炎热气候下大体积混凝土施工全过程控温技术

控制温差、防止贯穿裂缝的出现是大体积混凝土施工的重点和难点。依托杭州西站TOD项目,首先基于试验结果优选出满足C50强度等级的大体积混凝土最佳配合比,从源头上协助解决炎热季节高强度大体积混凝土内部温升过快问题;然后基于有限元模拟和现场实测相结合的手段,开展温度场模拟和实测,确定布设水管冷却系统及通水冷却方案的合理性和有效性,实现对混凝土内部温升的有效控制。研究成果为杭州西站TOD项目C50大体积混凝土底板混凝土的成功浇筑奠定了坚实的理论基础,并为类似的大体积混凝土工程施工提供参考。

大体积混凝土板微振动控制能力的测试与分析

精密大科学设施具有十分严格的微振动控制要求。为研究某大型精密设施内大体积混凝土底板对微振动的控制效果并为类似项目建设提供参考,在该设施建设现场进行了冲击激励、跑车激励和环境激励下的测试。通过对实测速度时程数据的处理,得出测点1~100 Hz内1 s的位移有效值。分析结果表明,在环境激励下,该设施中试验大厅底板表面的微振动水平能够达到控制要求;在冲击激励下,试验大厅底板表面微振动信号主要分布在5~30 Hz的频带内;场地内的车辆开动会对场地的微振动水平产生明显的影响;环境激励下,整个建设场地的微振动水平基本一致。研究结果对该精密大科学装置及类似工程的防微振设计具有重要的理论及参考价值。

公路桥梁大体积混凝土常见裂缝及其控制工艺分析

裂缝病害是公路桥梁大体积混凝土常见病害类型,地表水通过裂缝进入桥梁结构内部,不仅会锈蚀钢筋,还会影响桥梁稳定性和安全性,造成桥梁使用寿命缩短等问题。为降低裂缝风险,保证大体积混凝土施工质量优化,文章结合案例进行探究说明。先简要介绍公路桥梁大体积混凝土常见裂缝及作用机理,然后引入案例归纳可用的控制方法,提出严格把控材料质量、重视配比拌合问题、科学开展施工浇筑、加强施工温控保养等建议,希望能为类似工程提供借鉴。

考虑水化度影响的大体积混凝土温度场分析

为了研究大体积混凝土在水化度影响下的水化热过程,通过试验的方式浇筑了1 m×1 m×1 m的模型,并通过埋设传感器的方式得到了大体积混凝土试块各测点24 d的实测温度。同时利用ABAQUS软件模拟考虑水化度影响与未考虑水化度影响的两种热学模型,并将实测值与模拟值进行对比分析。结果表明,考虑水化度情况下得到的模拟值与实际情况更为接近,而常规方法得到的计算值与实际温度值最大差值为7.1℃,并且到达最高点的时间与实际相比最长延迟0.8 d。在水化度作用影响混凝土水化热模型的基础上,以竖向中心测点为研究对象提出了竖向温差预测方法。并利用响应面法得到了竖向温差与入模温度、环境温度及保温层厚度的关系。结果表明,保温层厚度10 mm、入模温度10℃时的竖向温差最大值要比保温层厚度2 mm、入模温度30℃时降低8.04℃。

大体积混凝土入仓温度控制及水管冷却优化技术研究

基于混合料温度计算公式,计算了预冷各种原材料对混凝土的降温效果,确定了符合目标入仓温度要求的原材料冷却方案。在16℃入仓温度条件下,对大体积混凝土进行了Midas有限元模拟,分析了不同仓层厚度、不同冷却水管布置参数对温度峰值和温度场的影响。原材料降温计算结果显示,预冷骨料降温1℃时混凝土降温0.77℃,耗能1823 kJ,制冷水降温1℃,混凝土降温0.18℃,耗能419 kJ。温度场模拟结果显示,仓层厚度为3.0 m时,混凝土温度峰值最大,不布置冷却水管时为46.4℃,布置单层冷却水管(水管距离1.5 m)时为42.3℃。当冷却水管垂直间距减小至1.0 m时,温度峰值为40.0℃,水平距离减小至1.0 m时温度峰值为41.5℃,水管层数增加后,温度峰值区范围明显减小。结果表明,骨料降温至10℃,制冷水降温至4℃,可在全年实现入仓温度不超过16℃。混凝土内温度峰值随仓层厚度减小略有减小,但整体降幅较小,合理仓层厚度在2.5~3.0 m。减小仓层厚度和布置冷却水管的降温效果是线性叠加的。水管间距、层数对温度峰值影响较小,但可明显影响温度峰值区的范围。最优温控方案为:浇筑仓层厚度3.0 m,设置两层冷却水管,水平间距1.5 m,垂直间距1.0 m。

大体积混凝土出机口温控参数经济性优化研究

对于大体积混凝土出机口温控参数选取,传统方法是按照规范要求和工程经验共同确定,经济性方面考虑不多,存在温控措施不优,工程造价偏高等问题。为了实现大体积混凝土出机口温度达到工程标准的同时有效控制温控生产成本,提出了大体积混凝土出机口温控参数经济性优化模型,以制冷水温度、粗骨料温度和加冰率等出机口温控参数作为优化变量,出机口温控成本最低为优化目标,优化出机口温度温控成本。通过工程实例验证,在满足混凝土出机口温度14℃要求的前提下,可将温控造价降低1.73元/m^(3),相较之前方案经济成本降低了9.4%,说明该方法具有可行性和实用性,可为混凝土出机口温控参数的优化提供重要参考。

地铁车站大体积混凝土裂缝产生原因及解决措施分析

地铁建设近年来流行于各大中城市,地铁车站建设工程大体积混凝土施工比较普遍,在混凝土凝固过程中由于其体积收缩以及各种压力的作用,会造成大量的墙体裂缝;大面积的裂缝会导致建筑渗漏,给地铁车站带来了很大威胁。本文从荷载、位移、温度三个方面分析了地铁车站大体积混凝土结构的开裂成因;根据裂缝的大小、深度、成因等几个角度对裂缝进行了划分;从设计、材料、施工三个角度,对如何防止混凝土开裂进行了探讨。本文研究成果对保障地铁车站大体积混凝土施工质量有一定的参考意义。

流固耦合作用下泵站大体积混凝土结构振动特性分析

在泵站运行过程中,由转轮和导叶之间水体的动静干扰所引起的压力脉动是引起泵站混凝土结构及机组振动的主要原因。现有关于泵站及水电站厂房的研究中,仅以数值参数形式表达脉动,并未真实反映流体与导叶间的相互水力干涉。采用有限元软件ADINA建立泵站混凝土结构、流道和流体的耦合三维模型,特别将机架、轴流泵等金属结构建入模型中,真实反映流体与固定导叶间的相互水力干涉,模拟脉动传递路径。分析了泵站大体积混凝土结构的振动特性,并对泵站运行安全性作出评价分析。研究结果可为工程实践提供参考。

BFRP网格对大体积混凝土早期温度裂缝控制研究

黄茅海跨海通道索塔在早期养护中表面开裂现象严重,索塔是一种典型的大体积混凝土,其早期出现的开裂现象大部分是由较高的温度应力导致的,即温度裂缝。因此,为了对早期温度裂缝进行控制,同时考虑到海洋环境的腐蚀情况,工程采用BFRP网格对索塔表面进行裂缝控制,控裂效果显著,开裂现象被有效缓解。BFRP网格虽然成功应用于大体积混凝土的温度裂缝控制,但是,目前BFRP网格控裂机理尚不清晰。基于此,采用ABAQUS有限元软件模拟BFRP网格对大体积混凝土中的温度裂缝控制过程,其中裂缝是通过扩展有限元(XFEM)实现。模拟结果表明:BFRP网格可以有效控制大体积混凝土温度裂缝面积、体积以及开裂单元数量。随着BFRP网格网孔的减小,温度裂缝面积、体积以及开裂单元数量进一步下降,网孔为5 cm的BFRP网格将裂缝控制为仅有1条。BFRP网格可以有效控制裂缝主要是由于BFRP网格是一种双向受力结构并且具有强节点,在与混凝土黏结之后,发挥了协调混凝土应力发展的作用,有效地均匀化混凝土的应力分布,进而均匀化裂缝发展,最终达到减少裂缝的效果。

大体积混凝土底板微振动控制能力的测试与分析

为测试北京光源这一精密科学设施中大体积混凝土底板的微振动控制能力,通过在建设现场进行短期测试和24 h长期监测的方式对底板微振动水平和微振动控制能力进行了评估。结果表明:在2次短期测试过程中,底板表面微振动位移有效值主要分布在10~50 nm之间,而在24 h监测过程中,底板表面微振动位移有效值主要在分布20 nm以下;大体积混凝土底板对10 Hz以上垂直于地面方向的微振动及5 Hz以上水平向的微振动体现出较好的控制作用;大体积混凝土底板最大能够将垂直地面方向微振动水平降低24%,水平向微振动水平降低34%,底板对水平向微振动控制能力略优于对竖向微振动的控制能力。建立了二维简化有限元模型,讨论了改变混凝土层密度、刚度及厚度对底板微振动控制能力的影响,模拟结果表明在现有激励条件下,增大底板配筋层厚度或素混凝土层密度对底板竖向微振动控制能力无明显影响,但对水平向微振动控制能力产生不利影响。

大体积混凝土工程用高等级抗裂、抗蚀混凝土制备及其性能研究

对比了高铁相硅酸盐水泥与普通硅酸盐水泥制备出的C45和C60混凝土材料抗压强度、水化放热量、化学结合水含量、自收缩变形及抗氯离子渗透性能差异。结果表明:以高铁相硅酸盐水泥为关键材料,辅以高掺量粉煤灰和矿粉复合矿物掺合料等方法,制备出的C45和C60高铁相水泥混凝土抗裂和抗蚀性能优异。C45高铁相水泥混凝土3d绝热温升仅为19.41℃,28d与56d化学结合水含量分别为20.91%、25.66%,较普通硅酸盐水泥混凝土,28d自收缩低17.74%,56d氯离子扩散系数低36.71%,56d电通量低1.99%;C60高铁相水泥混凝土3d绝热温升仅为23.00℃,28d与56d化学结合水含量分别为20.06%29.05%,较普通硅酸盐水泥混凝土,28d自收缩低11.21%,56d氯离子扩散系数低15.60%,56d电通量低3.36%。高铁相水泥混凝土胶凝材料后期水化更加充分,提升了高等级大体积混凝土的抗裂、抗蚀性能。

江阴靖江长江隧道现浇大体积混凝土的抗裂技术与应用

在原材料优选和配合比优化的基础上,通过协同调控水化速率与膨胀历程,设计制备了低温升高抗裂混凝土(M0不掺抗裂剂、M1和M2掺抗裂剂),对比研究了其力学性能、绝热温升和自生体积变形。在此基础上,依托江阴靖江长江隧道现浇大体积C40混凝土工程,采用基于水化-温度-湿度-约束多场耦合机制的收缩模型对该工程不同结构部位的开裂风险进行了定量评估。试验结果表明:掺入适量抗裂剂能有效改善混凝土的绝热温升和自生体积变形,且对抗压强度影响不大。开裂风险评估计算结果表明:底板、侧墙可选择M1配合比,并控制入模温度不大于28℃,同时在侧墙中心布置冷却水管;顶板可选择M2配合比,并控制倒角处和其他部位的入模温度分别不大于28℃和32℃。工程现场持续跟踪监测6个月,未发现混凝土出现开裂、渗漏,达到预期目标。

热缩型纤维调控大体积混凝土抗裂性能研究

研究了高模量热缩型纤维与具有高微细连通孔的内养护集料协同作用对大体积混凝土力学性能、抗裂性能、收缩性能的影响,并进行了微观机理分析。结果表明:复掺热缩型纤维和内养护集料对大体积混凝土力学性能影响较小,但能明显提高大体积混凝土的抗裂性能并降低收缩变形,最大裂缝宽度和单位面积的总开裂面积较基准组分别降低了85.7%、94.9%,干燥收缩值降低了47.6%。SEM分析表明,热缩型纤维及内养护集料与胶凝浆体紧密结合、界面致密,从而提高了大体积混凝土的抗裂性能。

大体积混凝土水化热损伤计算方法

为更准确地判断浇筑过程中大体积混凝土内部的水化热损失,提出了综合考虑混凝土绝热温升、环境温度、入模温度、模板材料散热系数、保温材料散热系数和浇筑层厚这6个影响因素的混凝土浇筑过程中最不利时刻的温度分布预测公式,并采用响应面分析法率定公式中的参数,基于温度分布及Loland损伤模型提出了一种水化热损伤计算方法,通过有限元数值模型对该方法进行了验证。结果表明,该方法能够判断浇筑过程中任意一点是否会因为温度梯度造成损伤开裂。

桥梁大体积混凝土智能温控系统研究与应用

为提高大型桥梁墩、台等大体积混凝土结构在浇筑施工阶段的温控防裂水平,基于智能闭环控制理念,提出一种以气温年较差和日较差为大体积混凝土温控气候分区主要指标的智能温控方法;以该方法为基础,构建智能温控系统(包括一体集成式桥梁智能温控装备和多端远程智能温控平台),完成桥梁大体积混凝土温度场的感知、分析、控制与反馈闭环。将该智能温控系统应用于内蒙古西拉沐沦河特大桥桥墩大体积混凝土施工,并提出个性化智能通水冷却措施,通过监测温度、裂缝等验证其应用效果。监测结果表明:大桥20个C50混凝土浇筑仓的混凝土浇筑块最高温度符合率为100%,内表温差符合率为90%,施工期浇筑块表面未出现温度裂缝,混凝土结构浇筑施工阶段质量较好,该智能温控系统及智能通水冷却措施能有效实现对大体积混凝土浇筑施工阶段的温控防裂。

建筑工程中筏板基础大体积混凝土温度裂缝计算及施工技术

该文以某高层建筑为例,探究筏板基础大体积混凝土温度裂缝的计算方法及混凝土施工技术。分别计算各龄期混凝土的收缩变形值、弹性模量、温度应力等参数,然后求解抗裂安全系数。计算结果显示,大体积混凝土各龄期的抗裂安全系数均大于1.0,满足抗裂要求。在大体积混凝土施工中,重点加强物料质量检验与配合比设计,以及混凝土浇筑、养护等环节的施工管理,把握施工技术要点,才能提高筏板基础的施工质量。在混凝土养护结束后进行温度测控,结果表明大体积混凝土内外温差较小,不存在温度裂缝的风险。

LNG底板大体积混凝土温度裂缝控制方法研究

基于深圳某下沉式LNG储罐基坑及相关地下结构工程,通过实测温度数据和数值模拟结果分析了不同浇筑方式和不同养护条件等因素对大体积混凝土温度、应力的影响及其变化规律,并分析了对工程最高温度、最大温升等规范要求参数的影响,验证了该基坑底板工程的大体积混凝土温度控制方法的有效性。

变温条件下大体积混凝土温度控制方案优化研究

环境温度对大体积混凝土温度控制有显著影响。针对施工周期内不同环境温度制定合理的降温措施是控制混凝土温度裂缝,降低施工成本的重要措施。结合某水电站工程大体积混凝土温控项目,利用有限元软件MIDAS/CIVIL建立了大坝大体积混凝土温度场仿真分析模型。分析现场施工工况,分别模拟了入仓温度10℃、16℃、18℃、20℃下未布置冷却水管和布置单层冷却水管的混凝土温度变化情况。根据控制点的温度-龄期曲线和混凝土温度场分布特征,确定了温度控制的最不利位置。对比了降低入仓温度和布置冷却水管两种措施的不同降温效果,其中入仓温度每下降1℃,混凝土温度峰值均匀下降0.7~0.8℃,布置冷却水管后,温度峰值分别下降了2.8℃、4.1℃、4.4℃、4.7℃。降低入仓温度和布置冷却水管均会显著降低混凝土温度峰值,但入仓温度越低,冷却水管的降温消能越低。考虑环境温度条件与降温效果的经济性,对不同月份施工给出了不同的组合温控建议。

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0~3 d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5~10 d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 d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 d的浇筑混凝土,若能将入模温度降低1~2℃,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。

含冷管的大体积混凝土水化热控制措施研究

影响大体积混凝土承台水化热温度的因素有很多,其中影响较为明显的有冷却水管的直径、材质以及冷却水的入流温度、流速等。为了探究这些因素的对水化热的实际影响,以虎箐丫口特大桥为工程背景,通过有限元模型计算来探究各项因素对该桥承台的影响,结果表明:冷却水管的直径及冷却水的入流温度对水化热影响较大,且呈正相关,但为了考虑其经济性及可行性,选择0.03 m直径及20℃入流温度最佳。冷却水流速、冷却水管的材质及布置方式虽然对水化热温度的影响较小,但选择合理的方案可有助于减小承台内部的温度梯度。研究结果对预应力混凝土刚构桥承台的水化热温控方案具有指导意义。