论温控对大型渡槽混凝土强度的影响
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摘要：南水北调中线工程某渡槽设计流量为235m3/s，加大流量为265m3/s，为水工Ⅰ级大型渡槽，采用三向预应力技术施工，对混凝土强度要求较高，因此在施工中加强对槽身温度的控制是一项重要工作。施工中主要从原材、水温、槽身防护、槽身内部冷却水管、混凝土后期养护等方面对浇筑前期，浇筑过程的中期，浇筑完成的后期进行施工监控，达到提高槽身混凝土的抗裂目的。
关键字：温控防裂;水化热;冷却水;热工计算
Abstract: the south-to-north water transfer project is an aqueduct design flow for 235 m3 / s, increase the flow for 265 m3 / s, hydraulic Ⅰ level for large aqueduct, the use of three prestressed technique to construction, strength of concrete the demand is higher, so in construction, strengthen the body temperature control of groove is an important work. Construction of main from raw material, water temperature, tank body protection, tank body internal cooling pipes, concrete later the maintenance of casting, the middle of the construction process and casting of the late completed construction supervision, to enhance the slot of concrete crack and purpose.
Keyword: control in the anchorage;hydration heat; Cooling water;thermal calculation
中图分类号：TU37文献标识码：A 文章编号：
1工程概括
渡槽槽身纵向为4跨简支梁结构，槽身为预应力混凝土结构，单跨长30m。槽身横断面为3槽一联矩形槽，净宽7m×3槽，渡槽总宽25.5m。槽身纵梁总高8.6m，边、中纵梁在支座部位加高至9.1m。底板下设横梁，断面为0.7×0.45m，间距2.5m。墙顶每2.5m设0.5×0.3m(高×宽)拉杆。
2 槽身温控系统的建立
根据工程结构的对称性，建模时取一半结构参与计算。针对槽身可能出现的裂缝深入分析，根据槽身可能出现裂缝的部位提出有效的防裂措施，减少槽身出现裂缝的机率。在模拟条件下进行计算时，并充分考虑水化反应对混凝土绝热温升、导热系数等对槽身整体抗裂性能的影响。
图2.1 槽身模型图
3 槽身温控模型的仿真计算
3.1渡槽气温资料
渡槽所在地区属暖温带大陆性季风气候区，四季分明。春季蒸发量大，降雨稀少；夏季炎热，降雨量集中；秋季晴朗气爽，降雨稀少；冬季寒冷少雨雪，多北风。渠段沿线多年平均气温13.1℃，月平均最高气温32.2℃，出现在6月，月平均最低气温-7.2℃，出现在1月。极端最低气温-21.2℃，多出现在1月份，极端最高气温41.4℃，出现在6月份。其段内多年各月平均气象资料见表3.1-1：
表3.1-1当地多年月平均气温及风速
3.2渡槽温控模型的建立
根据已知的温度准确分析出温度应力的分布、大小是一项比较复杂的工作，因此依靠模型试验或数值进行计算。渡槽温控模型主要是指对槽身的纵梁、横隔梁、立墙安装冷却水管，从而在整跨槽身构建出1个冷却循环系统，使刚浇筑完成后槽身混凝土内部温度的控制具有可操作性。在混凝土施工前，在槽身钢筋上按一定间距埋设数字式温度探头，对测点温度进行动态跟踪观测。根据观测温度的变化，并结合槽身内部温度变化的趋势图及时调整冷却水管内水的温度，使槽身混凝土在强度上升的过程当中保证内外温差的变化处于可控范围，保证混凝土浇筑的整体强度，减少裂缝出现的机率。冷却水管在槽身内部布置见以下图示：
图3.2-1水管、测点布置图纵剖
图3.2-2水管、测点布置图横剖面
图3.2-3次梁水管、测点分布图 图3.2-4冷却水管网格图
3.3模型仿真计算的原理：
利用渡槽槽身混凝土参数、初始条件和边界条件对渡槽槽身混凝土进行温度有限元分析。
（1）针对一年当中几个施工月份的温度情况，在每个月假定一种工况，按照采取保温措施及未采取保温措施两种情况，分别对两种工况进行设定；
（2）对两种工况设定的情况，分别进行分析，得出温度历时变化曲线及应力历时变化曲线，按历时时间进行对比分析；
（3）最后通过分析，提出防止槽身出现裂缝的预案，并通过得到的技术参数指导实际施工。
3.4温度应力计算结论：
（1）混凝土浇筑后第2天水化热温升值最大，混凝土内部温度最高，次后降低，10天左右基本稳定。前3天混凝土内外温差超过24℃，混凝土须蓄热保温。
（2）槽身最高温度64℃发生在纵梁，墙体最高温度57℃。均发生在浇筑第2天，内外温差受环境影响较大。无论混凝土那个部位都须进行混凝土蓄热保温，一是控制温差，其次延缓温度的递降速度。
（3）槽身间歇期为5d时温度场分布理想，比间歇期为27d时施工温度降低6.067℃，间歇面温度缩小了2.503℃。
（4）浇筑温度每降低一度，内外温差降低0.7℃。尽管这样，温差仍然很高。因此必须加强养护措施，特别是第二天水化热温升高峰的蓄热保温。
4 原材料温度控制对渡槽浇筑混凝土的影响
根据该地区9月中旬的气温情况，平均温度为20～23℃，考虑槽身混凝土浇筑时间控制在17：:00～次日08:00，并考虑一定的偏差，热工计算按照25℃环境温度进行计算，混凝土入仓温度保证不大于26℃。
以渡槽槽身底板（一期混凝土）进行热工计算，浇注方量为658m3，20h浇注完成。混凝土配合比选用C50W8F200：水：水泥：粉煤灰：砂：石=149：409：72：637：1183，砂含水率为3.5%，采用遮阳棚，堆高大于5m，温度按照23℃计算；碎石含水率为0.2%，采用遮阳棚，堆高大于5m，温度22℃；水泥温度45℃；粉煤灰温度41℃；拌合用水采用深井水加冰块，水温最低可降至10℃，考虑冷水池受环境温度影响，水温按照12℃计算。
根据混凝土热工计算在设定温度状态的情况下混凝土的浇筑温度，保证混凝土浇筑前期的温度具有可控性。
4.1混凝土拌合物温度计算
To=[0.92*(mce*Tce+msa*Tsa+mg*Tg)+4.2*Tw(mw-wsa*msa-wg*mg)+C1*(wsa*msa*Tsa+wg*mg*Tg)-C2*(wsa*msa+wg*mg)]÷[4.2*mw+0.9*(mce+msa+mg)]