工程建设混凝土水化热控制研究

　　摘要：被浇筑之后的混凝土，混凝土在水化过程中产生了较高的水化热能量，这些能量使混凝土整体的温度升高，但混凝土外表面散热较快，内部热量散失慢，所以就造成混凝土表面的温度低而内部温度高，于是在混凝土的内部产了生压应力，而这些应力极大的对影响力工程质量，本文致力于生产需要，主要是对混凝土水化热的影响。
　　关键词：混凝土，水化热，拉应力，温度应力，热膨胀系数，集料
　　
　　1引言
　　表征物体的冷热程度的物理量是温度。被浇筑之后的混凝土，混凝土在水化过程中产生了较高的水化热能量，这些能量使混凝土整体的温度升高，但混凝土外表面散热较快，内部热量散失慢，所以就造成混凝土表面的温度低而内部温度高，于是在混凝土的内部产了生压应力，而在表面又产生拉应力，这些因为物体各部分温度的不同而在作用在物体上的内力就是温度应力。在实际的的工程作业中，温度应力的作用会使混凝土产生裂纹影响工程质量，故因尽量避免这种作用力的产生。
　　2混凝土水化热特性
　　混凝土的水化热特性与水泥的生产过程有关，由于水泥主要是石灰石进过高温锻造，吸收了大量的热所以本身就有较大的能量。而水泥的的水化过程就是锻造水泥的逆反应过程，正反应吸收的热量在逆反应过程又放出了。锻造水泥的温度很高所以这个反应也放出了较高的能量，一般为270～350kJ/kg。现代生产过程中水泥的成分复杂，生产部门也会根据市场需要生产的水泥种类也是不同的，所以不同种类的水泥水化反应所放出的的能量也是不同的。绝热条件较好实验条件下混泥土能够升高40～50℃。热胀冷缩，水化反应放出的的热量使得混凝土膨胀。由于湿量影响水泥石膨胀系数，范围在10～20-6/℃。用水泥石和骨料所组成的混凝土，骨料的热膨胀系数比水泥石低，试验范围在5～13E10-6/℃，所以食料和水泥石的比例就影响混凝土的热膨胀系数。已经有实验证明混凝土在空气中的养护时的膨胀系数比混凝土在水中养护时高。
　　3影响混凝土水化热温度应力的因素
　　3.1温度应力的产生
　　混凝土必然受到热胀冷缩的影响。热膨胀系数就是衡量物体热胀冷缩的能力，一般用单位温度所引起体积变化率表示，数学表达式：α=ΔV/(V*ΔT)(式3-1)式中：
　　α为物体热膨胀系数；
　　ΔT为物体温度的微分
　　V为物体的体积；
　　温度升高ΔT变化体积ΔV变化。
　　一般当温度变化较小时热膨胀系数可近似按常量处理，而一旦在较大的温度变化范围内则不是常量。不同混凝的的配合设计一般不同，混凝土中净浆硬化体、细骨料和粗骨料的组成比例也有差异，并且内部空隙不同和尚未参加水化反应的残留结合水，这些因素往往造成了混凝土的膨胀系数不同。水泥石和集料的膨胀系数不同一般在10～20E-6/℃之间。因为水泥石的热膨胀系数较高，所以混凝土的热膨胀系数随着水泥石的增多而升高。补充：集料的膨胀系数：5～13E-6/℃
　　混凝土变形不受约束自由膨胀（收缩）时，混凝土内部和表面是不会产生温度应力的。但当混凝土构建所受的温度影响不均，混凝土的膨胀（收缩）受到不同的阻碍就会产生温度应力。如图3-1所示长为L的AB杆，AB端固定约束，若杆的温度升高了△T，如果A端自由，杆就伸长了△L。如虚线所示。但此时A端固定，杆就相当于压缩了△L。公式的应变为：εt=ΔL/(L+ΔL)，应力此时为应为σt=Eεt（AB杆的弹性模量为E）。降降温亦成立。杆收到的是拉力，方向相反。
　　在施工初期，混凝土水化热产生温度应力。前面已经讲道，混凝土温度升高是水泥在水化反应所产生的，温度的升高程度和水化反应的剧烈程度有关。因为是热的不良导体，缓慢的散热，所以水化反应所产生的热在混凝土的内部难以散发，因为水化反应放出的较多的热，所以混凝土内部温度较高，由于热胀冷缩，这又使得混凝土体积变大，外部热量散发快，体积就膨胀的少。这是这些因素使得混凝土内部和外部分别受到压应力和拉引力。温度裂纹的产生就是因为拉应力大于混凝土的抗拉强度。
　　3.2影响温度应力的因素
　　根据式(3-1)可以得出出热膨胀系数α越大，混凝土单位温升的自由膨胀或收缩的体积的ΔV就越大，而温度应力σt与变型受到的的约束成正比。当温差保持稳定时，温度应力σt的大小就和热膨胀系数α有关。此外由式(3-1)还可以分析得出，在混凝土热的膨胀系数相同时(即同种材料)温差ΔT越大，体积变化ΔV也就越大，因此所受到的的温度应力σt也就越大。故在同一构件中，温度应力σt的大小由温差ΔT的大小决定。但相对于体积较大的混凝土，外边界的散热情况和混凝土水化放热量则是主要影响温差ΔT的因素。
　　4处理混凝土水化热温度的方法
　　混凝土水化热温度应力控制的参考是混凝土最大的绝热温升，而最大绝热温升越高则表明着混凝土的内部温度越高，外部混凝土的温度则因为与环境接触，所以温度降低的较快，这样内外温差就会很大，这样就对混凝土的温度裂缝控制不利。降低混凝土的最大绝热温升是减弱混凝土内外温差的很重要的方法。
　　前几章谈到混凝土温度主要是由两部分叠加而组成，一是混凝土本身因为水化热产生的热，二是混凝土所处环境的初始温度，即：τ=τ0+T。τ0和T降低都可以使混凝土内部温度降。
　　1、 对混凝土集料降温降低可以使混凝土初始温度τ0降低，降低混凝土入模的初始温度的具体操作如下：
　　1)使用水冷骨料、风冷骨料、加冰水拌等一些方法相结合措施，可以使得混凝土的混凝土浇筑和出机口温度降低很多。这就是预冷混凝土的方法来降低混凝土浇筑温度。
　　2)加快浇筑和混凝土运输速度，但在运输过程中尽量保温，而在浇筑仓喷雾降温，这样尽可以避免混凝土温度的回升。
　　3)选择如夜间和清晨等气温相对较低的时间段进行混凝土的浇筑。环境温度较低，就可以使混凝土在浇筑的过程当中温度不至于很快回升。
　　2、单位质量的水泥最大水化的放热量Q0与混凝土水化热温升，混凝土比热c，单位体积的水泥用量W，混凝土密度ρ有关。混凝土强度满足要求的前提下，降低单位质量水泥水化的放热量Q0，适量的调整配合比，减少单位体积水泥用量W，骨料使得混凝土密度ρ和比热c乘积尽量较大，根据以上想法调整混凝土配合比例，尽量的使用低热水泥，同时减少单位体积水泥的用量和掺和料外加剂，这样就可以使得水泥水化热产生的总热量降低，混凝土内部的最高温度也就随之降低了。
　　5结论
　　本文采用了控制水泥水化热，改变水泥石和集料比例的技术，介绍了混凝土水化热特性，影响混凝土水化热温度应力的因素内容，设计出了处理混凝土水化热温度的方法，实践证明本文的结论。
　　参考文献
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《工程建设混凝土水化热控制研究》

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