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来源：职称驿站所属分类：材料科学论文 发布时间：2011-05-25浏览：53次
摘要：本文采用混凝土试浇块模拟大体积混凝土温度随时间变化过程，找出温度场分布情况，根据温度场分布情况和原材料特性计算出混凝土中心最高温度。为进一步对大体积混凝土温度、裂缝控制提供支持。
关键词：大体积混凝土；试浇块；温度；温度场
0引言
大体积混凝土在凝结硬化前期将产生大量的水化热，使得混凝土温度升高。由于混凝土材料导热性能不良，使得大体积混凝土结构散热较慢，大量的热量滞留在结构内部，而外表的热量散失速度较快，便会在混凝土结构中形成温度梯度场。在温度梯度和各类约束的共同作用下，混凝土内部产生压应力，而表面产生拉应力，当表面拉应力超过混凝土的极限抗拉强度时，在混凝土结构表面产生裂缝。控制温度裂缝，首先需要研究温度变化过程和温度场分布。为了有效控制大方块结构浇注时出现温度裂缝，本文采用预制试浇块方案对大方块进行模拟，分析混凝土温度变化规律，为大体积混凝土的温度控制提供科学依据，从而制定出行之有效的温控措施。
1模型简介
国外某工程码头实际建设中所采用的大方块最大重量达450吨，最大壁厚达2.6米，浇注后中心温度会很高，存在很多不确定因素，控制不当易产生严重开裂现象。
为模拟大方块最短边的最厚处散热过程，试浇块选用与大方块相近的厚度及配筋率，形状为2m×2m×2m的正方体，配筋率25.21kg/m3。侧模为钢质模板，浇注完砼后12个小时拆除，为模拟最坏情况，采用较为恶劣的养护条件，即麻袋覆盖养护（麻袋的保温、保湿效果是比较差的）。
试浇块温度、应变传感器布置图如图1所示：
图1试浇块温度、应变传感器布置图
在试浇块中7个点处布置温度计；上表面温度计距表面不大于5cm，空气中布置一个测环境温度。共布置6个应变传感器。
2温度随时间变化过程
图2试浇块中各监测点温度变化曲线图
图2为浇注后88个小时的温度变化曲线图。由图2可以看出，在入模3个小时以内各个点温度上升缓慢，水化反应刚刚开始；3-14个小时水化热反应剧烈，温度急剧增大，在此期间试浇块模板未拆除；15-32小时温度增幅趋势逐渐放缓，最后在32-34小时之间增速变为0，试浇块中心温度最大值达到71℃。34小时以后内部四点sjt1-sjt4温度值平缓下降，其中以中心点sjt3温度下降速率最大，底部sjt1点下降速率最小。sjt5-sjt7为试浇块上表面3点，浇注前期受水化作用影响温度上升剧烈，之后随着空气温度变化、保温措施不同而波动。
sjt3点处在试浇块中心位置，温度变化最为剧烈，水化升温及降温阶段温度值最高。sjt2和sjt4距中心位置距离相等，两点温度曲线基本重合，说明内部温度场在此范围内对称分布。sjt1和sjt5分布在距上下表面5cm处，以试浇块中心点为对称点对称，由于上下表面散热条件不一样，上表面薄湿麻袋和塑料薄膜覆盖，下表面厚钢板及地基隔热，造成sjt5受空气温度、养护条件影响明显，sjt1点基本处于绝热状态，完全按照水化规律温度上升、下降。
3温度在空间上分布
试浇块水泥发生水化时，其中内部各点看作独立的热源，这些热量在存在温度梯度的点与点之间相互传导。中心区域据表面位置距离最大，热量传导最为困难，温度值最高。边缘点热量轻松的散发到外界，值最低。混凝土块体积越大温差越大。Sjt2,sjt4点距中心点475mm，温度与中心点最大温度差在5℃以内。这就说明在2m×2m×2m试浇块当中存在一个大约1m×1m×1m的近似温度绝缘区域，在这个区域内各个点的温度基本相同，温度梯度很小；区域以外到表面边缘处温度急剧变化，温度梯度很大。根据温度监测结果，温度场大致如图3所示。
图3试浇块中心温度最高时温度场分布图
4中心最高温度计算
大体积混凝土施工过程中，其中心最高温度一直是关注的重点。获取中心温度的方法除了实际监测外，还有理论计算方法。计算方法简洁，能够预先估计大体积混凝土中心温度值，对工程实践有较大的指导作用。
混凝土绝热温升为：
W—每方混凝土中水泥当量(kg/m3)；
Q—每公斤胶凝体系的发热量(J/kg)，一般认为水泥28天水化放热基本完毕；
c—混凝土的比热，kJ/(kg•℃)；
γ—混凝土的质量密度(kg/m3)。
混凝土内部中心温度按下式计算：
Tmax—混凝土内部最高温度(℃)；
Tj—混凝土的浇注温度(℃)；
Tr—混凝土内部的水化热实际温升(℃)。
其中的胶凝材料发热量Q在不同的时间值是不同的，计算某一天的混凝土中心温度应采用相应发热量。Q可以通过实验室试验测得，c可以根据混凝土成分计算获得，γ可以实测或根据配比计算得到。
该试浇块采用水泥用量350kg/m3，水泥2天水化热252J/kg，无其它胶凝材料，混凝土比热0.87kJ/kg•℃，密度2453kg/m3，混凝土入模温度30℃。计算最终中心最高温度为71.3℃。大体积混凝土在水化早期，温度上升阶段，与温度监测结果对比可以看出：中心点与周围点温度差很小，相互之间热量传导很低，短时间内中心区域可以看作绝热状态。利用该公式进行计算大体积混凝土中心最高温度较为准确。水化后期，温度下降阶段，由于热量散发需要考虑混凝土热传导系数等因素，单纯利用该公式去计算大体积混凝土中心温度是不正确的。
5结论
1、根据对大体积混凝土试浇块模型在时间和空间上的温度变化规律研究，得出：浇注前期受水化作用影响温度上升剧烈，试浇块中心温度最大值达到71℃，之后随着空气温度变化、保温措施不同而波动；试浇块水泥发生水化时，在2m×2m×2m试浇块当中存在一个大约1m×1m×1m的近似温度绝缘区域。
2、与混凝土内部中心温度计算公式对比，大体积混凝土在水化早期，利用公式进行计算大体积混凝土中心最高温度较为准确。水化后期，由于热量散发需要考虑混凝土热传导系数等因素，单纯利用该公式去计算大体积混凝土中心温度是不正确的。
3、该混凝土试浇块中心温度高，内外温差大，需要考虑降低胶凝材料的发热量和提高外表面保温措施。由于中心区域相对温度绝缘，混凝土外表的温度变化短时间内对它影响很小，因此保温等养护措施可以缩小内外温差，对中心最高温度基本没有影响。
4、根据对大体积混凝土温度在时间和空间上的变化研究，理论上温度计算可以进行选择性的应用。若进行精确地温度计算，需要对胶凝材料水化热、混凝土比热及散热系数进行深入的研究。
参考文献：
[1]江正荣.建筑施工计算手册（第二版）中国建筑工业出版社，2007.
[2]（加）明德斯，（美）杨，吴科如等译.混凝土（第二版）化学工业出版社，2005.
[3]蒋沧如，章东强.大体积混凝土基础底板施工温控监测，水利与建筑工程学报[J].2008,9.
[4]刘伟，董必钦等.大体积混凝土的温度应力分析及温度裂缝研究，工业建筑[J].2008,第38卷第7期.
《大体积混凝土试验块温度场研究》
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文章名称： 大体积混凝土试验块温度场研究
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