北京泰斯特工程检测有限公司 北京 102600
摘要：早期混凝土表面开裂是工程中普遍存在的问题，主要是早期混凝土抗拉强度较低，一旦遭遇低温极端天气，极易产生表面裂缝，这在严寒地区大体积混凝土工程中尤为突出。故本文结合实际工程，利用仿真分析软件对不同温控措施下温度场进行模拟，分析研究成熟度发展规律，对拆模时间和强度做出评估，评价冬季施工温控防裂措施。结果表明，通过严格的温控措施，可以提升混凝土温度，加快混凝土成熟度发展，降低开裂风险。
关键词：成熟度；大体积混凝土；仿真分析；温控措施
引言
据研究表明，目前许多混凝土工程仍存在不同程度的裂缝，约有80%混凝土裂缝发生在6~15 d 的龄期内[1]，早期的混凝土表面开裂在工程中很常见。主要原因是早期混凝土抗拉强度低。一旦经受低温极端天气，表面附近的温度梯度将增加，超过早期混凝土承载能力，导致表面裂缝。此类问题在严寒地区大体积混凝土工程中表现尤为突出。加上目前混凝土施工工期普遍紧张，缩短拆模时间和养护时间的情况时有发生，而严寒地区混凝土强度成长相对缓慢，如果拆模时间过早，养护时间不足，必然存在混凝土早期抗力不够的风险[2]。因此，需要运用辅助施工方法，研究确定典型冬季施工方案中的温控措施。成熟度[3]因其与时间、温度的关系，可以准确、直观地预测早期混凝土强度发展趋势，从而作为混凝土拆模时间和强度的计算依据，对确保工程质量、加快设备周转、加快进度有重大意义。
1 工程概况
某碾压混凝土重力坝项目位于青藏高原，这是一个高海拔寒冷地区，受到青藏高原特殊气候影响，表现为高寒半干旱气候，气候湿润且严寒。工程区多年平均气温0.7ºC，最冷月平均气温约-12.2ºC，极端低温在-31.1ºC左右；年降雪期在240天～270天之间，通常冰冻期为每年9月至次年5月。
由于地处严寒地区，且采用低水化热的碾压混凝土，早期温度偏低且发展缓慢，导致早期抗拉强度低，存在开裂风险。故结合当地施工经验，初步拟定混凝土从每年的11月至次年2月停工，但考虑施工进度，不排除冬季连续施工可能。因此，需要研究不同工况下的温控措施，分析其温度及成熟度发展规律，以便为冬季施工提供指导。
2 仿真分析原理
在模拟温度场计算[4]中，不稳定温度场热传导方程见下：
.png)
表1 材料属性表
.png)
4 温控措施方案
目前我国冬季施工方法措施，根据其施工养护原理不同，主要为暖棚法、电加热法、蒸汽法、负温养护法、蓄热法[5]。结合规范[6]，拟定该工程冬季施工采用蓄热法及暖棚法，以2800ºC·h为拆模临界成熟度，具体工况如下：
工况1～4为冬季间歇施工，浇筑温度分别为8 ºC、8 ºC、8 ºC和11 ºC，其中工况1无表面保护，工况2采用临时表面保温（2cm聚氨酯保温被，等效放热系数β取98 kJ/（m2•d• ºC）），工况3和4采用越冬面、侧面加强保温（8cm厚的XPS板，β取98 kJ/（m2•d• ºC））；工况5为冬季连续施工，浇筑温度取8 ºC，并采用8 ºC的暖棚保温和加强保温。
5 计算结果分析
5.1 冬季间歇施工下温控措施研究
5.1.1 不同工况下的温度场分析
通过仿真分析得到工况1～5的温度场，结果显示，工况1在无表面保护措施下，中心最高温度可达17 ºC，但此时表面温度最高仅为8 ºC，最大温差在10 ºC以上，混凝土内外温差偏大；工况2在进行表面临时保护后，表面温度明显提升，可以达到14ºC，内外温差在5 ºC范围内，明显减小；工况3在加强表面保护后，表面温度进一步提升；工况4由于提高了混凝土浇筑温度，整体温度有所提升，更利于强度发展。
可见，提高浇筑温度，加强表面保温措施，可以明显提升混凝土温度，同时减小温度梯度及内外温差，使开裂风险降低。
5.1.2 不同工况下的成熟度和拆模时间分析
利用温度场数据，提取中心点O处截面各点的温度历程曲线，计算得到不同工况下的混凝土成熟度与距表面点距离及时间的关系图，如图1～4所示。
从图中可以看出，工况1由于冬季施工中未进行表面保护，成熟度增长缓慢，无法在早期达到临界成熟度的要求，容易在早期产生裂缝；而工况2进行临时保温后，由于产生了蓄热温升，混凝土成熟度随着龄期的增加呈增长趋势，且增长迅速，在10d左右超过临界成熟度，满足拆模后的抗裂要求；工况3进行加强保温后，表面成熟度较工况2进一步提高，在8d的时候达到临界成熟度，拆模时间加快，强度增长更快；工况4在工况3基础上提升浇筑温度后，导致混凝土养护温度整体提升，表面成熟度增长也相应加快，基本在7d左右就可以满足拆模条件，达到强度要求。
.png)
图1 工况1条件下成熟度发展规律 图2 工况2条件下成熟度发展规律
图3 工况3条件下成熟度发展规律 图4 工况4条件下成熟度发展规律
5.2冬季连续施工下温控措施研究
为了加快施工进度，考虑冬季连续施工。由于冬季最冷月月平均温度低于-10 ºC，建议冬季连续施工在暖棚中进行，棚内温度不得低于5 ºC。本次研究中棚内温度取8ºC，计算结果表明，采用严格温控措施后，混凝土内外温度基本一致，均可以达到19 ºC左右，且根据成熟度发展规律，此时内部和表面的成熟度均发展较快，基本可以在7d就可以达到2800ºC·h的要求。
可见，在冬季连续施工条件下，在棚内养护，表面采取临时保温，侧面进行加强保温后，混凝土温度增长仍然可以较快，成熟度发展也满足要求。
6 结论
针对严寒地区大体积混凝土冬季施工早期开裂问题，通过研究不同温控措施影响下混凝土温度场及成熟度发展规律，得到结论如下：
（1）利用仿真分析手段可以很好地模拟温度场，进而计算、预测混凝土成熟度，反映早期强度增长规律，为工程实际冬季施工提供可靠的理论计算依据。
（2）通过严格的温控措施，可以明显提升混凝土温度，尤其是表面温度，进而提高混凝土成熟度，使混凝土在7d达到临界成熟度的要求，减小早期开裂风险，实现尽快拆模。
（3）对于冬季连续施工，建议通过暖棚法进行温控，以降低冬季开裂风险。
参考文献：
[1]陈彦玉.气温骤降时早龄期混凝土表面保温措施研究[J].水利发电，2010，4
[2]张福亮.混凝土结构早拆模板体系和拆模时间的研究[D].同济大学，2007，8.
[3]李晓芝，朱友勤. 新成熟度在确定混凝土拆模时间中的应用[J].建筑技术开发，2004，31（11）：58-59
[4]朱伯芳. 大体积混凝土温度应力与温度控制[M].北京：中国电力出版社，2003.
[5]金毅勐.严寒地区大体积混凝土低温施工措施综述[J].水利水电科技进展，2013，33（4）：89-93.
[6]中华人民共和国国家标准. 大体积混凝土施工规范（GB50496—2009）[S]. 北京：中国计划出版社，2009
论文作者:李建华
论文发表刊物:《防护工程》2018年第35期
论文发表时间:2019/3/25
标签：混凝土论文; 成熟度论文; 工况论文; 温度论文; 冬季论文; 表面论文; 措施论文; 《防护工程》2018年第35期论文;