CN101609084A - 普通混凝土导温系数随龄期发展预测模型的构建方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种普通混凝土导温系数(α)随龄期(t)发展预测模型的构建方法，本发明对不同水灰比、掺合料、水泥类型、砂率及骨料含量的混凝土导温系数(α)随龄期(t)发展的变化规律进行研究，根据上述各工况下混凝土导温系数(α)随龄期(t)发展的共性规律，建立普通混凝土导温系数(α)随龄期(t)发展的预测模型：(如图)式中：α_(t)——龄期为t时刻混凝土的导温系数值，m²/h；α_(t)——硬化混凝土的导温系数值，m²/h；t——龄期，小时。此预测模型能够较好地表征普通混凝土导温系数(α)随龄期(t)发展的变化规律。

Description

普通混凝土导温系数随龄期发展预测模型的构建方法

技术领域

本发明涉及一种预测普通混凝土导温系数随龄期发展变化的方法，属于混凝土建筑领域。

背景技术

土木工程领域中，至今已发展了许多种不同的计算模型以预测硬化中混凝土的温度和应力分布。不管是采用简单一维或复杂三维的热传导计算模型，计算中所需的关键热性能参数-导温系数是时间的函数。如果在进行混凝土早期温度场仿真计算中未考虑导温系数随龄期发展的特性，将使计算的温度场与实际情况相偏离。因此，只有找出导温系数随龄期的变化规律，提出可靠的预测模型才能为准确预测混凝土早期温度场的分布奠定坚实的基础。

混凝土的水化过程是活性水泥颗粒和其它拌合物成分之间相互作用的交联效应，其内部结构的不断发展主要是由于固相、液相以及气相之间在特定条件下反应的结果。整个水化过程中，混凝土内部充满了物理和化学反应。因此，混凝土从最初的半液体状态发展至完全固体状态的过程中，其导温系数将随龄期的增长而发生变化。可以采用能够测定混凝土早期导温系数的试验装置，从浇筑完毕至完全硬化的过程中对其导温系数进行测量，并绘制出随龄期发展的规律性曲线。

发明内容

普通混凝土导温系数随龄期发展预测模型，本发明对不同水灰比、掺合料、水泥类型、砂率及骨料含量的混凝土导温系数随龄期发展的变化规律进行研究，根据上述各工况下混凝土导温系数随龄期发展的共性规律，建立普通混凝土导温系数随龄期发展的预测模型，为混凝土早期温度场的仿真分析提供可靠的参数。

本发明模型构建方法的测定步骤按照以下过程进行：

1)对不同水灰比、掺合料、水泥类型、砂率及骨料含量的混凝土，从浇筑完毕至完全硬化过程中每隔1.5小时测定一次导温系数，并绘制出各试件导温系数随龄期发展的规律性曲线。

2)根据上述工况条件下的试验结果，得出混凝土导温系数随龄期发展的共性规律。即从浇筑完毕至龄期约8～12小时，混凝土导温系数不断减小，在达到最小值之后呈现出快速增长的趋势，并一直持续至龄期约20～30小时，随后开始进入稳定阶段。

3)根据混凝土导温系数随龄期发展的共性规律，采用如下高斯函数来表示：

$y_{\left(t\right)}{=y}_{\mathrm{RE}}[y_0+A\·e^{-0.5{[(t-t_c)/w]}^2}]---\left(1\right)$

式中：y^(t)——龄期为t时刻混凝土的导温系数值，m²/h；y_RE——硬化混凝土的导温系数值，m²/h；t——龄期，小时；t_c——达到最小值时的龄期，小时；A，y₀，w——待定参数。

4)建立混凝土导温系数随龄期发展预测模型。以各试件导温系数变化幅度的平均情况作为依据，得出导温系数最小值比稳定值约小10％，以龄期为10小时作为导温系数达到最小值时间的平均情况，以龄期为24小时作为导温系数达到稳定值时间的平均情况。根据上述分析，代入高斯函数计算得出y₀、t_c、w、A四个参数的值分别为1.001、10、9.680和-0.121，得到普通混凝土导温系数随龄期发展的预测模型为：

${\mathrm{\α}}_{\left(t\right)}={\mathrm{\α}}_{\mathrm{RE}}[1.001-0.121\·e^{-0.5{[(t-10)/9.680]}^2}]---\left(2\right)$

式中：α_(t)——龄期为t时刻混凝土的导温系数值，m²/h；α_RE——硬化混凝土的导温系数值，m²/h；t——龄期，小时。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

本发明通过对不同水灰比、掺合料、水泥类型、砂率及骨料含量的混凝土的导温系数随龄期的变化试验数据，采用高斯函数标示其变化的规律并建模，将混凝土各龄期导温系数的实验值与普通混凝土导温系数预测模型得到的预测值进行比较，试验数据较好的吻合了模型得到的预测值，通过该模型，可以很方便的得知任意混凝土任意时刻的导温系数，而不需要通过一套测试装置实时测试。

附图说明

图1是本发明混凝土导温系数随龄期发展的规律曲线图。

图2是实测数据与本发明模型预测曲线的比较示意图。

具体实施方式

以下结合说明书对发明进行进一步说明，但本发明所要求的保护范围并不局限于实施例描述的范围。

1、试验概况

1.1试验原材料

水泥海螺牌P.O42.5普通硅酸盐水泥；

砂子河砂，细度模数为2.3，颗粒级配良好；

石子5～20mm碎石，连续级配。

1.2试验方案

试件尺寸为150mm×150mm×300mm，采用的混凝土配合比见表1。浇筑完毕后迅速将试件搬入标准养护室内进行养护，并按每隔1.5小时测量一次混凝土的导温系数值。

表1混凝土中各材料用量

1.3试验数据分析

采用Origin软件对数据分析与绘图。

2、结果分析

水灰比为0.5的混凝土导温系数随龄期发展的规律如图1所示。通过图1，可以看出导温系数在龄期10小时前有一个不断减小的过程，在达到最小值后呈现出快速增加的趋势，直至龄期约25小时进入稳定发展阶段。整个水化过程中，导温系数减小的最大幅度为14.2％，硬化后的平均值为2.74m²/h。

3、普通混凝土导温系数随龄期发展预测模型建立

根据实验结果可知，导温系数发展稳定后的平均值为2.74m²/h，代入公式(2)中可以得到预测模型如下：

${\mathrm{\α}}_{\left(t\right)}=2.74[1.001-0.121\·e^{-0.5{[(t-10)/9.680]}^2}]$

式中：α_(t)——龄期为t时刻混凝土的导温系数值，m²/h；t——龄期，小时。

4、普通混凝土导温系数随龄期发展预测模型的验证和评价

将水灰比为0.5混凝土在标准养护条件下，用导温系数实测值验证该模型。图2给出了实测数据与预测曲线的比较结果。从图中可以看出，预测曲线与实测的数据之间具有很好的吻合度，相关系数达到了0.9147，说明该初步预测模型能够较好的表征混凝土早期导温系数随龄期的发展规律，并且在一定程度范围内是适用的。

Claims (3)

1、一种普通混凝土导温系数(α)随龄期(t)发展预测模型的构建方法，其特征在于：对不同水灰比、掺合料、水泥类型、砂率及骨料含量的混凝土导温系数(α)随龄期(t)发展的变化规律进行研究，根据上述各工况下混凝土导温系数(α)随龄期(t)发展的共性规律，建立普通混凝土导温系数(α)随龄期(t)发展的预测模型：步骤如下：

1)浇筑不同水灰比、掺合料、水泥类型、砂率及骨料含量的混凝土试件；

2)将浇筑完毕的混凝土试件放置于标准养护室内，并每隔1.5小时测定一次导温系数(α)直至完全硬化为止，绘制导温系数(α)随龄期发展的规律性曲线；

3)根据各工况条件下的试验结果，提出普通混凝土导温系数(α)随龄期发展的共性规律，采用的高斯函数的表达式为：

$y_{\left(t\right)}=y_{\mathrm{RE}}[y_0+A\·e^{-0.5{[(t-t_c)/w]}^2}]$

式中：y_(t)——龄期为t时刻混凝土的导温系数值，m²/h；y_RE——硬化混凝土的导温系数值，m²/h；t——龄期，小时；t_c——达到最小值时的龄期，小时A，y₀，w——待定参数；

4)根据共性规律建立普通混凝土导温系数(α)随龄期(t)发展的预测模型，即以各试件导温系数(α)变化幅度的平均情况作为依据，得到混凝土导温系数(α)最小值比硬化后的稳定值约小10％，以龄期(t)为10小时作为导温系数(α)达到最小值时间的平均情况，以龄期(t)为24小时作为导温系数(α)达到稳定值时间的平均情况，并代入高斯函数计算得出y₀、t_c、w、A四个参数的值分别为1.001、10、9.680和-0.121，得到普通混凝土导温系数(λ)随龄期(t)发展的预测模型为：

${\mathrm{\α}}_{\left(t\right)}={\mathrm{\α}}_{\mathrm{RE}}[1.001-0.121\·e^{-0.5{[(t-10)/9.680]}^2}]$

式中：α_(t)——龄期为t时刻混凝土的导温系数值，m²/h；α_RE——硬化混凝土的导温系数值，m²/h；t——龄期，小时。

2、如权利要求1所述的普通混凝土导温系数(α)随龄期(t)发展预测模型的构建方法，其特征在于：所浇筑试件的尺寸为150mm×150mm×300mm。

3、如权利要求1所述的普通混凝土导温系数(α)随龄期(t)发展预测模型的构建方法，其特征在于：普通混凝土导温系数(α)随龄期(t)发展的共性规律是，从浇筑完毕至龄期约8～12小时，导温系数不断减小，在达到最小值之后呈现出快速增长的趋势，并一直持续至龄期约20～30小时，随后开始进入稳定阶段。

Images