C~C大體積混凝土溫度控制方案報(bào)告篇

港珠澳大橋大體積混凝土配合比設(shè)計(jì)與有限元分析丁慶軍陶瑞瑞鵬陳汝發(fā)發(fā)劉洪勝勝摘要：對(duì)港珠澳澳大橋墩身和和承臺(tái)進(jìn)行配配合比優(yōu)化設(shè)設(shè)計(jì)，配制出出抗裂、抗?jié)B滲、抗凍和抗抗硫酸鹽侵蝕蝕性能良好的的混凝土；對(duì)對(duì)大體積混凝凝土進(jìn)行有限限元分析，對(duì)對(duì)比分析預(yù)埋埋冷卻水管和和取消冷卻水水管兩種施工工方法下的混混凝土溫度和和溫度應(yīng)力，結(jié)結(jié)果表明：預(yù)預(yù)埋冷卻水管管時(shí)大體積混混凝土的溫度度應(yīng)力小于同同齡期下的劈劈裂抗拉強(qiáng)度度，證明了混混凝土具有較較高的安全性性能。關(guān)鍵詞：大體積積混凝土；配配合比設(shè)計(jì)；；溫度應(yīng)力TitleAbstracct：Keyworrds：1工程概況港珠澳大橋承臺(tái)臺(tái)為六邊形，邊邊緣順橋向?qū)拰挒?2.22米，中心順順橋向?qū)挒?12米，橫橋橋向16米，高高5米，采用用C45混凝凝土。墩身下下節(jié)與承臺(tái)一一起預(yù)制，墩墩身橫橋向壁壁厚1.2米米，順橋向壁壁厚0.8米米，采用C550混凝土，橫橫橋向斷面尺尺寸與實(shí)體尺尺寸均超過(guò)11m，混凝土土一次澆注量量大，屬于典典型的海工大大體積混凝土土。由于混凝凝土的水化熱熱作用，混凝凝土澆筑后將將經(jīng)歷升溫期期、降溫期和和穩(wěn)定期三個(gè)個(gè)階段，在這這個(gè)過(guò)程中混混凝土的體積積在溫度變化化影響下亦隨隨之伸縮，混混凝土體積變變化受到約束束就會(huì)產(chǎn)生溫溫度應(yīng)力，如如果該應(yīng)力超超過(guò)混凝土的的抗裂能力將將導(dǎo)致混凝土土開裂；因此此為了避免混混凝土出現(xiàn)裂裂縫，提高混混凝土耐久性性，保證工程程質(zhì)量，必須須對(duì)混凝土的的配合比進(jìn)行行優(yōu)化設(shè)計(jì)和和采取溫控養(yǎng)養(yǎng)護(hù)措施。2混凝土配合比比設(shè)計(jì)2.1原材料的的選擇水泥：東莞華潤(rùn)潤(rùn)P.O.42.5水水泥，比表面面積為3777m2/kkg；粉煤灰：廣東沙沙角Ⅱ級(jí)粉煤煤灰，需水量量比為96%%，細(xì)度為88%（篩余）；；礦粉：柳州臺(tái)泥泥S95級(jí)礦礦粉，比表面面積450mm2/kg，流流動(dòng)度比為1100%，77天活性指數(shù)數(shù)為89.11%，28天天活性指數(shù)為為100%；；砂：巴河中砂，細(xì)細(xì)度模數(shù)2..6；石：陽(yáng)新5~220mm連續(xù)續(xù)級(jí)配碎石，壓壓碎值8.99%；減水劑：江蘇博博特聚羧酸系系高效減水劑劑，固含量為為30％，減減水率25%%。水：潔凈的自來(lái)來(lái)水2.2密實(shí)骨骨架堆積法混混凝土配合比比設(shè)計(jì)當(dāng)混凝土中水泥泥用量大時(shí)，其其水化溫升高高，收縮大，易易產(chǎn)生溫度裂裂縫。為此采采用密實(shí)骨架架堆積法進(jìn)行行混凝土配合合比設(shè)計(jì)，從從而達(dá)到了減減少膠凝材料料用量、提高高混凝土耐久久性和體積穩(wěn)穩(wěn)定性的目的的。確定混凝凝土的初步基基準(zhǔn)配合比（表表2-1）。表2-1基準(zhǔn)準(zhǔn)配合比及力力學(xué)性能強(qiáng)度等級(jí)配合比（kg//m3）性能能水水泥粉煤灰砂碎石外加加劑塌塌落度（mmm）7dd288dC45150320140780106055.022104158C50145360120770105055.322204761由表2-1的試試驗(yàn)結(jié)果表明明，采用密實(shí)實(shí)骨架法設(shè)計(jì)計(jì)的單摻粉煤煤灰混凝土的的工作性能和和力學(xué)性能均均滿足設(shè)計(jì)要要求，但為了了降低大體積積混凝土的水水化溫升，減減小內(nèi)外溫差差，需要通過(guò)過(guò)摻加礦粉替替代水泥進(jìn)行行配合比優(yōu)化。1.3配合比優(yōu)優(yōu)化調(diào)整采用礦粉取代部部分水泥，對(duì)對(duì)密實(shí)骨架堆堆積法設(shè)計(jì)的混凝土土配合比進(jìn)行行了優(yōu)化調(diào)整整，得到承臺(tái)臺(tái)大體積C445混凝土配配合比見表22-2所示：：表2-2承臺(tái)臺(tái)C45混凝凝土配合比編號(hào)原材料用量（kkg/m3）塌落度(mm))強(qiáng)度(MPa))水泥粉煤灰礦粉砂碎石外加劑水0h1h7d28d660dA119013014078010605.0614522020039.956.1660.8A221013013078010605.2513421019540.256.8661.6由表2-2可以以看出以上兩兩組混凝土的的工作性能和和力學(xué)性能均均滿足C455混凝土的設(shè)設(shè)計(jì)和施工要要求，但A11水泥用量相相對(duì)較低，溫溫升相對(duì)也低低，因此采用用A1配合比比進(jìn)行施工。表2-3墩身身和帽梁C550混凝土配配合比編號(hào)原材料用量（kkg/m3）塌落度(mm))強(qiáng)度(MPa))水泥粉煤灰礦粉砂碎石外加劑水0h1h7d28dB23013012077010505.2815021019547.659.3由表2-3可以以看出優(yōu)化后后的C50配配合比大大減減少了水泥用用量，工作性性能和力學(xué)性性能都滿足設(shè)設(shè)計(jì)和施工要要求。2.4混凝土長(zhǎng)長(zhǎng)期性能和耐耐久性能2.4.1抗抗裂性能研究究使用笠井芳夫提提出的混凝土土(砂漿)早早期抗裂性測(cè)測(cè)試方法，測(cè)測(cè)得結(jié)果如下下：表2-4混凝凝土早期平板板開裂觀測(cè)結(jié)結(jié)果編號(hào)初裂時(shí)間/h裂縫最大寬度//mm裂縫平均開裂面面積/mm2單位面積裂縫數(shù)數(shù)目/根·mm-2單位面積的總開開裂面積/mmm2評(píng)定等級(jí)A1(C45))6.00.151.55114137.6ⅢB(C50)6.70.141.57102121.8Ⅲ由表2-4中可可以看出所設(shè)設(shè)計(jì)的配合比比的抗裂等級(jí)級(jí)均達(dá)到Ⅲ級(jí)級(jí)。2.4.2抗?jié)B滲性能采用RCM法測(cè)測(cè)定混凝土中中Cl?快速遷移的的擴(kuò)散系數(shù)，定定量評(píng)價(jià)混凝凝土抗Cl??的擴(kuò)散能力力。表2-5Cl??擴(kuò)散系數(shù)試試驗(yàn)結(jié)果配合比編號(hào)Cl?擴(kuò)散系數(shù)數(shù)（×10?12m2/s）28d56dA1（C45）2.81.5B（C50）2.31.0從表中看出，CC45和C550混凝土的的28dCCl?擴(kuò)散系數(shù)為為(2.0--3.5)××10-122m2/s，566dCl??擴(kuò)散系數(shù)為為(1.0--2.0)××10-122m2/s，均達(dá)到到設(shè)計(jì)要求。2.4.3抗凍凍性能本試驗(yàn)參照普通通混凝土抗凍凍性能試驗(yàn)，采采用慢凍法，對(duì)所設(shè)計(jì)的C45和C50混凝土配合比進(jìn)行抗凍試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果見表2-6、2-7。表2-6承臺(tái)臺(tái)C45混凝凝土抗凍試驗(yàn)驗(yàn)結(jié)果檢測(cè)項(xiàng)目200次循環(huán)300次循環(huán)123123標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)強(qiáng)度((MPa)55.856.455.655.155.856.7凍融循環(huán)后強(qiáng)度度(MPa))48.950.549.145.545.447.4強(qiáng)度損失(％))12.410.411.717.418.616.4質(zhì)量損失(％))1.41.51.83.53.13.4抗凍標(biāo)號(hào)F300試件外觀完整、無(wú)脫落碎碎塊完整、無(wú)脫落碎碎塊表2-7墩身身C50混凝凝土抗凍試驗(yàn)驗(yàn)結(jié)果檢測(cè)項(xiàng)目200次循環(huán)300次循環(huán)123123標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)強(qiáng)度((MPa)59.860.160.361.260.561.3凍融循環(huán)后強(qiáng)度度(MPa))55.256.153.951.651.852.1強(qiáng)度損失(％))7.76.710.615.714.415.0質(zhì)量損失(％))1.11.00.82.23.02.7抗凍標(biāo)號(hào)F300試件外觀完整、無(wú)脫落碎碎塊完整、無(wú)脫落碎碎塊由表2-6、22-7可以看看出，試件經(jīng)經(jīng)受200、3300次循環(huán)環(huán)后，其強(qiáng)度度損失率均小小于25％((標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定))，質(zhì)量損失失較小，混凝凝土具有較高高的抗凍融性性能，所設(shè)計(jì)計(jì)的C45和和C50混凝凝土抗凍標(biāo)號(hào)號(hào)均大于F3300。2.4.4抗硫硫酸鹽侵蝕本試驗(yàn)采用《混混凝土長(zhǎng)期性性能和耐久性性能試驗(yàn)方法法(GB/TT500822-20099)》，檢測(cè)測(cè)其抗壓強(qiáng)度度，結(jié)果見表表2-8。表2-8混凝凝土抗硫酸鹽鹽侵蝕試驗(yàn)編號(hào)抗壓強(qiáng)度/MPPa抗蝕等級(jí)對(duì)比件150干濕循環(huán)環(huán)硫酸鹽侵蝕件A1（C45）55.444.6≥KS150B(C50)60.151.8≥KS1503港珠澳大橋大大體積混凝土土有限元分析析承臺(tái)混凝土強(qiáng)度度等級(jí)為C445，墩身部部位混凝土強(qiáng)強(qiáng)度等級(jí)為CC50。澆筑筑工作量大，按按照承臺(tái)、墩墩身的結(jié)構(gòu)尺尺寸，考慮溫溫控及施工需需要，參考設(shè)設(shè)計(jì)圖紙，承承臺(tái)連同2mm高的墩身一一同澆筑。采采用ANASSYS進(jìn)行建建模及大體積積混凝土溫度度計(jì)算，模型型見圖3-1。圖3-1港珠珠澳承臺(tái)及墩墩身有限元分分析模型圖3.1大體積混混凝土溫度計(jì)計(jì)算結(jié)果3.1.1取取消冷卻水管管施工方案圖3-2第3天天水化熱溫度度云圖（單位位：℃）圖33-3第7天天水化熱溫度度云圖（單位位：℃）圖3-4第288天水化熱溫溫度云圖（單單位：℃）預(yù)埋冷卻水管管施工方案圖3-5第3天天水化熱溫度度云圖（單位位：℃）圖33-6第7天天水化熱溫度度云圖（單位位：℃）圖3-7第288天水化熱溫溫度云圖（單單位：℃）通過(guò)溫度分析，大大體積混凝土土結(jié)構(gòu)最高溫溫度、最大溫溫差見表3--1。表3-1大體體積混凝土溫溫度分析結(jié)果果（℃）施工方案最高溫度最大溫差取消冷卻水管73.533.8預(yù)埋冷卻水管68.923.93.2大體積積混凝土應(yīng)力力計(jì)算結(jié)果3.2.1取取消冷卻水管管施工方案圖3-8第3天天溫度應(yīng)力云云圖（單位：：MPa）圖圖3-9第7天天溫度應(yīng)力云云圖（單位：：MPa）圖3-10第228天溫度應(yīng)應(yīng)力云圖（單單位：MPaa）3.2.2預(yù)預(yù)埋冷卻水管管施工方案圖3-11第33天溫度應(yīng)力力云圖（單位位：MPa）圖圖3-12第77天溫度應(yīng)力力云圖（單位位：MPa）圖3-13第228天溫度應(yīng)應(yīng)力云圖（單單位：MPaa）通過(guò)溫度應(yīng)力分分析，大體積積混凝土最大大主應(yīng)力見表表3-2。表3-2大體體積混凝土最最大主應(yīng)力表表（MPa）施工方案第3天第7天第28天預(yù)埋冷卻水管0.831.262.04對(duì)C45和C550混凝土試試塊進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)，各齡齡期的劈裂抗抗拉強(qiáng)度見表表3-3表3-3大體體積混凝土劈劈裂抗拉強(qiáng)度度（MPa）混凝土強(qiáng)度等級(jí)級(jí)齡期(d)3728C451.93.14.6C502.53.95.1由表3-2、33-3可知，承承臺(tái)、帽梁混混凝土各齡期期的抗拉強(qiáng)度度均大于相同同齡期下的最最大主應(yīng)力，具具有較高的安安全系數(shù)。所所以通冷卻水水進(jìn)行溫控，可可避免溫度裂裂縫的產(chǎn)生。4.結(jié)論對(duì)港珠澳大橋大大體積混凝土土配合比進(jìn)行行密實(shí)骨架堆堆積法設(shè)計(jì)，混混凝土的力學(xué)學(xué)性能和工作作性均達(dá)到了了設(shè)計(jì)和施工工要求，墩身身和承臺(tái)混凝凝土的抗裂等等級(jí)均達(dá)到ⅢⅢ級(jí)，抗凍性性能標(biāo)號(hào)均大大于F3000，抗硫酸鹽鹽侵蝕等級(jí)均均≥KS1500，承臺(tái)C445混凝土的的28d和556d的Cll?擴(kuò)散系數(shù)（××10?12m2/s）為2..8和1.55，墩身C550混凝土228d和566d的Cl?擴(kuò)散系數(shù)（××10?12m2/s）為2..3和1.00。對(duì)大體積混凝土土進(jìn)行有限元元分析，采用用ANASYYS建模，對(duì)對(duì)比計(jì)算取消消冷卻水管和和預(yù)埋冷卻水水管兩種施工工方法的混凝凝土溫度和溫溫度應(yīng)力變化化。結(jié)果顯示示，在取消冷冷卻水管的情情況下，由于于一次性澆筑筑方量較大，承承臺(tái)部分最高高溫度達(dá)到772.2℃，內(nèi)內(nèi)外溫差為331.1℃，墩墩身部分最高高溫度達(dá)到773.5℃，內(nèi)內(nèi)外