第一章 设计说明第二章 大体积混凝土承台水化热有限元分析
2.1 概论
2.1.1 大体积混凝土定义
目前国际上对大体积混凝土仍无一个统一的定义。 就如美国混凝土学会的定 义：任何就地现浇的混凝土， 其尺寸到达必须解决水化热及随之引起的体积变形 问题，以最大限度减少开裂的， 称之为大体积混凝土。 又如日本建筑学会对大体 积混凝土的标准定义：结构断面最小尺寸在 80cm以上；水热化引起混凝土内的 最高温度与外界气温之差，预计超过 25℃的混凝土。而我国《大体积混凝土施 工规范》认为，混凝土结构物实体最小几何尺寸不小于 1m
的大体量混凝土，或 预计会因混凝土中胶凝材料水化引起的温度变化和收缩而导致有害裂缝产生的 混凝土属于大体积混凝土。
由以上可见，大体积混凝土主要是依靠结构物的断面尺寸和水化热引起的温 度变化来定性的。
2.1.2 大体积混凝土温度裂缝成因
施工期间水泥的水化热作用， 在其浇筑后将经历升温期、 降温期和稳定期三 个阶段。大体积混凝土自身有一定的保温性能， 因此在升温期其内部温升幅度较 其表层的温升幅度要大得多 , 而在降温期内部降温速度又比其表层慢得多 ,在这 些阶段中，混凝土各部分的温度变形及由于其相互约束及外界环境温度约束的作 用，在混凝土内产生的温度应力是相当复杂的。由于混凝土的抗拉能力比较弱， 一旦温度应力超过混凝土所能承受的拉力极限值时，混凝土就会出现裂缝。
因此必需掌握其水化热的变化规律， 从而为混凝土配合比的修改及养护方案 的制定提供依据。
2.1.3 本章研究的主要内容
（ 一 ） 利用 MADIS有限元软件建立大体积混凝土承台模型，并对其进行仿 真水化热计算。
（ 二 ） 对其水化热进行参数分析。 2.2 承台仿真分析
2.2.1 工程基本概况
松柏山水库特大桥位于松柏山水库上游， 为贵安新区黔中大道 （三期）
道路 工程的一个控制性桥梁。左、右幅主桥均采用 100+180+100m（桥梁中心线对应 跨径）变截面预应力混凝土连续刚构桥，墩顶梁高 12.0m，跨中梁高
大体积混凝土水化热计算
混凝土的水化热是指在混凝土浆体中水和水泥反应生成水化产物时所释放出的热量。水化热是混凝土在初凝和硬化过程中产生的主要热源之一，它对混凝土的温度变化和内部应力的发展具有重要的影响。
混凝土的水化反应是一个复杂的过程，其中涉及到水泥和水之间的化学反应、水泥水化产物的形成和生长等。一般来说，混凝土的水化反应可以分为三个阶段：溶胶-凝胶转变阶段、凝胶形成和凝结阶段以及结构的形成和强化阶段。
在混凝土的水化反应中，水化热的产生量与混凝土配合比、水泥的种类和含量、温度等因素直接相关。下面以大体积混凝土的水化热计算为例进行分析。
1.确定混凝土的配合比和水泥的种类和含量。
配合比是混凝土设计的基本要素，它决定了混凝土中水化反应发生的程度和热能释放量的大小。混凝土配合比可以根据工程要求和试验数据进行确定。水泥的种类和含量也对水化热产生量有直接影响，一般来说，大体积混凝土中常使用硅酸盐水泥。
2.计算混凝土中的水化热产生量。
根据混凝土的配合比和水泥的含量，可以计算出混凝土中水化热的产生量。水化热的计算可以采用经验公式或者直接通过实验测定得出。其中，主要的参数包括水化热生成率、水化热影响深度、混凝土总质量等。
3.分析混凝土的温度变化和内部应力的发展。 混凝土在水化过程中释放的热量会导致温度的升高，进而引起混凝土内部的应力发展。通过数值计算或者实验分析，可以得到混凝土温度的变化规律和内部应力的发展情况。这对混凝土的性能评价和施工安全有着重要的意义。
4.采取措施控制混凝土的温度和内部应力。
针对混凝土水化热引起的温度和内部应力的变化，可以采取一系列的措施进行控制。例如，通过选用低热水泥、添加矿渣等对水化热进行调控；采用降温剂、遮阳措施等对温度进行控制；通过配置喷水降温系统、采用预应力等对内部应力进行控制。这些措施能够有效地降低混凝土的温度升高和内部应力的发展，从而提高混凝土的耐久性和安全性。
水泥混凝土水化热
顾名思义，是指物质与水化合时所放出的热。此热效应往往不单纯由水化作用发生，所以有时也用其他名称。例如氧化钙水化的热效应一般称为消解热。水泥的水化热也以称为硬化热比较确切，因其中包括水化、水解和结晶等一系列作用。水化热可在量热器中直接测量，也可通过熔解热间接计算。
由于水泥水化热的作用，水泥加水及其它骨料混合拌制成混凝土，必然先升温，待达到一定的温度后冷缩，致使混凝土可能因温度应力出现裂缝。主要有三种原因：
1、混凝土浇筑初期，产生大量的水化热，由于混凝土是热的不良导体，水化热积聚在混凝土内部不易散发，常使混凝土内部温度上升，而混凝土表面温度为室外温度，这就形成了内外温差，这种内外温差在混凝土凝结初期产生的拉应力当超过混凝土抗压强度时，就会导致混凝土裂缝。
2、在拆模以后，因气温骤降等原因引起混凝土表面温度降低过快，也会导致裂缝产生
3、当混凝土达到最高温度后，热量逐渐散发而达到使用温度或最低温度，与最高温度差值所形成的温差，在基础部位同样导致裂缝。
关于混凝土施工中怎样减小水化热
1、选用水泥要使用低水化热的，比如硅酸盐的
2、尽量减少水泥用量，可以掺如一部分的粉煤灰来代替水泥，一般用量为10％。如果为高性能砼，用量大约达到30％。
3、砼产生的水化热主要致命就是使砼结构内部温度与外部温度温差过大（大于20）产生裂缝。大体积砼施工可以埋循环冷却管（PVC），通过循环水来降低内部温度。
4、在一些基础承台施工中甲方一般时不允许投放片石的，其实不然。投放片石也是降低砼水化热的一种方法，因为减少了砼用量了，但是又不影响砼的强度。
5、砼结构产生裂缝时，一般时在拆除模板的一瞬间。因为模板一拆，砼马上与外界接触。当外界温度较低时（也就是内外温差较大时）产生的。拆除模板前最好是在温度较高时进行。
水化热对大体积混凝土的影响
1、温度裂缝产生机理及特征
混凝土浇筑后，在硬化过程中，水泥水化产生大量的水化热。由于混凝土的体积较大，大量的水化热聚积在混凝土内部而不易散发，导致内部温度急剧上升，而混凝土表面散热较快，使得混凝土结构内外出现较大的温差，这些温差造成内部与外部热胀冷缩的程度不同，使混凝土表面产生一定的拉应力。当拉应力超过混凝土的抗拉强度极限时，混凝土表面就会产生裂缝，这种裂缝多发生在混凝土施工中后期。在混凝土的施工中当温差变化较大，或者是混凝土受到寒潮的袭击等，会导致混凝土表面温度急剧下降，而产生收缩，表面收缩的混凝土受内部混凝土的约束，将产生很大的拉应力而产生裂缝，这种裂缝通常只在混凝土表面较浅的范围内产生。
课题背景及任务来源
随着我国交通事业的迅速发展，大跨度桥梁大量出现，在桥梁中大体积混凝土承台、锚碇、塔等亦随之大量出现。目前所生产的水泥放热速度较过去大为提高，这使得大体积混凝土的温度裂缝问题日益突出，已成为普遍性的问题。
大体积混凝土在固化过程中释放的水化热会产生较大的温度变化和约束作用，由此而产生的温差和温度应力是导致混凝土出现裂缝的主要因素，从而影响结构的整体性、防水性和耐久性，成为结构的隐患。因此大体积混凝土在施工中必须考虑裂缝控制。
大体积混凝土温度裂缝问题十分复杂，涉及到结构、建筑材料、施工、环境等多方面因素，工程建设领域目前对桥梁中所使用的大体积混凝土的研究还不够深入、全面，相关的规范条文还不够完善，对很多工程实践中的问题只能依靠经验处理，缺乏适当的理论依据，这会造成许多不必要的人力、物力、财力的浪费，大体积混凝土施工质量控制的结果也不很理想。
在总结大体积混凝土温度裂缝产生的原因的基础上，本文结合邕江四线特大桥，以及对承台试块的模拟试验，研究分析了大体积混凝土内部温度场和温度应力变化的规律和工程中采用的温控措施的实际效果。
本文在大体积混凝土工程中所采用的温度监测和裂缝控制措施，为今后同类工程施工提供了有用信息，也为今后开展深入的理论研究提供了试验和理论参考依据。
组成结构
通过midas来模拟大体积混凝土在水化热情况下温度与应力应变的变化，并且通过不加冷水管和加冷水管的情况下进行对比分析，并得出相应的结果。
功能与技术
能够直观的看到混凝土内部在水化热的情况下温度随时间的变化，并且通过精确的数值进行分析。从而使我们对水化热有进一步的认识，进而通过温度变化趋势分析混凝土可能会产生的裂缝的位置，从而提前做好防护措施，尽可能是裂缝降到最小。
成果的主要特点
通过对大体积混凝土水化热的分析，我们能更加深入的了解混凝土内部温度度的变化情况，从而对混凝土浇筑﹑养护﹑防护提前做出应对措施。尤其是咋此过程中温度对其裂缝的影响。
