主墩承台大体积砼温控方案.docx
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主墩承台大体积砼温控方案
77省道延伸线龙湾至洞头疏港公路工程
第7标段(LK0+045~LK3+720.279)
洞头峡跨海特大桥
主墩承台大体积砼温控方案
中交第一公路工程局有限公司
77省道延伸线龙湾至洞头疏港公路工程第7标段项目部
二O一二年十一月
洞头峡跨海特大桥
主墩承台大体积砼温控方案
编制:
复核:
审核:
中交第一公路工程局有限公司
77省道延伸线龙湾至洞头疏港公路工程第7标段项目部
二O一二年十一月
目录
1、编制说明-1-
1.1、编制依据-1-
1.2、编制目的-1-
1.3、适用范围-1-
2、温控指标-1-
3、计算依据和参数-1-
3.1混凝土性能-2-
3.2施工条件-3-
3.3主要降温措施-3-
3.4热工计算-3-
4、温控验算14
4.1计算模型14
4.2结论16
5、温度控制措施17
6、冬季施工温度控制18
6.1浇筑温度控制18
6.2原材料加热与保温18
6.3砼输送中的保温18
6.4减少浇筑过程中的热量损失18
6.5表面保温与养护18
7、温控监测19
7.1温控监测内容19
7.2仪器的选择19
7.3仪器的布点设计19
7.4仪器的埋设与观测20
7.5控制预案21
1、编制说明
1.1、编制依据
(1)《77省道延伸线龙湾至洞头疏港公路工程第7合同两阶段施工图设计》
(2)《公路桥涵施工技术规范》(JTJ/TF50-2011);
(3)新编《桥梁施工工程师手册》人民交通出版社;
(4)《大体积混凝土施工规范》(GB50496-2009)
(5)《混凝土大坝安全监测技术规范》SDJ336-89。
1.2、编制目的
洞头峡跨海特大桥主墩承台为圆角矩形结构尺寸为21.2m×15.4m×5m,一座承台共计砼1641.1m³,为大体积混凝土。
大体积混凝土浇筑后将产生较高的水化热温升,形成不均匀非稳定温度场,产生非均匀的温度变形,温度变形在下部结构和自身的约束之下将产生较大的温度应力,温度应力往往超过混凝土的抗拉强度,导致混凝土开裂。
为防止温度裂缝,保证工程质量,编制本温控方案。
1.3、适用范围
本方案适用于中交一公局77省道延伸线龙湾至洞头疏港公路工程第7合同段洞头峡跨海特大桥主墩承台的施工。
2、温控指标
(1)、夏季混凝土入模温度不高于28℃,冬季混凝土入模温度不低于5℃;
(2)、混凝土浇筑体在入模基础上的温升不大于50℃;
(3)、混凝土浇筑体内的里表温差(不含混凝土收缩时的当量温度)不大于25℃;
(4)、混凝土浇筑体的降温速率不大于2℃/天;
(5)、混凝土浇筑体表面和大气温差不大于20℃。
(6)、混凝土总降温产生的最大温度拉应力不超过C35混凝土抗拉强度设计值1.57Mpa,满足抗裂要求。
3、计算依据和参数
混凝土浇筑后的温度与水泥的水化热温升、混凝土的浇筑温度和浇筑进度、外界气温、表面保护等多种因素有关。
温度计算结果的准确性除了选择恰当的计算方法以外,还有赖于与上述因素有关的基本条件和材质参数的正确选取。
以下温度计算中用到的水泥水化热,混凝土配合比、强度、弹性模量及气温等参数均通过实验及相关规范资料选取。
软件分析计算结果的准确性除了建立与实际相辅的模型外,还有赖于与上述因素有关的基本条件和材质参数的正确选取。
3.1混凝土性能
3.1.1混凝土的配合比组成
(1)水泥
所用水泥的化学成分及水化热指标应满足有关规定,应避免使用早强、水化热较高和C3A含量较高的水泥;要防止水泥细度过小,早期发热过快,不利于温控。
当水泥温度大于60℃时,不允许进入水泥储料罐。
同时应做到先入罐的水泥先用,以保证水泥有足够的降温时间。
水泥选用P·Ⅱ52.5水泥,考虑到水化热的产生不光与水泥种类有关,而且与单位体积水泥用量有关,选用P·Ⅱ52.5水泥可以大大减少单位水泥用量。
(2)粉煤灰
粉煤灰应采用组分均匀和各项性能稳定的Ⅰ级粉煤灰,而且粉煤灰的烧失量应不大于5%,需水量应不大于95%,以降低用水量,其它各项指标应满足规范要求。
(3)矿渣粉
采用S95矿渣粉,烧失量不大于3%,比表面积不小于400m²/kg,三氧化硫含量不大于4%。
(4)化学外加剂
为提高混凝土耐久性和减少用水量,改善混凝土和易性,降低绝热温升,承台混凝土应掺加适量的高性能减水剂。
减水剂的减水率应不小于25%,同时还应检查外加剂的稳定性。
(5)骨料
工程应用的骨料应没有碱活性并具有较低的热胀系数。
粗骨料级配为5~25mm级配。
细骨料为中砂,细度模数为2.6,其它指标应符合有关规范。
(6)混凝土配合比
根据以往的经验和试验数据结果,确定混凝土的配合比见下表:
海工C35混凝土配比单位:
Kg/m3
水泥
粉煤灰
矿渣粉
砂
石
水
减水剂
阻锈剂
铜陵海螺
浙江天达
张家港恒昌
福建
青田
饮用水
特密斯
中国建科院
P·Ⅱ52.5
I级
S95
中砂
5-25mm
饮用水
TMS-YJ-1
CABR-MS601
140
120
140
835
1021
144
4.40
8.0
3.1.2混凝土力学性能
①封底混凝土:
封底混凝土采用C20混凝土,28天强度为f28=31.6MPa;查《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》知弹性模量为Ec=2.55×104MPa;泊松比:
u=0.2;密度:
ρ=2353.5kg/m3;
②承台混凝土:
承台混凝土采用海工C35混凝土,28天强度为f28=50.8MPa;查《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》知弹性模量为Ec=3.15×104MPa;泊松比:
u=0.2;密度:
ρ=2373.2kg/m3;
3.2施工条件
①根据总体工期的总体安排,承台在2013年1月份进行施工,根据气温统计,在1月份的平均温度为10℃。
②混凝土浇筑温度:
按比浇注时的气温T高4℃进行控制,即T+4;
③承台的分区分层:
承台竖向分两层进行施工,分层厚度分别为2m+3m。
④混凝土层间浇筑间歇时间为10天。
3.3主要降温措施
承台施工过程中,主要采用冷却水管进行内部降温。
参考主桥设计图纸,承台冷却管采用导热性好、并有一定强度的黑铁管,公称口径42mm(φ42×3.5mm);冷却水管布置层距为1.25m,1整个承台共埋设4层冷却水管,冷却水管平面间距1.0mm。
3.4热工计算
3.4.1、胶凝材料水化热总量计算
根据《大体积混凝土施工规范》(GB50496-2009),胶凝材料水化热总量
;
式中:
Q—胶凝材料水化热总量,KJ/Kg;
Q0—水泥水化热总量,KJ/Kg;
Q3—水泥3天水化热,此处取210KJ/Kg;
Q7—水泥7天水化热,此处取270KJ/Kg;
K—不同掺量掺合料水化热调整系数(当采用粉煤灰和矿渣粉双掺时k=k1+k2-1),见下表。
根据本工程混凝土配比,此处取0.96。
K取值
掺量
0
10%
20%
30%
40%
粉煤灰k1
1
0.96
0.95
0.93
0.82
矿渣粉k2
1
1
0.93
0.92
0.84
带入数据得:
3.4.2、混凝土拌合温度计算
式中:
T0—混凝土拌合温度,℃;
M—各种材料的质量,Kg;
Ti—各种材料的初始温度,℃;
C—各种材料的比热,KJ/(kg·℃);
主墩承台施工时间为2013年1月,根据温州地区历年气象情况,施工期间平均气温为10℃左右。
具体数据见下表:
混凝土拌合温度计算表
材料名称
重量(Kg)
比热[KJ(Kg·K)]
M×C(Kg/℃)
材料温度Ti(℃)
Ti×M×C
水泥
140
0.84
117.6
50
5880.0
砂子
835
0.84
701.4
10
7014.0
碎石
1021
0.84
857.6
10
8576.4
水
71.62
4.2
300.8
10
3008.0
砂中含水5%
41.75
4.2
175.4
10
1753.5
碎石含水3%
30.63
4.2
128.6
10
1286.5
粉煤灰
120
0.84
100.8
10
1008.0
合计
2382.2
28526.4
带入数据得:
℃。
3.4.3、混凝土浇筑温度计算
根据施工经验,混凝土浇筑温度按照以下公式计算:
式中:
Tp—混凝土浇筑温度,℃;
T0—混凝土拌合温度,℃;
Tq—大气环境温度,℃;
θ1—混凝土装卸和运转两次,每次0.032,共0.064;
θ2—混凝土运输时长,每分钟0.0042,根据实际情况运输时长20分钟,共0.084;
θ3—混凝土浇筑振捣过程,每分钟0.003,此处取1h(每层浇筑时间)共0.18;
带入公式得:
℃
3.4.4、混凝土内外温差计算
(1)、混凝土绝热温升
式中:
T(t)—龄期t时,混凝土绝热温升值,℃;
Q—胶凝材料水化热总量,KJ/Kg;
W—每m3混凝土胶凝材料总量;
C—混凝土比热,此处取0.96KJ/(kg·℃);
ρ—混凝土重力密度,此处取2400Kg/m3;
m—与水泥品种比表面、振捣时温度有管的系数,可根据下表取得(建筑施工计算手册),根据实际情况,此处取0.318。
带入数值得:
(2)、混凝土内部温度
式中:
Tmax—龄期t混凝土浇筑体内最高温度,℃;
Tp—混凝土浇筑温度,此处为11.2℃;
Tt—龄期t(d)时,混凝土绝热温升,℃;
ζ—混凝土降温系数(根据浇筑厚度及实际经验取值)
(3)、混凝土表面温度
式中:
Tb(t)—龄期t时混凝土表面温度Tq—龄期t时大气的平均温度
H—混凝土计算厚度H=h+2h,h,—混凝土虚厚
h—混凝土实际厚度(m)K—计算折减系数,取0.666
β—模板及保温层传热系数
λ—混凝土导热系数,取2.33W/mk;
δi—保温材料厚度,钢模板厚度6mm;
λi—保温材料导热系数,钢模板取58W/m·K;
ΔT(t)—混凝土内部温度与大气温度的差值
βa—空气层传热系数可取23W/m2K
Tmax—龄期t时混凝土内部最大温度
带入数据计算:
H=h+2h,=5.14m
将相关数据带入以上各公式,用excel表格进行温差计算,得出结果见下表:
混凝土温差计算表
混凝土龄期t
绝热温升T(t)
降温系数ζ
混凝土内部最高温度Tmax
混凝土表面温度Tb(t)
混凝土内外温差℃
混凝土表面与大气温差℃
1
15.9
0.75
23.9
10.7
13.2
0.7
2
27.5
0.75
32.6
11.2
21.4
1.2
3
36.0
0.74
38.6
11.5
27.1
1.5
4
42.1
0.74
43.2
11.7
31.5
1.7
5
46.6
0.73
46.0
11.9
34.1
1.9
6
49.8
0.73
48.4
12.0
36.4
2.0
7
52.2
0.73
50.1
12.1
38.0
2.1
8
53.9
0.72
50.8
12.1
38.7
2.1
9
55.2
0.72
51.7
12.2
39.5
2.2
10
56.1
0.70
51.3
12.1
39.2
2.1
11
56.7
0.68
50.6
12.1
38.5
2.1
12
57.2
0.65
49.2
12.0
37.2
2.0
13
57.6
0.61
47.1
11.9
35.2
1.9
14
57.8
0.57
44.9
11.8
33.1
1.8
15
58.0
0.55
43.9
11.8
32.1
1.8
16
58.1
0.52
42.2
11.7
30.5
1.7
17
58.2
0.49
40.5
11.6
28.9
1.6
18
58.3
0.46
38.8
11.5
27.3
1.5
19
58.4
0.43
37.1
11.4
25.7
1.4
20
58.4
0.40
35.4
11.3
24.1
1.3
21
58.4
0.37
33.6
11.2
22.4
1.2
22
58.4
0.35
32.4
11.2
21.2
1.2
23
58.5
0.33
31.3
11.1
20.2
1.1
24
58.5
0.30
29.6
11.0
18.6
1.0
25
58.5
0.28
28.4
11.0
17.4
1.0
26
58.5
0.26
27.2
10.9
16.3
0.9
27
58.5
0.25
26.6
10.9
15.7
0.9
28
58.5
0.25
26.6
10.9
15.7
0.9
29
58.5
0.24
26.0
10.8
15.2
0.8
30
58.5
0.24
26.0
10.8
15.2
0.8
3.4.5、温度收缩应力计算
(1)、混凝土收缩当量温度
①混凝土收缩变形值按照以下公式计算:
式中:
εy(t)—非标准状态下混凝土任意龄期收缩变形值;
—标准状态下最终收缩值(即极限收缩值),取3.24×10-4;
b—经验系数,取0.01;
M—各种非标准条件修正系数,具体见下表。
混凝土收缩变形不同条件影响修正系数表
注:
表中分子为自然状态下硬化,分母为加热状态下硬化;w为环境相对湿度;γ为构件周长与截面积之比;Ea为钢筋弹性模量;Eb为混凝土弹性模量;Aa为钢筋截面面积;Ab为混凝土截面面积。
根据本标段实际情况此处取M1=1.0;M2=1.35;M3=1.0;M4=0.94;M5=0.93;M6=0.93;M7=1.0;M8=1;M9=1.1;M10=0.9。
M=M1×M2×···Mn=1.09
②混凝土收缩当量温度按照以下公式计算:
式中:
Ty(t)—任意龄期混凝土收缩当量温度,℃;
εy(t)—各龄期混凝土收缩相对变形值;
α—混凝土线膨胀系数,取1.0×10-5。
将相关数据带入以上各公式,用excel表格进行计算,得出结果见下表:
混凝土收缩当量温差计算表
混凝土龄期t
修正系数M
1-e-0.01t
混凝土收缩变形εy(t)
线膨胀系数α
收缩当量温度Ty(t)
1
1.09
0.01
3.53E-06
1.00E-05
0.35
2
1.09
0.02
7.06E-06
1.00E-05
0.71
3
1.09
0.03
1.06E-05
1.00E-05
1.06
4
1.09
0.04
1.41E-05
1.00E-05
1.41
5
1.09
0.05
1.77E-05
1.00E-05
1.77
6
1.09
0.06
2.12E-05
1.00E-05
2.12
7
1.09
0.07
2.47E-05
1.00E-05
2.47
8
1.09
0.08
2.83E-05
1.00E-05
2.83
9
1.09
0.09
3.18E-05
1.00E-05
3.18
10
1.09
0.10
3.53E-05
1.00E-05
3.53
11
1.09
0.10
3.53E-05
1.00E-05
3.53
12
1.09
0.11
3.88E-05
1.00E-05
3.88
13
1.09
0.12
4.24E-05
1.00E-05
4.24
14
1.09
0.13
4.59E-05
1.00E-05
4.59
15
1.09
0.14
4.94E-05
1.00E-05
4.94
16
1.09
0.15
5.30E-05
1.00E-05
5.30
17
1.09
0.16
5.65E-05
1.00E-05
5.65
18
1.09
0.16
5.65E-05
1.00E-05
5.65
19
1.09
0.17
6.00E-05
1.00E-05
6.00
20
1.09
0.18
6.36E-05
1.00E-05
6.36
21
1.09
0.19
6.71E-05
1.00E-05
6.71
22
1.09
0.20
7.06E-05
1.00E-05
7.06
23
1.09
0.21
7.42E-05
1.00E-05
7.42
24
1.09
0.21
7.42E-05
1.00E-05
7.42
25
1.09
0.22
7.77E-05
1.00E-05
7.77
26
1.09
0.23
8.12E-05
1.00E-05
8.12
27
1.09
0.24
8.48E-05
1.00E-05
8.48
28
1.09
0.24
8.48E-05
1.00E-05
8.48
29
1.09
0.25
8.83E-05
1.00E-05
8.83
30
1.09
0.26
9.18E-05
1.00E-05
9.18
(2)、混凝土弹性模量
混凝土各龄期弹性模量按照以下公式计算:
式中:
E(t)—龄期t时混凝土弹性模量,Mpa;
E0—混凝土的弹性模量,C35混凝土取3.15×104Mpa;
β—混凝土中掺合料对弹性模量修正系数。
按照以上公式计算得出不同龄期混凝土弹性模量如下表:
混凝土弹性模量计算表
龄期t
βE0
1-e-0.09t
E(t)
龄期t
βE0
1-e-0.09t
E(t)
1
31815
0.09
2863
16
31815
0.76
24179
2
31815
0.16
5090
17
31815
0.78
24816
3
31815
0.24
7636
18
31815
0.8
25452
4
31815
0.3
9545
19
31815
0.82
26088
5
31815
0.36
11453
20
31815
0.83
26406
6
31815
0.42
13362
21
31815
0.85
27043
7
31815
0.47
14953
22
31815
0.86
27361
8
31815
0.51
16226
23
31815
0.87
27679
9
31815
0.56
17816
24
31815
0.88
27997
10
31815
0.59
18771
25
31815
0.89
28315
11
31815
0.63
20043
26
31815
0.9
28634
12
31815
0.66
20998
27
31815
0.91
28952
13
31815
0.69
21952
28
31815
0.92
29270
14
31815
0.72
22907
29
31815
0.93
29588
15
31815
0.74
23543
30
31815
0.93
29588
(3)、混凝土综合温差
各龄期混凝土综合温差按照以下公式计算:
式中:
T(t)—各龄期混凝土综合温差,℃;
Tx(t)—各龄期水化热平均温差,℃;
Tx(t)—各龄期混凝土收缩当量温差,℃;
由前边计算数据带入公式计算如下表:
混凝土综合温差计算表
龄期(天)
混凝土内部实际温度Tmax(℃)
台阶式降温差(℃)
混凝土收缩当量温度Ty(t)(℃)
台阶式收缩当量温差(℃)
综合降温差(℃)
1
13.2
0.35
2
21.4
0.71
3
27.1
1.06
4
31.5
1.41
5
34.1
1.77
6
36.4
2.12
7
38.0
2.47
8
38.7
2.83
9
39.5
3.18
10
39.2
0.3
3.53
0.35
0.65
11
38.5
0.7
3.53
0.00
0.70
12
37.2
1.3
3.88
0.35
1.65
13
35.2
2
4.24
0.35
2.35
14
33.1
2.1
4.59
0.35
2.45
15
32.1
1
4.94
0.35
1.35
16
30.5
1.6
5.30
0.35
1.95
17
28.9
1.6
5.65
0.35
1.95
18
27.3
1.6
5.65
0.00
1.60
19
25.7
1.6
6.00
0.35
1.95
20
24.1
1.6
6.36
0.35
1.95
21
22.4
1.7
6.71
0.35
2.05
22
21.2
1.2
7.06
0.35
1.55
23
20.2
1
7.42
0.35
1.35
24
18.6
1.6
7.42
0.00
1.60
25
17.4
1.2
7.77
0.35
1.5
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