大体积混凝土热工计算.docx
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大体积混凝土热工计算
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大体积混凝土热工计算
1、主墩承台热工计算
主墩承台的混凝土浇筑时正值夏季高温天气(7月~8月),东莞市累年各月平均气温、平均最高气温见下表:
东莞市累年各月平均气温表(单位:
℃)
月份
1
2
3
4
5
6
月平均气温
14.2
15.1
18.5
22.5
25.7
27.5
月份
7
8
9
10
11
12
月平均气温
28.5
28.3
27.1
24.3
20.0
15.9
东莞市累年各月平均最高气温表(单位:
℃)
月份
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
全年
月平均最高气温
26
26.8
28.7
31.2
33.1
34.7
36
35.6
34.6
32.7
30.2
27
31.4
本方案取7--8月份平均最高气温为36℃,平均气温28℃。
4.1、砼的拌和温度
砼搅拌后的出机温度,按照下式计算:
式中:
Tc---砼的拌和温度(℃);
W---各种材料的重量(kg);
C----各种材料的比热(kJ/kg•K);
Ti---各种材料的初始温度(℃)
混凝土拌和温度计算表
材料名称
重量W(kg)
比热C
(KJ/kgK)
热当量WC
(KJ/℃)
温度Ti
(℃)
热量TiWC
(KJ)
(1)
(2)
(3)=
(1)×
(2)
(4)
(5)=(3)×(4)
水泥
350.0
0.84
294.00
53.50
15729.00
砂
740.0
0.84
626.64
25.00
15666.00
碎石
1050.0
0.84
898.80
25.00
22470.00
粉煤灰
70.0
0.84
58.80
53.50
3145.80
减水剂
12.7
0.84
10.67
53.50
570.74
膨胀剂
拌和水
170.0
4.20
714.00
15.00
10710.00
合计∑
2418.7
2602.91
68291.54
注:
1、表中砂、石的重量,应是扣除游离水份后的净重;
2、上表温度栏中水泥、粉煤灰、减水剂均为太阳直晒温度,拌合水、砂、碎石为采用降温措施后的温度。
由此可得出采取降温措施的混凝土拌和温度:
℃
4.2、砼的浇筑温度
砼搅拌后的浇筑温度,按照下式计算:
式中:
Tj---砼的浇筑温度(℃);
Tc---砼的拌和温度(℃);
Tq----砼运输和浇筑时的室外气温,取28℃;
A1~An---温度损失系数
砼装、卸和转运,每次A=0.032;
砼运输时,A=θτ,τ为运输时间(min);
砼浇筑过程中A=0.003τ,τ为浇捣时间(min)。
砼出机拌和温度按照计算取值,为26.24℃;
砼运输和浇筑时的室外气温按照平均温度取值28℃;
砼运输罐车运输时间为45min,砼泵车下料时间约12min,砼分层厚度为30cm,每层砼(57.4m3)从振捣至浇筑完毕预计约2小时。
整个承台(分三次浇筑)每次浇筑完毕预计最大用时12小时。
温度损失系数值:
装料:
A1=0.032
运输:
A2=0.0042×45=0.189
砼罐车卸料:
A3=0.032
砼泵车下料:
A4=0.0042×12=0.05
浇捣:
A5=0.003×2×60=0.36
0.663
故:
=26.24+(28.0-26.24)×0.663=27.41℃
如不计入浇捣影响A5,则:
0.303
此时:
=26.24+(28.0-26.24)×0.303=26.77℃
4.3、砼的绝热温升
式中:
T(τ)---在τ龄期时砼的绝热温升(℃);
Th----砼的最终绝热温升(℃),
;
e-----自然常数,取值为2.718;
m-----与水泥品种、浇捣时温度有关的经验系数,见下表,取28℃时的m值,内插求得m=0.397;
τ-----龄期(d)
计算水化热温升时的m值
浇筑温度(℃)
5
10
15
20
25
30
m
0.295
0.318
0.340
0.362
0.384
0.406
W-----每m3砼中水泥用量(kg/m3);
Q-----每kg水泥水化热量(J/kg),取值335J/kg;(《查简明施工计算手册》第572页表10--39)
C-----砼的比热,取值为0.96(J/kg•K)(《查简明施工计算手册》第571页表10—38)
ρ-----砼的容重,取为2400kg/m3。
采用本配合比时砼的最终绝热温升:
=
=50.89℃
3天时水化热温度最大,故计算龄期3天的绝热温升,则有:
=50.89×(1-0.2043)=40.49℃
4.4、砼内部温度
砼内部的中心温度,按照下式计算:
式中:
T(τ)max---在τ龄期时,砼内部中心的最高温度(℃);
Tj----砼的浇筑温度(℃);
T(t)----在t龄期时混凝土的绝热温升(oC);
ξ(τ)----不同浇筑块厚度,在不同龄期τ时的温降系数(℃);主墩承台分三次浇筑,即浇筑厚度分别是:
2.0m、1.5m、1.5m,取2.0m的厚度进行计算,根据下表内插计算ξ(3)=0.57
不同龄期水化热温升与浇筑块厚度关系表
浇筑块厚度(m)
不同龄期(d)时的ξ值
3
6
9
12
15
18
21
24
27
30
1.00
0.36
0.29
0.17
0.09
0.05
0.03
0.01
1.25
0.42
0.31
0.19
0.11
0.07
0.04
0.03
1.50
0.49
0.46
0.38
0.29
0.21
0.15
0.12
0.08
0.05
0.04
2.50
0.65
0.62
0.59
0.48
0.38
0.29
0.23
0.19
0.16
0.15
3.00
0.68
0.67
0.63
0.57
0.45
0.36
0.30
0.25
0.21
0.19
4.00
0.74
0.73
0.72
0.65
0.55
0.46
0.37
0.30
0.25
0.24
由此计算龄期3天的砼内部中心温度:
=27.41+40.49×0.57=50.49℃
4.5、砼表面温度
砼的表面温度,按照下式计算:
式中:
Tb(τ)---龄期τ时,砼的表面温度(℃);
Tq---龄期τ时,大气的平均温度(℃);
ΔT(τ)---龄期τ时,砼中心温度与外界气温之差(℃);
h'---砼的虚厚度(m),
;
λ---砼的导热系数,取值为2.23W/m•K;
β---砼模板及保温层的传热系数(W/m2•K),
;
δi---各种保温材料的厚度(m);
λi---各种保温材料的导热系数(W/m•K);
βq---空气层传热系数,取值为23W/m2•K;
k---计算折减系数,取值为0.666;
H---砼的计算厚度,
;
h---砼的实际厚度(m)。
各种保温材料的导热系数表(W/m•K)
材料名称
λ
材料名称
λ
木板
0.23
甘蔗板
0.05
钢模
58
沥青玻璃棉毡
0.05
草袋
0.14
沥青矿棉
0.09-0.12
木屑
0.17
油毡纸
0.05
炉渣
0.47
泡沫塑料制品
0.03--0.05
干砂
0.33
普通砼
1.51--2.33
湿砂
1.31
加气砼
0.16
粘土
1.38---1.47
泡沫砼
0.10
红粘土砖
0.43
水
0.58
灰砂砖
0.69--0.79
空气
0.03
混凝土采用表面灌注0.2m厚、四周0.75m厚从承台砼冷凝管中流出的温水进行保温。
4.5.1混凝土的虚铺厚度:
各个参数取值:
δi—砼顶面蓄水保温厚度取20cm;砼四周水的保温层厚度取75cm;
λi—水的导热系数取0.58W/m·k;
Βq—空气层传热系数取23W/m2·k
水、钢模板保温层的传热系数β:
则有:
4.5.2混凝土的计算厚度:
=2.0+2×2.50=7.0m
龄期为3天时,砼中心温度与外界气温之差ΔT(4)=50.49-28.0=22.49(℃);
龄期为3天时,大气的平均温度Tq=28.0℃;
龄期为3天时,计算得出砼的表面温度:
=48.65℃
龄期为3天时,砼中心温度与表面温度之差为:
50.49-48.65=1.84℃<25℃
龄期为3天时,混凝土表面温度Tb(τ)与大气温度Tq之差为:
48.65-28.0=20.65℃<25℃
4.6、采取降温措施后的砼温度计算
根据设计要求,主墩承台分三次浇筑,每次浇筑设置一层冷却管,高度方向距混凝土顶面100cm,水平方向间距100cm(第一次浇筑厚度为2.0m,为最不利情况);冷却管材料选用钢管光-32-YB234-63黑铁管,外径42.25mm,壁厚3.25mm。
冷却管总量968.88m/3028.7kg,单根冷却管总量161.48m/504.8kg
冷却管自浇筑砼时即通入冷水,并连续通水14天,出水口流量10--20l/min,进水水温与砼内部温差小于20℃,冷却管内进出水温度差小于10℃,每隔1--2小时测温并记录一次。
在每次承台浇筑完毕后,利用冷却管流出的温水对承台进行蓄水保温养护。
蓄水高度0.2m,主墩承台钢套箱内壁同样蓄水,高于承台面0.5m。
本方案只计算主墩承台的冷却管降温参数,采用冷却管通水后降低砼内部的最高温度,表面蓄水进行保温,防止砼表面的温度与大气温度的温差过大。
相关计算参数为:
水泥用量:
350kg/m3;浇筑温度28.0℃,浇筑后平均气温28.0℃;
冷却水初始水温15℃,水的比热C=4.2KJ/kg•K,ρs=1000kg/m3,流量qs=15l/min=(15*60)/1000m3/h=0.9m3/h;
单根冷却管总长L=161.48m;
砼导热系数λ=3.15W/m•K,导温系数a=0.115m2/d,比热C=0.96KJ/kg•K,容重ρ=2400kg/m3。
根据冷却管布置方案,计算冷却管冷却圆柱体的直径为:
=
=1.21m
(此数据为化引的砼导温系数m2/d)
查参考图例(《斜拉桥建造技术》P339图3-2-64)得冷却水管散热残留比X值,见下表相关数据:
τ(d)
0.5
1.5
2.5
3.5
4.5
5.5
0.054
0.162
0.27
0.378
0.486
0.594
X
0.97
0.88
0.85
0.57
0.49
0.4
=
=50.89℃
,其中m=0.397(1/d)
砼的绝热温升见下表:
龄期τ(d)
1
2
3
4
5
6
砼绝热温升(℃)
27.89
35.42
40.49
43.90
46.19
47.73
查参考图例(《斜拉桥建造技术》P341图3-2-66)得Ca2值,见下表相关数据:
τ(d)
0.5
1.5
2.5
3.5
4.5
5.5
F0
0.0023
0.007
0.0115
0.0161
0.0207
0.0253
Ca2
0.92
0.85
0.8
0.77
0.73
0.71
通过表面和冷却管同时散热后的水化热温升,利用下述公式计算得出下表相关数值:
计算公式为:
τ
1
2
3
4
5
6
Tτ
27.89
35.42
40.49
43.9
46.19
47.73
ΔTτ
27.89
7.53
5.07
3.41
2.29
1.54
(Ca2)0.5
0.92
0.85
0.8
0.77
0.73
0.71
X0.5
0.97
0.88
0.85
0.57
0.49
0.4
(Ca2X)0.5D
0.89
0.75
0.68
0.44
0.36
0.28
Σ
1d
24.89
24.89
2d
20.86
5.63
26.49
3d
18.97
5.12
3.45
27.53
4d
12.24
3.30
2.23
1.50
19.27
5d
9.98
2.69
1.81
1.22
0.82
16.52
6d
7.92
2.14
1.44
0.97
0.65
0.44
13.56
从上表可以看出,最高温升发生在第3天,第3天时的
,查参考图例(《斜拉桥建造技术》P340图3-2-65)得Ca1=0.0625值。
则τ=3时的残留比如下:
Ca1=0.0625;Ca2=0.785;X=0.71
Ca1X=0.0625×0.71=0.044
(1-Ca1X)=1-0.044=0.956
Ca2X=0.785×0.71=0.557
(1-X)Ca2=(1-0.71)×0.785=0.228
砼浇筑初期由于有水泥水化热的影响,砼的表面温度常较气温高,此时:
式中:
Tq----砼浇筑后的平均气温,取28.0℃;
ΔT----砼表面温度高于气温的差值,按照以下采用:
表面不盖草袋时,ΔT=3~5℃;
表面盖一层草袋时,ΔT=10℃;
表面流水养护时,Tb=½(气温+流水温度)
本方案中,
=(28.0+15)×0.5=21.5℃
计算砼内部最高温度:
=55.64℃
通过以上对比计算,采取降温措施后砼的中心最高温度降幅为:
67.9-55.64=12.26℃。
龄期为3天时,砼的表面温度为48.65℃;
龄期为3天时,砼表面温度与中心温度之差为:
55.64-48.65=6.99℃<25℃
龄期为3天时,砼表面温度与大气温度之差为:
48.65-28.0=20.65℃<25℃
为避免砼裂缝的产生,采用蓄水20cm的保温方法,防止砼表面温度与大气温度相差过大。
2、过渡墩承台热工计算
过渡墩承台的混凝土浇筑计划在今年10月份(21#)和明年的4月份(23#)进行,东莞市累年各月平均气温、平均最高气温见下表:
东莞市累年各月平均气温表(单位:
℃)
月份
1
2
3
4
5
6
月平均气温
14.2
15.1
18.5
22.5
25.7
27.5
月份
7
8
9
10
11
12
月平均气温
28.5
28.3
27.1
24.3
20.0
15.9
东莞市累年各月平均最高气温表(单位:
℃)
月份
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
全年
月平均最高气温
26
26.8
28.7
31.2
33.1
34.7
36
35.6
34.6
32.7
30.2
27
31.4
本方案取4、10月份平均最高气温为32.5℃,平均气温24.3℃。
4.1、砼的拌和温度
砼搅拌后的出机温度,按照下式计算:
式中:
Tc---砼的拌和温度(℃);
W---各种材料的重量(kg);
C----各种材料的比热(kJ/kg•K);
Ti---各种材料的初始温度(℃)
混凝土拌和温度计算表
材料名称
重量W(kg)
比热C
(KJ/kgK)
热当量WC
(KJ/℃)
温度Ti
(℃)
热量TiWC
(KJ)
(1)
(2)
(3)=
(1)×
(2)
(4)
(5)=(3)×(4)
水泥
350.0
0.84
294.00
53.50
15729.00
砂
746.0
0.84
626.64
20.00
12532.80
碎石
1070.0
0.84
898.80
20.00
17976.00
粉煤灰
70.0
0.84
58.80
53.50
3145.80
减水剂
12.7
0.84
10.67
53.50
570.74
膨胀剂
拌和水
170.0
4.20
714.00
20.00
14280.00
合计∑
2418.7
2602.91
64234.34
注:
1、表中砂、石的重量,应是扣除游离水份后的净重;
2、上表温度栏中水泥、粉煤灰、减水剂均为太阳直晒温度,拌合水、砂、碎石为采用降温措施后的温度。
由此可得出采取降温措施的混凝土拌和温度:
℃
4.2、砼的浇筑温度
砼搅拌后的浇筑温度,按照下式计算:
式中:
Tj---砼的浇筑温度(℃);
Tc---砼的拌和温度(℃);
Tq----砼运输和浇筑时的室外气温,取24.3℃;
A1~An---温度损失系数
砼装、卸和转运,每次A=0.032;
砼运输时,A=θτ,τ为运输时间(min);
砼浇筑过程中A=0.003τ,τ为浇捣时间(min)。
砼出机拌和温度按照计算取值,为24.68℃;
砼运输和浇筑时的室外气温按照平均温度取值24.3℃;
砼运输罐车运输时间为45min,砼泵车下料时间约12min,砼分层厚度为30cm,每层砼(89.5m3)从振捣至浇筑完毕预计约3小时。
整个承台(分二次浇筑)每次浇筑完毕预计最大用时6小时。
温度损失系数值:
装料:
A1=0.032
运输:
A2=0.0042×45=0.189
砼罐车卸料:
A3=0.032
砼泵车下料:
A4=0.0042×12=0.05
浇捣:
A5=0.003×3×60=0.54
0.843
故:
=24.68+(24.3-24.68)×0.843=24.36℃
4.3、砼的绝热温升
式中:
T(τ)---在τ龄期时砼的绝热温升(℃);
Th----砼的最终绝热温升(℃),
;
e-----自然常数,取值为2.718;
m-----与水泥品种、浇捣时温度有关的经验系数,见下表,取25℃时的m值,内插求得m=0.384;
τ-----龄期(d)
计算水化热温升时的m值
浇筑温度(℃)
5
10
15
20
25
30
m
0.295
0.318
0.340
0.362
0.384
0.406
W-----每m3砼中水泥用量(kg/m3);
Q-----每kg水泥水化热量(J/kg),取值335J/kg;(《查简明施工计算手册》第572页表10--39)
C-----砼的比热,取值为0.96(J/kg•K)(《查简明施工计算手册》第571页表10—38)
ρ-----砼的容重,取为2400kg/m3。
采用本配合比时砼的最终绝热温升:
=
=50.89℃
3天时水化热温度最大,故计算龄期3天的绝热温升,则有:
=50.89×(1-0.2152)=39.94℃
4.4、砼内部温度
砼内部的中心温度,按照下式计算:
式中:
T(τ)max---在τ龄期时,砼内部中心的最高温度(℃);
Tj----砼的浇筑温度(℃);
T(t)----在t龄期时混凝土的绝热温升(oC);
ξ(τ)----不同浇筑块厚度,在不同龄期τ时的温降系数(℃);过渡墩承台分二次浇筑,即每次浇筑厚度1.75m,根据下表内插计算ξ(3)=0.53
不同龄期水化热温升与浇筑块厚度关系表
浇筑块厚度(m)
不同龄期(d)时的ξ值
3
6
9
12
15
18
21
24
27
30
1.00
0.36
0.29
0.17
0.09
0.05
0.03
0.01
1.25
0.42
0.31
0.19
0.11
0.07
0.04
0.03
1.50
0.49
0.46
0.38
0.29
0.21
0.15
0.12
0.08
0.05
0.04
2.50
0.65
0.62
0.59
0.48
0.38
0.29
0.23
0.19
0.16
0.15
3.00
0.68
0.67
0.63
0.57
0.45
0.36
0.30
0.25
0.21
0.19
4.00
0.74
0.73
0.72
0.65
0.55
0.46
0.37
0.30
0.25
0.24
由此计算龄期3天的砼内部中心温度:
=24.36+39.94×0.53=45.53℃
4.5、砼表面温度
砼的表面温度,按照下式计算:
式中:
Tb(τ)---龄期τ时,砼的表面温度(℃);
Tq---龄期τ时,大气的平均温度(℃);
ΔT(τ)---龄期τ时,砼中心温度与外界气温之差(℃);
h'---砼的虚厚度(m),
;
λ---砼的导热系数,取值为2.23W/m•K;
β---砼模板及保温层的传热系数(W/m2•K),
;
δi---各种保温材料的厚度(m);
λi---各种保温材料的导热系数(W/m•K);
βq---空气层传热系数,取值为23W/m2•K;
k---计算折减系数,取值为0.666;
H---砼的计算厚度,
;
h---砼的实际厚度(m)。
各种保温材料的导热系数表(W/m•K)
材料名称
λ
材料名称
λ
木板
0.23
甘蔗板
0.05
钢模
58
沥青玻璃棉毡
0.05
草袋
0.14
沥青矿棉
0.09-0.12
木屑
0.17
油毡纸
0.05
炉渣
0.47
泡沫塑料制品
0.03--0.05
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