大體積混凝土水化熱及溫度計算

黨安棟

摘要：在大體積混凝土中，配合比的設計中水化熱及溫度應力的計算對混凝土裂紋危害防治具有重要意義。本文結合XX橋梁、墩臺施工,對大體積混凝土水化熱及溫度應力計算的方法進行了系統的介紹。

關鍵詞：大體積混凝土水化熱溫度計算

一、混凝土水化熱計算

1、混凝土配合比的原則

XX大橋主橋墩、承臺采用C30低標號砼，采用華新水泥廠家生產的普通硅酸鹽P.042.5級水泥。承臺混凝土方量1662.5m3，屬于大體積混凝土，混凝土配合比的原則為：滿足設計混凝土強度等級條件下，摻適量粉煤灰，同時加緩凝劑，延長混凝土的初凝時間，盡可能降低混凝土的水泥用量，盡量降低混凝土內最大溫升值。

2、C30設計配合比

水泥： 311kg/m3；

水：194 kg/m3；大氣溫度在20℃，水溫在15℃

粗骨料： 1011 kg/m3；

細骨料： 767 kg/m3；

粉煤灰： 88kg/m3；

緩凝型減水劑： 0.8%。

3、混凝土溫度計算

1)、攪拌溫度計算和澆筑溫度

混凝土拌和溫度計算表

材料名稱 重量W(Kg) 比熱C(KJ/Kg.K) 熱當量 Wc(KJ/℃) 溫度Ti(℃) 熱量TiWc(KJ)

水泥 311 0.973 302.6 20 6052

砂子 767 0.84 644 26 16751

碎石 1011 0.84 849 23 19532

粉煤灰 88 0.84 73.9 20 1478

拌和水 194 4.2 815 15 12225

（注：本表中數值為經驗數據）

混凝土拌和溫度為:

Tc=∑TiWc/∑Wc=60109/2685=20.87℃。

考慮到混凝土運輸過程中受日曬等因素，入模溫度比攪拌溫度約高3℃?；炷寥肽囟燃sTj =23.87℃。

2）混凝土中心最高溫度：

TMAX=Tj+Th*ξ

Tj=23.87℃（入模溫度），ξ散熱系數取0.70

混凝土最高絕熱溫升Th=wQ/Cr=311×377/0.973×2400=50.29℃

其中311 Kg為水泥用量；377KJ/Kg為單位水泥水化熱；973KJ/Kg.K；2400Kg/m3為混凝土密度。

則TMAX=Tj+Th*ξ=23.87+50.89×0.70=59.49℃。

3）混凝土內外溫差

混凝土表面溫度（未考慮覆蓋）：

Tb=Tq+4h（H-h）△T/H2。

H=h+2h=4+2×0.07=4.14m，

h=k×λ/β＝0.666×2.33/22＝0.07m

式中Tbmax--混凝土表面最高溫度（℃）；Tq--大氣的平均溫度（℃）；

H－一混凝土的計算厚度；

h--混凝土的虛厚度；

h--混凝土的實際厚度；

ΔT－－混凝土中心溫度與外界氣溫之差的最大值；

λ--混凝土的導熱系數，此處可取 2.33W／m· K；

K--計算折減系數，根據試驗資料可取0.666；

β--混凝土模板及保溫層的傳熱系數（W/m*m·K），取22

Tq為大氣環境溫度，取20℃，△T= TMAX-Tq=39.49℃

故Tb=22.4℃。

混凝土內表溫度差：△Tc= TMAX-Tb=59.49-22.4=37.09℃

二、溫度應力計算

計算溫度應力的假定：

①混凝土等級為C30，水泥用量較大311 kg/m3；

②混凝土配筋率較高，對控制裂縫有利；

③底模對混凝土的約束可不考慮；

④幾何尺寸不算太大，水化熱溫升快，散熱也快。

因此，降溫與收縮的共同作用是引起混凝土開裂的主要因素。

先驗算由溫差和混凝土收縮所產生的溫度應力σmax是否超過當時厚板的極限抗拉強度Rc。

采用公式；

σmax=EaT[1-1/(coshβL/2)])s

式中：

E—混凝土各齡期時對應的彈性模量Et=Ec（1-e-0.9t）=2.79×104

式中:e=2.718自然對數的底；

t-混凝土齡期（天數）；

Ec—混凝土28天時C30的彈性模量Et=3×104 MPa；

a—混凝土的線膨脹系數1.0×10-5

L—結構長度，本工程厚板長度L=23.75 m（取長度）。

T—結構計算溫度：前面已述該厚板最大絕熱溫升Tmax=50.29 ℃

實際溫升最高在混凝土澆筑后第三天T3=Tmax-Tq=50.29 ℃-20=30.29 ℃

coshβ—是雙曲余弦函數

H—結構厚度，本工程厚板厚度 H=4

Cx—混凝土板與支承面間滑動阻力系數，對竹膠模板，比較砂質土的阻力系數考慮，取Cx=30 N/mm2。

S—混凝土應力松弛系數，查表得S=0.186

σmax=EaT[1-1/(coshβL/2)])S

=2.79×104×1×10-5×30.29×(1-1/1.00013×11.875) ×0.186=1.439MPa

參照“大體積混凝土施工”，根據以上公式、代入本工程相應數據，算得σmax=1.439MPa≤1.75 MPa(該混凝土30天齡期時的抗拉強度,由混凝土結構設計規范查得),由此可知,不會因降溫時混凝土收縮而引起收縮裂縫。

注：文章內所有公式及圖表請用PDF形式查看。