kg、武漢三源fdn-2緩凝效減水劑2.7kg、拌合水170 kg。（2）氣象資料橋址區(qū)位于亞熱

3、帶大陸季風(fēng)性氣候地區(qū)，具有四季分明，無(wú)霜區(qū)長(zhǎng)，日照充足，水源充足，濕光同季，雨熱同季的氣候特征。年平均氣溫16.7，極端最高氣溫為40.8，極端最低氣溫為-13.8。（3）混凝土拌和方式采用自動(dòng)配料機(jī)送料，拌和站集中拌和，混凝土泵輸送混凝土至模內(nèi)。2、橋墩混凝土的溫控計(jì)算2.1 混凝土最高水化熱溫度及3d、7d的水化熱絕熱溫度橋墩混凝土：c=405kg/m3；水化熱q=250j/ kg，c=0.96j/ kg，=2450 kg/m3橋墩混凝土最高水化熱絕熱升溫：tmax=cq/ c=(405250)/（0.962450）=43.053d的絕熱溫升t（3）=43.05（1-e-0.3*3）=25

4、.55 t（3）=25.55-0=25.557d的絕熱溫升t（7）=43.05（1-e-0.3*7）=37.79 t（7）=37.79-25.55=12.2415d的絕熱溫升t（15）=43.05（1-e-0.3*15）=42.58 t（15）=42.58-37.79=4.792.2橋墩混凝土各齡期收縮變形值計(jì)算····式中：為標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下的最終收縮變形值；為水泥品種修正系數(shù)；為水泥細(xì)度修正系數(shù)；為骨料修正系數(shù)；為水灰比修正系數(shù)；為水泥漿量修正系數(shù)；為齡期修正系數(shù)；為環(huán)境溫度修正系數(shù)；為水力半徑的倒數(shù)(cm-1),為構(gòu)件截面周長(zhǎng)(l)與截面面積(a)之比:

5、r=l/a；為操作方法有關(guān)的修正系數(shù)；為與配筋率ea、aa、eb、ab有關(guān)的修正系數(shù),其中ea、eb分別為鋼筋和混凝土的彈性模量(mpa),aa、ab分別為鋼筋和混凝土的截面積(mm2)。查表得：=1.10，=1. 0，=1. 0，=1.21，=1.20， =1.09（3d），=1.0（7d），=0.93（15d），=0.7，=1.4，=1.0，=0.895，則有：=1.101.01. 01.211.200.71.41.00.895=1.40110 3d的收縮變形值=3.2410-4=0.14610-420 7d的收縮變形值=3.2410-4=0.30710-430 15d的收縮變形值=3.2

6、410-4=0.58810-42.3橋墩混凝土各齡期收縮變形換算成當(dāng)量溫差10 3d齡期20 7d齡期30 15d齡期2.4橋墩混凝土各齡期內(nèi)外溫差計(jì)算假設(shè)入模溫度：t0=30，t10 3d齡期= t0+2/3t(t)+ty(t)-t=30+2/325.55-1.46-25=20.5720 7d齡期= t0+2/3t(t)+ty(t)-t=30+2/337.79-3.07-25=27.1230 15d齡期= t0+2/3t(t)+ty(t)-t=30+2/342.58-5.88-25=27.513、承臺(tái)混凝土的溫控計(jì)算3.1 混凝土最高水化熱溫度及3d、7d的水化熱絕熱溫度承臺(tái)混凝土：c=38

7、6kg/m3；水化熱q=250j/ kg，c=0.96j/ kg，=2423 kg/m3承臺(tái)混凝土最高水化熱絕熱升溫：tmax=cq/ c=(386250)/（0.962423）=41.493d的絕熱溫升t（3）=41.49（1-e-0.3*3）=24.62 t（3）=24.62-0=24.627d的絕熱溫升t（7）=41.49（1-e-0.3*7）=36.42 t（7）=36.42-24.62=11.815d的絕熱溫升t（15）=41.49（1-e-0.3*15）=41.04 t（15）=41.04-36.42=4.623.2承臺(tái)混凝土各齡期收縮變形值計(jì)算···

8、·式中：為標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下的最終收縮變形值；為水泥品種修正系數(shù)；為水泥細(xì)度修正系數(shù)；為骨料修正系數(shù)；為水灰比修正系數(shù)；為水泥漿量修正系數(shù)；為齡期修正系數(shù)；為環(huán)境溫度修正系數(shù)；為水力半徑的倒數(shù)(cm-1),為構(gòu)件截面周長(zhǎng)(l)與截面面積(a)之比:r=l/a；為操作方法有關(guān)的修正系數(shù)；為與配筋率ea、aa、eb、ab有關(guān)的修正系數(shù),其中ea、eb分別為鋼筋和混凝土的彈性模量(mpa),aa、ab分別為鋼筋和混凝土的截面積(mm2)。查表得：=1.10，=1. 0，=1. 0，=1.21，=1.20， =1.09（3d），=1.0（7d），=0.93（15d），=0.7，=1.4，=1.0，=

9、0.895，則有：=1.101.01. 01.211.200.71.41.00.895=1.40110 3d的收縮變形值=3.2410-4=0.14610-420 7d的收縮變形值=3.2410-4=0.30710-430 15d的收縮變形值=3.2410-4=0.58810-43.3承臺(tái)混凝土各齡期收縮變形換算成當(dāng)量溫差10 3d齡期20 7d齡期30 15d齡期3.4承臺(tái)混凝土各齡期內(nèi)外溫差計(jì)算假設(shè)入模溫度：t0=30，t10 3d齡期= t0+2/3t(t)+ty(t)-t=30+2/324.62-1.46-25=19.9520 7d齡期= t0+2/3t(t)+ty(t)-t=30+2

10、/336.42-3.07-25=26.2130 15d齡期= t0+2/3t(t)+ty(t)-t=30+2/341.04-5.88-25=26.48由以上計(jì)算可知，橋墩混凝土內(nèi)外溫差最大為27.51，承臺(tái)混凝土內(nèi)外溫差最大為26.48，略大于我國(guó)混凝土結(jié)構(gòu)工程施工及驗(yàn)收規(guī)范（gb50204-92）中關(guān)于大體積混凝土溫度內(nèi)外溫差為25的規(guī)定。若需降低混凝土的內(nèi)外溫差，在混凝土中埋設(shè)冷卻管是一種行之有效的方法。4、冷卻管的布置及混凝土的降溫計(jì)算4.1橋墩混凝土（1）水的特性參數(shù)：水的比熱：c水=4.2103j/ kg；水的密度 水=1.0103 kg/m3；冷卻管的直徑：d=3cm（2）墩身根部

11、節(jié)段混凝土冷卻管的布置形式漁泉溪大橋墩身實(shí)心段混凝土埋設(shè)2層冷卻管，后河大橋墩身實(shí)心段混凝土埋設(shè)3層冷卻管，互通區(qū)主線橋十字形主墩首節(jié)段埋設(shè)4層冷卻管，上下左右冷卻管相臨間距為1.2米。(3)各橋主橋首節(jié)段墩身混凝土體積（除去冷卻管后）漁泉溪大橋墩身混凝土：體積v=25.52-3.14(0.03/2)22(25+1.21+0.8)=22-0.02=21.98 m3后河大橋墩身混凝土：體積v=26.53-3.14(0.03/2)23(26+1.21+0.8)=39-0.03=38.97 m3互通區(qū)主線橋墩身混凝土：體積v=5（22.6+20.81.6）-3.14(0.03/2)24(23+1.2

12、1+1.4)=38.8-0.02=38.78m3（4）各橋墩身混凝土由于冷卻管作用的降溫計(jì)算式中： 冷卻管中水的流速冷卻管通水時(shí)間水的密度進(jìn)出水口處的溫差水的比熱混凝土的體積混凝土的密度混凝土的比熱10 3d齡期冷卻管通水時(shí)間：持續(xù)通水（按t=1d計(jì)算），出水管和進(jìn)水管的溫差：=3漁泉溪大橋墩身混凝土：后河大橋墩身混凝土：互通區(qū)主線橋墩身混凝土：20 7d齡期冷卻管通水時(shí)間：持續(xù)通水（按t=1.5d 計(jì)算），出水管和進(jìn)水管的溫差：=3漁泉溪大橋墩身混凝土：后河大橋墩身混凝土：互通區(qū)主線橋墩身混凝土：（5）、預(yù)埋冷卻管后各齡期墩身混凝土內(nèi)外溫差值：漁泉溪大橋墩身混凝土：10 3d齡期20.57-

13、5.85/2=17.65 （安全系數(shù)為2.0）20 7d齡期27.12-8.78/2=22.73 （安全系數(shù)為2.0）后河大橋墩身混凝土：10 3d齡期20.57-3.3/2=18.92 （安全系數(shù)為2.0）20 7d齡期27.12-4.95/2=24.65 （安全系數(shù)為2.0）互通區(qū)主線橋墩身混凝土：10 3d齡期20.57-3.32/2=18.91 （安全系數(shù)為2.0）20 7d齡期27.12-4.98/2=24.63 （安全系數(shù)為2.0）4.2 承臺(tái)混凝土1）水的特性參數(shù)：水的比熱：c水=4.2103j/ kg；水的密度 水=1.0103 kg/m3；冷卻管的直徑：d=3cm（2）承臺(tái)混

14、凝土冷卻管的布置形式承臺(tái)混凝土埋設(shè)3層冷卻管，上下左右冷卻管相臨間距為1.2米(3)各橋主橋承臺(tái)混凝土體積（除去冷卻管后）漁泉溪大橋承臺(tái)混凝土：體積v=11.211.24-3.14(0.03/2)23(910+1.28+1.6)=501.76-0.21=501.55 m3后河大橋承臺(tái)混凝土：體積v=11.511.54-3.14(0.03/2)23(910+1.28+1.9)=529-0.21=528.79 m3互通區(qū)主線橋承臺(tái)混凝土：體積v=6.56.52.5-3.14(0.03/2)2(55+1.24+1.7)=105.625-0.2=105.605m3（4）各橋承臺(tái)混凝土由于冷卻管作用的降

15、溫計(jì)算式中： 冷卻管中水的流速冷卻管通水時(shí)間水的密度進(jìn)出水口處的溫差水的比熱混凝土的體積混凝土的密度混凝土的比熱10 3d齡期冷卻管通水時(shí)間：持續(xù)通水（按t=1d計(jì)算），出水管和進(jìn)水管的溫差：=3漁泉溪大橋承臺(tái)混凝土：后河大橋承臺(tái)混凝土：互通區(qū)主線橋承臺(tái)混凝土：20 7d齡期冷卻管通水時(shí)間：持續(xù)通水（按t=1.5d 計(jì)算），出水管和進(jìn)水管的溫差：=3漁泉溪大橋承臺(tái)混凝土：后河大橋承臺(tái)混凝土：互通區(qū)主線橋承臺(tái)混凝土：（5）、預(yù)埋冷卻管后各齡期承臺(tái)混凝土內(nèi)外溫差值：漁泉溪大橋承臺(tái)混凝土：10 3d齡期19.95-5.19/2=17.36 （安全系數(shù)為2.0）20 7d齡期26.21-7.786/2

16、=22.32 （安全系數(shù)為2.0）后河大橋承臺(tái)混凝土：10 3d齡期19.95-4.92/2=17.49 （安全系數(shù)為2.0）20 7d齡期26.21-7.38/2=22.52 （安全系數(shù)為2.0）互通區(qū)主線橋承臺(tái)混凝土：10 3d齡期19.95-4.925/2=17.48 （安全系數(shù)為2.0）20 7d齡期26.21-7.386/2=22.53 （安全系數(shù)為2.0）三、結(jié)論及建議3.1結(jié)論承臺(tái)和墩身大體積混凝土在澆注過(guò)程中，由于混凝土在結(jié)硬過(guò)程中內(nèi)部產(chǎn)生大量的熱量使其內(nèi)部溫度升高，當(dāng)內(nèi)外溫度相差過(guò)大時(shí)就容易出現(xiàn)溫度裂縫，若需降低混凝土的內(nèi)外溫差，在混凝土中埋設(shè)冷卻管是一種行之有效的方法。計(jì)算表明：混凝土中埋設(shè)冷卻管后內(nèi)外溫差均小于25，滿足混凝土結(jié)構(gòu)工程施工及驗(yàn)收規(guī)范（gb50204-92）中的規(guī)定。3.2建議1、澆注混凝土避免陽(yáng)光直曬，一般選擇在傍晚開始直至第二天十點(diǎn)以前。對(duì)粗骨料進(jìn)行噴水和護(hù)蓋，施工現(xiàn)場(chǎng)設(shè)置遮陽(yáng)設(shè)施，搭設(shè)彩條布棚。 2、承臺(tái)混凝土埋設(shè)3層冷卻管，墩身混凝土分別埋設(shè)2、3、4層冷卻管，上下左右冷卻管相臨間距嚴(yán)格控制在1.2米以內(nèi)，嚴(yán)格觀察入水口和出水口的水溫差，根據(jù)水溫差，及時(shí)調(diào)整泵水速度。水溫差