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【摘要】 目前大体积混凝土广泛应用于土木工程中，大体积混凝土在浇筑后产生的水化热会产生温度应力，从而导致结构开裂，对结构的安全性和耐久性会产生严重影响。本文主要结合某地下道路工程闭合段大体积混凝土浇筑过程进行了研究，分析水化热引起的温度裂缝成因，利用Midas有限元软件对水化热产生的影响进行分析，并给根据分析结果给出施工阶段控制水化热的建议。
【关键词】 大体积混凝土；水化热分析；Midas
目前大体积混凝土结构广泛地应用于土木工程中，水化热引起的温度裂缝大多发生在结构的施工阶段，严重影响混凝土的强度及其他性能，对结构的安全性及耐久性产生不利的影响。《公路桥涵施工技术规范（JTG/T 3650-2020）》第6.13.1~6.13.2条对大体积混凝土进行温度控制时的要求、措施进行了规定，温度控制应使其内部最高温度不大于75℃、内表温差不大于25℃。因此对大体积混凝土结构进行水化热分析是非常有必要的。
1温度裂缝成因
水化热是指水泥与水作用会产生放热反应，在水泥硬化过程中，不断放出的热量。施工阶段水泥的水化热作用主要经历升温期、降温期及稳定期三个阶段。由于大体积混凝土自身有一定的保温作用，因此在升温期时，混凝土内部温度明显高于其表面温度，内表较大的温差使混凝土表面产生拉应力；在降温期时，混凝土内部收缩变形大于表面导致混凝土内部产生拉应力；施工期间外界环境温度及地基约束同样会对混凝土产生影响。由于混凝土抗拉强度较低，当其温度应力超过混凝土的规定限值时，就会产生裂缝。
2水化热分析
2.1工程概况
本文主要结合某地下道路工程闭合段大体积混凝土浇筑过程进行了研究，采用Midas有限元软件进行大体积混凝土的水化热分析。该节段地道内轮廓尺寸为2-17.45×6.5m，顶板厚1.3m，底板厚1.4m，侧墙厚1.2m，中墙厚0.8m，节段总长25m，采用C40混凝土，其配合比见表1。地道分两次浇筑，首先浇筑底板，再浇筑竖墙及顶板。
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2.2 大体积混凝土有限元模型
由于地道结构具有高度的对称性，本次计算分析仅建议1/2节段进行水化热分析。采用对称模型不仅减少了建模及分析的时间，还有利于查看混凝土内部的温度、应力分布的情况。
1.建模，利用Midas建立1/2地道模型，模型网格划分如图1，由于需要描述混凝土的热量传递给地基的情况，因此不能用弹簧模拟地基的支承条件，而应该将地基模拟为具有一定比热及热传导率的结构。地道及地基的材料特性值如表2所示。
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2.强度发展曲线，采用ACI标准，混凝土28d抗压强度为40MPa，抗压强度系数a=4.5，b=0.95.。
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3.对流系数，对流放热系数β=3.6 (10.788+1.874v),式中v为风速。统计资料显示，项目所在地的平均风速为1.65 m/s，则表面对流系数为50 kJ/(m·h·℃)。混凝土浇筑时，混凝土外表面经模板与空气发生热对流交换，模板等效放热系数βm=7.7 kJ/(m·h·℃)。
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4.热源函数，Midas水化热分析所采用的热源函数为T(t)=K(1-e-mt)。使用混凝土数据自动计算其热源函数的系数，水泥类型为普通硅酸盐水泥，浇筑温度20℃，单位体积水泥用量为250kg/m3。
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5.水化热分析施工阶段，采用分层浇筑，先浇筑底板，再浇筑竖墙及顶板。
2.3水化热分析结果
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从图中可以看出，底板最高温度为52℃，顶板最高温度为73℃均满足规范要求，但是顶板中墙位置处，混凝土内表温差超过了25℃。说明此处混凝土内部放热过慢，表面放热过快，可以通过在内部设置冷却管、分层浇筑或者对混凝土表面采取一定保温措施等方法降低水化热作用。
3结语
大体积混凝土水化热作用导致的温度裂缝不容忽视。通过运用Midas进行水化热分析，能有效方便的查看大体积混凝土浇筑时其内部的时程变化，不同阶段的温度及应力变化。在其温度过高时，可以采取相应的降低水化热作用的措施，例如，选用低水化热和凝结时间长的水泥品种；进行配合比设计时，可采取改善粗集料级配、降低水胶比、减少单方混凝土的水泥用量等措施；大体积混凝土可分层、分块浇筑；混凝土内部设置冷却管，对其外部采取覆盖蓄热或蓄水保温等措施。
【参考文献】
【1】JTG/T 3650-2020 公路桥涵施工技术规范[S].
【2】GB 50496-2018 大体积混凝土施工标准[S].
【3】王建军，梁军林，周胜波，禤炜安，基于Midas的拱座基础大体积混凝土温度影响因素分析[J]，中外公路，2019.
【4】林乐强，桥梁结构中大体积混凝土的水化热分析研究[B]，北方交通，2008.