混凝土工程蓄热法养护方案.docx
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混凝土工程蓄热法养护方案
混凝土工程蓄热法养护方案
1.工艺特点
将混凝土的组成材料进行加热然后搅拌,在经过运输、振捣后仍具有一定温度,浇筑后的混凝土周围用保温材料严密覆盖。
利用这种预加的热量和水泥的水化热量,使混凝土缓慢冷却,并在冷却过程中逐渐硬化,当混凝土温度降至0℃时可达到抗冻临界强度或预期的强度要求。
蓄热法具有经济、简便、节能等优点,混凝土在较低温度下硬化,其最终强度损失小,耐久性较高,可获得较优质量的制品。
但用蓄热法施工,强度增长较慢,因此宜选用强度等级较高、水化热较大的硅酸盐水泥、普通硅酸盐水泥或快硬硅酸盐水泥。
同时选用导热系数小、价廉耐用的保温材料。
保温层敷设后要注意防潮和防止透风,对于构件的边棱、端部和凸角要特别加强保温,新浇混凝土与已硬化混凝土连接处,为避免热量的传导损失,必要时应采取局部加热措施。
2.适用范围
当结构表面系数较小或气温不太低时,应优先采用蓄热法施工。
蓄热法的适用范围大致如表22-35所示。
蓄热法适用范围表22-35
室外平均气温
(℃)
结构表面系数
5~7.5
7.5~10
10~12.5
12.5~15
0
蓄热法
蓄热法
蓄热法
蓄热法
-2
蓄热法
蓄热法
蓄热法
综合蓄热法
-5
蓄热法
蓄热法
综合蓄热法
综合蓄热法
-8
蓄热法
综合蓄热法
综合蓄热法
-10
综合蓄热法
综合蓄热法
注:
综合蓄热法即在蓄热法工艺的基础上,在混凝土中掺入防冻剂,以延长硬化时间和提高抗冻害能力。
3.热工计算
蓄热法热工计算的依据是热量平衡原理,即每立方米混凝土从浇筑完毕时的温度下降到0℃的过程中,透过模板和保温层所放出的热量,等于混凝土预加热量和水泥在此期间所放出的水化热之和。
当施工条件(结构尺寸、材料配比、浇筑后的温度和养护期间的预测气温)确定以后,先初步选定保温材料的种类、厚度和构造,然后计算出混凝土冷却到0℃的延续时间和混凝土在此期间的平均温度。
据此再用成熟度方法估算出混凝土可能获得的强度。
如所得结果达不到抗冻临界强度值或预期的强度要求,则需调整某些施工条件或修改保温层设计,再进行计算,直至符合要求为止。
蓄热法的热工计算按以下方法进行:
(1)混凝土蓄热养护开始到任一时刻t的温度,可按下式计算:
(22-17)
(2)混凝土蓄热养护开始到任一时刻t的平均温度,可按下式计算:
(22-18)
其中θ、φ、η,为综合参数,按下式计算:
式中T——混凝土蓄热养护开始到任一时刻t的温度(℃);
Tm——混凝土蓄热养护开始到任一时刻t的平均温度(℃);
t——混凝土蓄热养护开始到任一时刻的时间(h);
Tm,a——混凝土蓄热养护开始到任一时刻t的平均气温(℃);
ρc——混凝土的质量密度(kg/m3);
mce——每立方米混凝土水泥用量(kg/m3);
Qce——水泥水化累积最终放热量(kJ/kg);
vce——水泥水化速度系数(h-1);
ω——透风系数;
M——结构表面系数(m-1);
K——结构围护层的总传热系数[kJ/(m2·h·K)];
e——自然对数底,可取e=2.72。
注:
①结构表面系数M值可按下式计算:
M=A/V
式中A——混凝土结构表面积(m2);
v——混凝土结构的体积(m3)。
②结构围护层总传热系数可按下式计算:
di——第i层围护层厚度(m);
λi——第i层围护层的导热系数[W/(m·K)]。
③平均气温Tm,a取法,可采用蓄热养护开始至t时气象预报的平均气温,亦可按每时或每日平均气温计算。
④水泥水化累积最终放热量Qce、水泥水化速度系数vce及透风系数ω取值见表22-36和表22-37。
水泥水化累积最终放热量Qce和水化速度系数vce表22-36
水泥品种及强度等级
Qce(kJ/kg)
vce(h-1)
52.5号硅酸盐水泥
400
52.5号普通硅酸盐水泥
360
42.5号普通硅酸盐水泥
330
0.013
42.5号矿渣、火山灰、粉煤灰硅酸盐水泥
240
透风系数ω表22-37
围护层种类
透风系数
小风
中风
大风
围护层由易透风材料组成
2.0
2.5
3.0
易透风保温材料外包不易透风材料
1.5
1.8
2.0
围护层由不易透风材料组成
1.3
1.45
1.6
注:
小风—风速vw<3m/s;中风—风速3≤vw≤5m/s;大风—风速vw>5m/s。
(3)当需要计算混凝土蓄热养护冷却至0℃的时间时,、可根据公式(22-17)采用逐次逼近的方法进行计算。
如果蓄热养护条件满足
,且KM≥50时,也可按下式直接计算:
(22-19)
式中t0——混凝土蓄热养护冷却至0℃的时间(h)。
混凝土冷却至0℃的时间内,其平均温度可根据公式(22-18)取t=t0进行计算。
(4)混凝土蓄热养护的有关参数,也可用图22-29和表22-38查得。
各种保温模板的传热系数表22-38
保温模板构造
传热系数K[W/(m2·K)]
钢模板,区格间填以聚苯乙烯板50mm厚
3.0
钢模板,区格间填以聚苯乙烯板50mm厚,外包岩棉毡30mm厚
0.9
钢模板,外包毛毡三层20mm厚
3.5
木模板25mm厚,外包岩棉毡30mm厚
1.1
木模板25mm厚,外包草帘50mm厚
1.0
图22-29用普通42.5级水泥拌制的混凝土蓄热计算图
(入模温度:
20℃)
【例】一批钢筋混凝土柱,断面为300mm×400mm,用普通42.5号水泥拌制,混凝土浇筑后的温度为20℃,预计养护期间室外平均气温为-10℃,要求混凝土温度降至0℃时达到50%的设计强度。
求保温条件和构件冷却时间、平均温度。
【解】先计算构件的表面系数:
使用图22-29中M=12.5的一栏。
在“达到设计强度的百分率”中找出50%的强度线与-10℃的气温线相交,在纵坐标上查得K=0.9W/(m2·K),然后在K=0.9的水平线与-10℃气温线相交处分别查得冷却时间为5d,平均温度为10℃。
根据K值在表22-38“各种保温模板的传热系数”中选用:
钢模板,在钢模板的区格间填以聚苯乙烯板50mm厚,外包岩棉毡30mm厚。
但在构件的自由端应将岩棉毡加厚至100mm,构件的根部与原有混凝土连接处应局部短期加热。
4.施工注意事项
(1)混凝土浇筑后要在裸露的混凝土表面先用塑料薄膜等防水材料覆盖,然后铺设保温材料。
对于端部其厚度要增大到面部的2~3倍。
(2)混凝土浇筑后应有一套严格的测温制度,如发现混凝土温度下降过快或遇寒流袭击,应立即采取补加保温层或人工加热措施。
(3)采用组合钢模板时,宜采用整装整拆方案,并确保模板保温效果和减少材料消耗。
为了便于脱模,可在混凝土强度达到1N/mm2后,使侧模板轻轻脱离混凝土再合上继续养护到拆模。
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