基于水化热抑制剂的大体积混凝土温控技术

为完善现有大体积混凝土水化温升控制技术,并通过合理应用抑制剂温控措施来降低施工成本,基于水泥水化绝热温升曲线,提出了一种调节绝热温升方程中延迟放热时间的模型,进而控制混凝土掺入不同抑制剂的绝热温升过程。研究结果表明：延迟放热时间为0到3天时,大体积混凝土内部温峰和内表温差呈不断减小的趋势;而在延迟放热时间为5到10天时,由于延迟放热时间的增加,会导致多层浇筑混凝土的热量积蓄;选用延迟放热时间为3天的浇筑混凝土,其温峰与内表温差均能达到温控目标;对于延迟放热时间为1天的浇筑混凝土,若能将入模温度降低1到2℃,也能满足温控要求;本研究所提出的基于水化热抑制剂的混凝土温升调控技术,为大体积混凝土水化热温度场的调控提供了新的思路和方法。     

基于管冷系统的大体积混凝土水化热时变温度效应

为研究大体积混凝土水化反应过程中的时变温度效应,以黄土地区亚洲第二高墩天宁沟特大桥为研究对象,建立主墩承台有限元模型,分析大体积混凝土承台水化热时变温度效应;通过数值模拟优化现场管冷系统,并布置温度传感器实测大体积混凝土承台内表时变温度场,验证所建立模型的准确性;在此基础上,分析混凝土入模温度、导热系数和表面对流系数对大体积混凝土承台内部绝热温升、表面温升和内表温差的影响。研究结果表明:有限元计算所得大体积混凝土承台内部绝热温升与实测结果基本吻合,但其出现时间较实测值滞后约60 h;受环境温度和保温措施的影响,大体积混凝土承台表面实测温度波动较大,内表温差也呈波动状态;混凝土入模温度与大体积混凝土承台内表最高温和内表温差线性相关,较低的混凝土入模温度能迅速降低混凝土最大绝热温升,绝热温升越大,混凝土入模温度对其内表最大温升和内表温差的影响越大;大体积混凝土承台最大绝热温升出现时间与混凝土导热系数对数相关,混凝土导热系数越大,其最大绝热温升越大;绝热温升受混凝土表面对流系数的影响较小,但混凝土结构进入降温阶段后,其表面对流系数越大,内部温度降低速率越快;混凝土表面温升受其表面对流系数的影响较大,混凝土表面对流系数越小,其表面最大温升越大,结构进入降温阶段后,混凝土表面温度降低速率越快。     

大体积混凝土绝热温升表达式的推导与试验分析

由固体热传导理论可知,大体积混凝土绝热温升仅与其中的水泥水化放热规律有关。在化学反应过程中,温度对化学反应速率的影响服从Arrhenius方程。因此,根据水泥恒温水化放热规律和水泥水化放热行为的温度效应,可以预测任意温度条件下任一时刻水化放热总量,进而推导出大体积混凝土绝热温升表达式。试验验证采用10 mm木胶板内衬100 mm聚苯乙烯泡沫板和3 mm胶合板模拟绝热状态。最后得出大体积混凝土绝热温升表达式可以用双曲函数或复合指数函数表达,而因双曲函数形式上要比复合指数函数简单,建议使用双曲函数表达式。     

超高强大体积混凝土的水化温升及温差测试

用超高强混凝土浇注了尺寸为1 m×1 m×1 m的4组大体积构件,所用混凝土最低水胶比为0.16,最高胶凝材料用量达900 kg/m3,矿物掺料最高掺量为50%.分析了所用胶凝材料的水化热,测试了混凝土的水化放热温升及构件内外温差,试验表明:矿物掺合料的加入,显著降低了胶凝材料的水化热.同时,由于混凝土水胶比极低,胶凝材料水化程度较小,文中制备的大体积混凝土水化放热温升最高为52 ℃,混凝土构件的内外温差最高只有23 ℃.保温层增加了大体积混凝土温升的同时,对混凝土的降温速度的控制及降低混凝土内外温差是有利的.在有保温层的条件下,超高强混凝土完全可以用于大体积工程.     

大体积混凝土施工裂缝控制技术

分析研究了大体积混凝土裂缝的成因,提出了优选混凝土原材料、降低水泥水化热、减小混凝土收缩变形;削减温度应力,提高混凝土极限拉伸强度;降低混凝土骨料温度、入模温度、浇筑温度,加强测温工作控制内外温差;掺外加剂和外掺料,主动控制混凝土绝热温升等施工防裂技术措施,结合工程实例探讨了大体积混凝土施工裂缝控制技术。     

混凝土水化放热模型的实验分析和计算

大体积混凝土因早期水化热引起的温度场 会导致开裂, 影响结构安全和正常使用, 其中混凝土热学参数的准确性会直接影响混凝土温度场计算的准确性. 从胶凝材料水化反应机理出发, 基于化学反应动力学原理及不同矿物组成的水泥水化热实验数据, 提出了一种考虑粉煤灰掺入和温度影响的混凝土水化放热模型. 该模型可以准确地反映混凝土水化放热量及温升随龄期的变化, 且与实测值吻合良好.     

高速铁路T构桥墩顶块水化热效应控制和浇筑方案优化

T构桥墩顶块具有混凝土体积大、应力状态复杂等特点,有效控制混凝土浇筑时的水化热效应是保障全桥工程质量的关键。依托渝黔高铁石梁河特大桥主桥墩顶块混凝土施工,采用数值仿真和现场监测的方法,研究一次性浇筑方案的可行性,对比不同措施对混凝土水化热效应的控制效果,提出墩顶块混凝土浇筑优化方案并应用于实桥施工。提出石梁河大桥墩顶块优化浇筑方案。研究结果表明：原定一次性浇筑方案由于混凝土浇筑体积过大、所采取的降温散热措施很少,导致混凝土水化热温度峰值、最大内表温差和名义拉应力均大幅超出规范限值,不具可行性;分层浇筑、埋设冷却水管是缓解混凝土整体水化热效应的关键措施,调整混凝土入模温度是控制水化热温度峰值和内表温差的重要措施;表面热交换系数与混凝土养护覆盖措施密切相关,对混凝土内表温差有显著影响;所提出的石梁河大桥墩顶块优化浇筑方案为分两层浇筑+底板埋设冷却水管+混凝土入模温度调整至15℃+混凝土表面采用6 mm厚钢板+2 cm厚聚乙烯泡沫覆盖,采用该方案进行现场施工,实测混凝土水化热温度峰值为58℃,最大内表温差22.74℃,最大表面名义拉应力为1.76 MPa,均小于规范限值,说明混凝土水化热效应...     

水化热引起的大体积混凝土墙温度分析

根据已提出的考虑混凝土化学反应速度的热传导方程新理论，分析了水化热引起的大体积混凝土墙的温度场，给出了该问题非线性热传导方程的解析迭代公式，研究中，绝热温升采用了基于Arrhenius理论的有效时间的函数，从而导致求解非线性热传导方程，从计算结果得出如下结论：（a)浇筑温度对大体积混凝土墙的最高温升有显著影响，浇筑温度越高，混凝土墙的内外最大温差越大；（b)由于混凝土的导热系数低，墙中心的温度高于其表面温度，这将导致混凝土墙横断面上不同位置在不同时刻具有不同的水化热化学反应速率；（c）水化热化学反应速率随温度升高而加快，从而使混凝土硬化速度加快，初凝和最终凝固时间缩短，因此，在炎热气候条件下宜采用低热水泥。     

钢管混凝土拱桥大型水化温度场试验及数值模拟分析

为了研究钢管混凝土拱肋大体积混凝土水化热问题,避免混凝土内部温度和温度应力剧烈变化导致钢管混凝土脱黏和混凝土开裂的发生.以川藏线重点工程,藏木特大桥为背景,在桥址进行了与实桥同管径的大尺寸试验拱段长期连续温度场监测试验,对核心混凝土水化放热规律、水化放热模型、水化热温度效应及核心混凝土水化放热影响因素进行研究.结果表明...     

悬索桥锚碇大体积混凝土温度控制与施工

黄埔大桥南锚锭底板C30混凝土方量近16847m2，在取消设置冷却水管通水冷却情况下，通过选择级配优良的碎石、砂、外加剂，掺入矿粉和粉煤灰优化混凝土配合比，控制混凝土的浇筑过程和保温养护，减小水泥用量，降低混凝土的水化温升峰值，提高了混凝土和易性和耐久性．现场实时温度监测表明：锚锭底板未出现温度裂缝，底板最高温度峰值为58．0℃，内表最大温差24．3℃小于规范值25℃，满足工程设计要求．     

浅谈大体积混凝土温度裂缝控制措施

大体积混凝土施工的技术关键是降低胶凝材料的水化热,以降低混凝土的绝热升温,减少混凝土内外温差,控制温度应力,从而达到控制混凝土开裂的目的。以无锡市红星桥工程为例,从混凝土材料优选、施工及布设冷却管等方面入手,对有效地控制混凝土内外温差进行了分析,详细介绍了冷却管在大体积混凝土施工中的要点。     

早龄期混凝土结构开裂风险分析

为了分析混凝土在早龄期时的开裂风险，采用有限元方法计算混凝土结构早龄期时的内应力发展．通过建立混凝土材料的水化放热模型，引入Arrhenius公式来表征混凝土放热速率受温度的影响．在分析中采用考虑等效龄期的混凝土弹性模量和抗拉强度CEB—FIP1990计算公式和Bazant的双幂函数徐变模型，同时考虑混凝土早龄期的自生收缩．结果表明：引入Arrhenius公式的混凝土水化放热模型可以用于计算混凝土结构早龄期时的温度场，混凝土的水化放热和自生收缩引起的内应力可以引起混凝土长墙的早期开裂．早龄期时混凝土结构内应力的计算为优化混凝土材料的组成提供了依据，尽可能减少混凝土结构的开裂．     

混凝土绝热温升和热传导方程的新理论

对不同养护温度条件下的混凝土绝热温升进行了研究，并采用化学反应速率来描述时间和温度对混凝土绝热温升的影响，探讨了化学反应速率与养护温度之间的关系。根据混凝土不同养护温度（4．4℃，23．3℃和40．0℃）时绝热温升试验结果的分析，得出如下结论：（a）混凝土绝热温升可以用三参数双曲线函数描述；（b）化学反应速率是混凝土养护温度的非线性函数；（c）只有对混凝土样本化学反应速率作进一步研究，才能正确计算混凝土结构的温度场和应力场。     

浇筑温度对大体积混凝土温度应力的影响

从大体积混凝土的温度应力对结构开裂的影响出发,分析了混凝土的浇筑温度对其施工期温度应力的影响。根据大体积混凝土在施工期裂缝发生的机理与其施工期的温度应力性能,利用数值分析方法,研究了大体积混凝土在浇筑温度变化时,大体积混凝土的温度应力对结构开裂的影响。结果表明:当大体积混凝土的浇筑温度升高时,水泥的水化速度加快,混凝土内部最高温度出现的时间提前;结构的第一主应力呈线性增大,其值为浇筑温度每提高1℃,结构的第一主应力增大2.47%;大体积混凝土的降温差和内外温差随着浇筑温度的提高而增加,且最大降温差和最大内外温差也随着浇筑温度的增大使其发生的时间有所提前。     

大体积承台混凝土水化热分析及温控措施

由于水泥的水化热作用,大体积混凝土浇筑过程中将产生大量的水化热.混凝土浇筑初期,外部混凝土收缩受到内部混凝土约束产生拉应力,当其超过材料的抗拉强度时产生裂缝.文章首先介绍混凝土水化热产生的机理和水化热发生的过程,然后通过工程实例详细介绍了大体积混凝土浇筑过程中的水化热影响及如何降低混凝土内部的绝热温升,施工时应采取温控防裂措施,减小混凝土的水化热和内外温差.     

大体积混凝土基础养护期温度场数值模拟

利用有限元对宣钢1260 m3大体积混凝土基础养护阶段温度场进行了数值模拟,证实大体积混凝土在养护过程中的裂纹主要是由于温差产生,特别是在阴角处,温度变化非常复杂,可能出现较深裂纹.同时利用数值模拟技术可以对混凝土施工中裂纹控制提供理论指导.     

大体积混凝土基础养护期温度场数值模拟

利用有限元对宣钢1260m3大体积混凝土基础养护阶段温度场进行了数值模拟,证实大体积混凝土在养护过程中的裂纹主要是由于温差产生,特别是在阴角处,温度变化非常复杂,可能出现较深裂纹。同时利用数值模拟技术可以对混凝土施工中裂纹控制提供理论指导。     

氧化镁微膨胀混凝土性能研究

研究了氧化镁水泥混凝土的物理、力学、变形等性能．结果表明：在混凝土中掺入氧化镁使其自生体积膨胀，其膨胀具有延迟性的特点；混凝土的抗压强度随氧化镁掺量的增加而降低；混凝土的自生体积变形随氧化镁掺量的增加而增大；养护温度越高，自生体积变形越大；氧化镁掺量对混凝土的干缩变形及绝热温升没有明显影响．     

水化热引起的大体积混凝土墙应力与开裂分析

应用基于Arrhenius理论的混凝土绝热温升和徐变模型，考虑温度对早期混凝土水化热化学反应速率和徐变特性的影响，研究了大体积混凝土墙的温度应力和温度开裂问题，并提出了求解非线性微分方程的半解析法。研究中采用Bazant教授提出的裂缝带模型计算温度裂缝，采用半解析迭代法逐步加载计算温度、应力和裂缝的产生与扩展。研究结果表明，浇筑温度极大地影响材料的热学力学性质和结构的温升、温度应力和开裂。研究还揭示了不同养护地温度、应力和开裂的影响。     

异形大体积混凝土水化热研究及仿真分析

为了研究异形大体积混凝土在施工过程中的温度及应力变化规律,同时验证防止异形混凝土结构开裂的设计合理性。以龙游县景观云桥某异形大体积混凝土桥墩为工程背景,通过是否考虑冷却管对结构水化热的影响,利用大型有限元软件分别建立有限元模型进行仿真分析,研究结构内部温度沿厚度方向的时变规律,并对有无冷却管的结构温度场及应力场进行对比分析。结果表明:在浇筑过程中,结构中心部位温度先升后降,且伴随混凝土龄期的发展,混凝土内部高温区域逐渐缩小,且由起始浇筑中心位置逐渐沿厚度方向向下移动。结构早期应力由内外温差引起,且集中于外表面。异形桥墩内部温度场与常规形状桥墩分布变化规律基本相同,并且内部温度略低于后者。通过布置冷却管,能有效降低结构水化热,减小温度应力,有效控制表面温度裂缝的产生。