大體積混凝土熱值計(jì)算

1、 大體積混凝土的概念 1、定義 現(xiàn)代建筑中時(shí)常涉及到大體積混凝土施工，如橋梁基礎(chǔ)、墩臺、高層樓房基礎(chǔ)、大型設(shè)備基礎(chǔ)、水利大壩等。它主要的特點(diǎn)就是體積大，一般實(shí)體最小尺寸大于或等于1m，它的表面系數(shù)比較小，水泥水化熱釋放比較集中，內(nèi)部溫升比較快?；炷羶?nèi)外溫差較大時(shí)，會使混凝土產(chǎn)生溫度裂縫，影響結(jié)構(gòu)安全和正常使用。所以必須從根本上分析它，來保證施工的質(zhì)量。 我國大體積混凝土施工規(guī)范GB50496-2009規(guī)定：混凝土結(jié)構(gòu)物實(shí)體最小尺寸大于或等于1m的大體量混凝土，或預(yù)計(jì)會因混凝土中膠凝材料水化引起的溫度變化和收縮而導(dǎo)致有害縫產(chǎn)生的混凝土。 美國混凝土學(xué)會(ACI)規(guī)定：“任何就地澆筑的大體積混凝土，其尺寸之大，必須要求解決水化熱及隨之引起的體積變形問題，以最大限度減少開裂”。日本建筑學(xué)會標(biāo)準(zhǔn)(JASS5)規(guī)定：“結(jié)構(gòu)斷面最小厚度在80cm以上，同時(shí)水化熱引起混凝土內(nèi)部的最高溫度與外界氣溫之差預(yù)計(jì)超過25的混凝土，稱為大體積混凝土”。 2、大體積混凝土的特點(diǎn)： 結(jié)構(gòu)厚實(shí)，混凝土量大，工程條件復(fù)雜（一般都是地下現(xiàn)澆鋼筋混凝土結(jié) 構(gòu)），施工技術(shù)要求高，水泥水化熱較大（預(yù)計(jì)超過25度），易使結(jié)構(gòu)物產(chǎn)生溫度變形。大體積混凝土除了最小斷面和內(nèi)外溫度有一定的規(guī)定外，對平面尺寸也有一定限制。因?yàn)槠矫娉叽邕^大，約束作用所產(chǎn)生的溫度力也愈大，如采取控制溫度措施不當(dāng)，溫度應(yīng)力超過混凝土所能承受的拉力極限值時(shí)，則易產(chǎn)生裂縫。 3、大體積砼與普通砼的區(qū)別 不能僅以截面尺寸來簡單判斷是否大體積砼，實(shí)際施工中，有些砼厚度達(dá)到1m，但也不屬于大體積砼的范疇，有些砼雖然厚度未達(dá)到1m，但水化熱卻較大，不按大體積砼的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)施工，也會造成結(jié)構(gòu)裂縫。 大體積砼與普通砼的區(qū)別表面上看是厚度不同，但其實(shí)質(zhì)的區(qū)別是由于砼中水泥水化要產(chǎn)生熱量，大體積砼內(nèi)部的熱量不如表面的熱量散失得快，造成內(nèi)外溫差過大，其所產(chǎn)生的溫度應(yīng)力可能會使砼開裂。因此判斷是否屬于大體積砼既要考慮厚度這一因素，又要考慮水泥品種、強(qiáng)度等級、每立方米水泥用量等因素，比較準(zhǔn)確的方法是通過計(jì)算水泥水化熱所引起的砼的溫升值與環(huán)境溫度的差值大小來判別，一般來說，當(dāng)其差值小于25時(shí)，其所產(chǎn)生的溫度應(yīng)力將會小于砼本身的抗拉強(qiáng)度，不會造成砼的開裂，當(dāng)差值大于25時(shí)，其所產(chǎn)生的溫度應(yīng)力在可能大于砼本身的抗拉強(qiáng)度， 造成砼的開裂，此時(shí)就可判定該砼屬大體積砼，并應(yīng)按規(guī)范進(jìn)行水化熱計(jì)算并采取措施進(jìn)行施工，以確保砼不致開裂，造成工程滲漏水的隱患。2、 水泥水化熱值 影響水泥水化熱的因素很多，最重要的因素是熟料中的礦物組成（如高C3A的熟料水化熱高），其次還有混合材種類（粉煤灰、礦渣水化熱低）和摻入量、 水泥細(xì)度（越細(xì)，水化熱越高）、水灰比、溫度和濕度、水泥早期強(qiáng)度高低等等。 一般來說，水泥水化放熱的周期很長，但大部分熱量是在3d以內(nèi)放出。水化熱的大小與放熱速率首先決定于熟料的礦物組成，一般規(guī)律為：C3A(鋁酸三鈣)的水化熱和放熱速率最大，C2S(硅酸二鈣)、C4AF（鐵鋁酸四鈣）次之，C3S(硅酸三鈣)的水化熱最小，放熱速率也最慢。 有的研究認(rèn)為，水泥的水化熱具有可加性，可用下式計(jì)算：Q3天=240C3S+50C2S+880C3A+290C4AFQ28天377C3S+150C2S+1378C3A+494C4AF式中：Q水泥的水化熱(J/g)； C3S,C2S,C3A,C4AF各熟料礦物的含量（）。一般來說，幾種不同品種的水泥水化熱為：普通硅酸鹽水泥375525J/g抗硫酸鹽水泥和礦渣水泥355440J/g火山灰水泥315420J/g 不同等級的水泥水化熱為：水泥強(qiáng)度等級32.542.5普通水泥(J/g)-461礦渣水泥(J/g)247335 注：火山灰硅酸鹽水泥、粉煤灰硅酸鹽水泥的發(fā)熱量與礦渣水泥接近。3、 大體積混凝土的溫控計(jì)算示例 1、混凝土的絕熱溫升 水泥水化熱引起的混凝土內(nèi)部實(shí)際最高溫度與混凝土的絕熱溫升有關(guān)。 混凝土的絕熱溫升： T=WQ(1e-mt)/(C) 式中：T混凝土的絕熱溫升() W每立方混凝土的水泥用量(kg/m3)，取329kg/m3 Q每公斤水泥28d的累計(jì)水化熱，查大體積混凝土施工P14表21， Q=460240J/kg C混凝土比熱993.7J/(kg)； 混凝土容重2400kg/m3； t混凝土齡期(天)； m常數(shù)，與水泥品種、澆筑時(shí)溫度有關(guān),一般取0.3； e常數(shù)，e=2.718自然對數(shù)的底； 當(dāng)t為0天時(shí)，混凝土最高絕熱溫升： 計(jì)算：Tmax=329460240/(993.72400)=63.49() 混凝土的內(nèi)部最高溫度 Tmax=T0+T 式中： Tmax混凝土內(nèi)部最高溫度()； T0混凝土澆筑溫度()； T混凝土的絕熱溫升 混凝土的散熱系數(shù)，混凝土厚度為2m，取=0.65；按上式計(jì)算： Tmax=18+63.490.8=60。 混凝土的表面最高溫度 Tbmax=Tq+4(Hh)h+T/2H H=h+2hh=K/ 式中： Tbmax混凝土表面最高溫度()； Tq大氣的平均溫度()，取18； H一混凝土的計(jì)算厚度； h混凝土的虛厚度； h混凝土的實(shí)際厚度； T混凝土中心溫度與外界氣溫之差的最大值，T=TmaxTq； 混凝土的導(dǎo)熱系數(shù)，此處可取2.33W/m/k； k計(jì)算折減系數(shù)，根據(jù)試驗(yàn)資料可取0.666； 混凝土模板及保溫層的傳熱系數(shù)(W/m2/K)，大體積混凝土未采取保溫措施時(shí)，此處取空氣的平均傳熱系數(shù)5W/m2/K； 以10月施工為例：Tq取18，h取2m； h=K/=0.6662.33/5=0.31H=h+2h=2+20.31=2.6T=6018=42 混凝土的表面溫度：Tbmax=18+4(20.31)0.31+(6018)/22.6=32.8（4） 內(nèi)外溫差計(jì)算混凝土的內(nèi)外溫差： TmaxTbmax=6032.8=27.125 所以砼表面不能滿足防裂要求，需要采用內(nèi)部降溫措施?；炷帘砻鏈囟群痛髿獾臏夭睿?TbmaxTq=27.118=9.125，可滿足防裂要求。四、大體積混凝土的施工技術(shù) 1、大體積混凝土主要指混凝土結(jié)構(gòu)實(shí)體最小幾何尺寸不小于1m，或預(yù)計(jì)會因混凝土中水泥水化引起的溫度變化和收縮導(dǎo)致有害裂縫產(chǎn)生的混凝土。 2、配制大體積混凝土用材料宜符合下列規(guī)定： 、水泥應(yīng)優(yōu)先選用質(zhì)量穩(wěn)定有利于改善混凝土抗裂性能，C3A含量較低、C2S含量相對較高的水泥。、細(xì)骨料宜使用級配良好的中砂，其細(xì)度模數(shù)宜大于2.3。、釆用非泵送施工時(shí)粗骨料的粒徑可適當(dāng)增大。、應(yīng)選用緩凝型的高效減水劑。 3、大體積混凝土配合比應(yīng)符合下列規(guī)定： 、大體積混凝土配合比的設(shè)計(jì)除應(yīng)符合設(shè)計(jì)強(qiáng)度等級、耐久性、抗?jié)B性、體積穩(wěn)定性等要求外，尚應(yīng)符合大體積混凝土施工工藝特性的要求，并應(yīng)符合合理使用材料、降低混凝土絕熱溫升值的原則。、混凝土拌和物在澆筑工作面的坍落度不宜大于160mm。、拌和水用量不宜大于170kg/m。、粉煤灰摻量應(yīng)適當(dāng)增加，但不宜超過水泥用量的40%;礦渣粉的摻量不宜超過水泥用量的50%，兩種摻和料的總量不宜大于混凝土中水泥重量的50%。