混凝土水化熱溫度時效分析與控制

杜浩然

摘要：由于混凝土中心部分與表面部分的冷卻程度不同，在混凝土內部產生較大的約束，使收縮的混凝土產生拉應力，隨著混凝土齡期增長，抗拉強度RF（t）增大，彈性模量ER（t）增高，徐變影響減小。

關鍵詞：混凝土;水化熱;溫控分析

一、水化熱對結構影響分析

1.1水化熱升溫計算

大體積混凝土結構物一般斷面較厚，水泥發出的熱量在結構物內不易散失。研究對象選取輪廓為35.6x15x1.5。

式中T（t）—齡期T混凝土中心溫度計算（℃），Tζ—混凝土澆筑溫度（℃），Th—混凝土最大絕熱升溫，Ξ—齡期t（單位d）的降溫系數，按表2-1選用

1.2絕熱溫升計算

式中Q0—每kg水泥的最終水化熱（kj/kg），W—每m3混凝土中水泥的用量（kg/m3），C—混凝土的比熱（kj/kg℃），P—混凝土的密度（kg/m3），M—常數，見表2-2，F—混合材料用量（kg/m3），K-折減系數，對于粉煤灰，取k=0.25，

1.3水管冷卻計算

大體積混凝土冷卻效果的算法的一般性分析采用熱傳導方程較為方便，所以，對于冷卻水管系數d，可以由下式計算：

式中：λ為混凝土導熱系數，Λ1為冷卻管導熱系數，c為冷卻水管的外半徑，R0位冷卻水管的內半徑

1.4大體積混凝土溫度應力

由于混凝土彈性模量Ec（т）隨著齡期而變化的，溫度應力應采用增量法計算，把時間：劃分為一系列時段△T（i=1～n），在第i個時段，溫度增量為△тi，平均彈性模量為E（r，），彈性應力增量：△σi=-aEc（тi）△Ti

累加后，考慮混凝土徐變影響，可得：σc（т）=-a∈E（тi）K（т，тi）△Ti

1.5計算分析

通過以上實測數據與混凝土溫度場穆尼計算結果比較發現：

l）實測數據與理論分析結果基本吻合;

2）個別實測數據與理論的差別較大，經分析認為這有可能是由于實際邊界條件與理論分析所采用的邊界條件的差異造成的。

1.6混凝土彈性模量

1.7混凝土水化熱應力分析

（l）早期應力。自澆筑混凝土開始，至水泥放熱作用基本結束時止，一般約一周左右。這個階段有兩個特點：一是因水泥水化作用而放出大量水化熱，引起溫度場的急劇變化：二是混凝土彈性模量隨著時間而急劇變化。

（2）中期應力。這些應力與早期產生的溫度應力相疊加。在此期問，混凝土彈性模量還有一些變化，但變化幅度較小。

（3）晚期應力。混凝土完全冷卻以后的運行時期，溫度應力主要是有外界氣溫的變化所引起的，這些應力與早期和中期的殘余應力相互疊加形成混凝土晚期應力。

二、大體積混凝土溫度控制

2.1水泥的選擇

水泥水化熱的大小，對混凝土的溫升影響很大，因此選用中、低熱水泥可有效的降低混凝土溫升。一般以每千克水泥用量的水化熱，7d后限制在293）以下，28d后限制在335）以下的比較合適。

2.2粗、細骨料選擇

粗骨料宜優先選用自然連續級配，可以適當減少水泥用量，達到相應的強度，使混凝土均勻、易密實。另外在選擇粗骨料時，優先選用碎石。細骨料宜選用中粗砂，而一般來說，每立方混凝土減少10kg水泥，在絕熱溫升中，溫度就會降低降低1℃。另外，粗、細骨料要嚴格控制含泥量，含泥量超標，不僅會增加混凝土的收縮，同時也會降低混凝土抗拉強度。

2.3參加粉煤灰

不僅可以改善混凝土的和易性，也能明顯地改善其干縮性和脆性;既可以降低混凝土的水化熱，同時還有明顯的經濟效益。粉煤灰是大體積混凝土中防裂效果最好的一種外加劑。但粉煤灰的摻量不宜過大，否則會出現早期強度低、低溫泌水大的缺點。

2.4優化配合比

為了防止裂縫，不僅控制大體積混凝土內部最高溫度和內外溫差，還要從改善結構約束條件、混凝土性能等方面進行控制。

2.5原材料選擇措施

選擇混凝土原材料，優化混凝土配合比的目的是使混凝土具有較強的抗裂能力，具體說，就是要求混凝土的絕熱溫升較小、抗拉強度較大、極限拉伸變形能力較大、熱量比較小、線膨脹系數較小，自生體積變形最好是微膨，至少是低收縮。

三、結論

隨著水泥水化反應結束及混凝土不斷散熱，大體積混凝土由升溫過渡到降溫階段。由于混凝土中心部分與表面部分的冷卻程度不同，在混凝土內部產生較大的約束，使收縮的混凝土產生拉應力，隨著混凝土齡期增長，抗拉強度RF（t）增大，彈性模量ER（t）增高，徐變影響減小。因此降溫收縮產生的拉應力較大，易在混凝土中型部位形成較高拉應力區，若此時的混凝土拉應力大于混凝土次齡期的抗拉強度，則大體積混凝土產生貫穿裂縫。

參考文獻：

[1]田雨澤，《大體積混凝土裂縫控制的應力計算與分析》

[2]李彤厚，《大體積混凝土承臺施工溫度裂縫控制實例》