CN106844989B - 最高环境温度浇筑时段混凝土浇筑温度的快速计算方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种可计算最高环境温度浇筑时段混凝土浇筑温度的快速计算方法，根据有限元计算，推导浇筑铺筑层浇筑期间温度回升和浇筑厚度、外界气温、铺筑层浇筑时间、导热系数、表面放热系数和导温系数等参数的关系，并利用有限元计算方法对计算结果进行验证，依本发明的方法，无需进行差分或有限元计算即可计算出铺筑层浇筑期间的温度回升，计算过程较为简单。依照本专利的计算方法，不仅可计算日平均浇筑温度，还可计算出最高环境温度时段的浇筑温度，计算结果更适于实际工程应用。此外，本发明用水化度理论估算混凝土浇筑期间混凝土水化放热对混凝土浇筑温度的影响，提高了浇筑温度计算的准确性。
Description
技术领域
本发明涉及一种可计算最高环境温度浇筑时段混凝土浇筑温度的快速计算方法，属于水利水电工程技术领域。
背景技术
混凝土浇筑施工过程中，1.5～3.0m厚的浇筑层需要分成若干铺筑层，例如，铺筑层厚度为0.3m时，对于1.50m厚的浇筑层，需要分成5个铺筑层，逐层向上浇筑，设混凝土入仓温度为T1，经平仓和铺筑层浇筑完毕，上层覆盖新混凝土时，老混凝土的温度为浇筑温度。实际工程中，浇筑温度测量点一般在铺筑层表面以下10cm位置。
控制浇筑温度是混凝土温控防裂的重要措施之一。目前，生产混凝土材料 (水、石和沙)的温度可以直接测量，但由于混凝土生产、运输和浇筑过程中受外界气温和自身水化放热温升的影响，混凝土温度将发生较大变化。根据混凝土原材料温度计算混凝土浇筑温度需要解决以下几个问题：
1)外界环境温度计算。混凝土生产到浇筑过程中的温度变化主要因素为外界温度和混凝土温度的差异，精确计算混凝土生产和浇筑过程中的外界温度十分重要。目前外界温度通常按平均气温考虑，较难计算准确浇筑过程中的最高温度，需要进一步研究。
2)出机口温度的计算。出机口温度为混凝土拌合结束时的温度。出机口温度和混凝土原材料温度以及出机口温度控制措施有关。由原材料温度计算出机口温度的计算方法目前已经较为成熟。
3)入仓温度的计算。混凝土生产后需经过运输吊运才能到达仓面进行浇筑，期间受环境温度等影响会产生温度变化。由出机口温度得到入仓温度的相关计算目前也已经较为完备。
4)浇筑期间的温度回升，包括平仓期间的温度回升、铺筑过程中的温升和浇筑期间自身水化放热温升。平仓期间的温度回升目前已经较为完善，铺筑过程中的温升和浇筑期间自身水化放热温升需要进一步研究。
目前，一般采用显式差分解法计算混凝土浇筑温度，计算过程十分复杂，且存在误差，需要进一步改进。
发明内容
鉴于上述原因，本发明的目的在于提供一种可计算最高环境温度浇筑时段混凝土浇筑温度的快速计算方法，根据有限元计算，推导浇筑铺筑层浇筑期间温度回升和浇筑厚度、外界气温、铺筑层浇筑时间、导热系数、表面放热系数和导温系数的关系，无需进行差分或有限元计算即可计算出铺筑层浇筑期间的温度回升，较现有方法计算过程更为简单，结果更加准确。
为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
一种可计算最高环境温度浇筑时段混凝土浇筑温度的快速计算方法，
混凝土浇筑温度为：
Tp＝Tp估n+ΔTP (1)
其中，Tp估n为混凝土浇筑温度的第n次计算的估算值，ΔTP为老混凝土热传导引起的浇筑温度的修正项，单位为℃；
其中，Ta为环境温度，如计算日平均浇筑温度则取值为日平均环境温度，如计算最高环境温度浇筑时段混凝土浇筑温度则取最高环境温度浇筑时段的平均环境温度，采取喷雾等措施时应考虑喷雾所降低的浇筑温度；为水化放热引起的温度回升；T1为入仓温度；φ1为平仓作用影响系数，φ2为铺筑层间歇影响系数；n为估算次数，取值大于3时即可认为是浇筑温度。
用于计算最高环境温度浇筑时段的平均环境温度时，最高环境温度浇筑时段的平均环境温度的计算方法：
其中，Ta为最高环境温度浇筑时段的平均环境温度，单位为℃；为最高环境温度浇筑时段的平均气温，单位为℃；为最高环境温度浇筑时段的太阳辐射热引起的平均环境温度增量，单位为℃；
其中，Aa为气温日变幅的一半，单位为℃；Δτ为铺筑薄层间歇时间，单位为小时；Tam为日平均气温，单位为℃；
A′＝12πS/PS (10)
S＝S0(1-kn) (11)
其中，Δτ为铺筑薄层间歇时间，单位为小时；S为考虑云量影响的太阳辐射热，单位为kJ/(m2·h)；PS为日照时间，单位为小时；S0为晴天日平均太阳辐射热，单位为kJ/(m2·h)；n为云量，缺少资料的情况下，云量取值为n＝0.2； k为系数；ks为混凝土太阳辐射吸收系数，一般取值为0.65。
对于水化放热引起的温度回升缺少试验数据但具有绝热温升拟合公式时，依据拟合公式确定水化放热引起的温度回升量，包括：
采用指数形式拟合时，
采用双曲线形式拟合时，
其中，θ0为绝热温升终值；a和b、n均为常数，根据绝热温升曲线性质决定；
等效水化放热时间为：
其中，Tc为绝热温升试验块的初始温度；Δτ为铺筑薄层间歇时间。
所述平仓作用影响系数φ1的计算方法为，
φ1＝kt (15)
其中，t为混凝土入仓后到平仓前所经历的时间，单位为分钟；k为经验系数。小型工程缺乏资料情况下，取k＝0.003(1℃/min)；对于大中型坝体，需要通过工程类比或实测方法获得经验系数；
所述铺筑层间歇影响系数φ2的计算方法为：
其中：为导热系数和表面放热系数的比值，取值范围为超过上下限范围时按照对应的上下限值考虑；c为比热，取值范围为0.6～1.2，单位为kJ/(kg·℃)，超过上下限范围时按照对应的上下限值取值。
式(1)中，老混凝土热传导引起的浇筑温度修正项ΔTP的计算方法为：
其中，为老混凝土热传导影响系数。
当铺筑层厚度为0.3m时，新老混凝土温差为1℃时，老混凝土热传导影响系数取值为：
| 比热/0.9 | 3小时 | 4小时 | 5小时 | 6小时 | 7小时 | 8小时 |
| 0.667 | 0.117 | 0.161 | 0.200 | 0.234 | 0.263 | 0.291 |
| 0.889 | 0.082 | 0.119 | 0.153 | 0.183 | 0.211 | 0.235 |
| 1.000 | 0.070 | 0.103 | 0.135 | 0.164 | 0.190 | 0.214 |
| 1.111 | 0.059 | 0.091 | 0.120 | 0.147 | 0.173 | 0.196 |
| 1.333 | 0.044 | 0.070 | 0.096 | 0.121 | 0.144 | 0.166 |
其中，比热的单位为kJ/(kg·℃)。
当铺筑层厚度为0.4m时，新老混凝土温差为1℃时，老混凝土热传导影响系数取值为：
| 比热/0.9 | 3小时 | 4小时 | 5小时 | 6小时 | 7小时 | 8小时 |
| 0.667 | 0.036 | 0.060 | 0.084 | 0.108 | 0.132 | 0.155 |
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| 1.333 | 0.007 | 0.015 | 0.025 | 0.036 | 0.048 | 0.060 |
当铺筑层厚度为0.5m时，新老混凝土温差为1℃时，老混凝土热传导影响系数取值为：
本发明的优点是：
本发明的可计算最高环境温度浇筑时段混凝土浇筑温度的快速计算方法，根据有限元计算，推导浇筑铺筑层浇筑期间温度回升和浇筑厚度、外界气温、铺筑层浇筑时间、导热系数、表面放热系数和导温系数等参数的关系，并利用有限元计算方法验证计算结果值，无需进行差分或有限元计算即可计算出铺筑层浇筑期间的温度回升，计算过程较为简单。依照本发明的计算方法，不仅可计算日平均浇筑温度，还可以计算出最高环境温度浇筑时段的浇筑温度，计算结果更适于实际工程应用。此外，本发明用水化度理论估算混凝土浇筑期间混凝土水化放热对混凝土浇筑温度的影响，提高了浇筑温度计算的准确性。
附图说明
图1是不同导热系数和表面放热系数的比值条件下单位温度差引起的混凝土温升的公式计算值和有限元计算验证值的对比结果示意图。
图2是图1所示对比结果的误差分析图。
图3是不同比热条件下单位温度差引起的混凝土温升的公式计算值和有限元计算验证值的对比结果示意图。
图4是图3所示对比结果的误差分析图。
具体实施方式
以下结合附图和实施例对本发明作进一步详细的描述。
一、本发明公开的可计算最高环境温度浇筑时段混凝土浇筑温度的快速计算方法，包括：
1、浇筑期间日平均环境温度计算。
(1)浇筑期间日平均外界温度为：
Ta＝Tam+ΔTa (1)
其中，Ta为环境温度，此处为日平均环境温度，单位为℃；Tam为日平均气温，单位为℃；ΔTa为太阳辐射热引起的日平均环境温度增量，单位为℃。
(2)太阳辐射等效气温计算
日平均太阳辐射辐射热为：
S＝S0(1-kn) (2)
其中，S为考虑云量影响日平均太阳辐射热，单位为kJ/(m2·h)(千焦/ (平方米·小时))；S0为晴天日平均太阳辐射热，单位为kJ/(m2·h)，取值详见表1；n为云量，缺少资料的情况下，云量取值为n＝0.2；k为系数，取值详见表2。
日平均太阳辐射热引起的日平均环境温度增量为：
其中，ΔTa为太阳辐射热引起的日平均环境温度增量，单位为℃；ks为混凝土太阳辐射吸收系数，一般取值为0.65。
2、高环境温度浇筑时段的平均环境温度的计算。
(1)高环境温度浇筑时段的平均环境温度：
其中，Ta为环境温度，此处最高环境温度浇筑时段的平均环境温度，单位为℃；为最高环境温度浇筑时段的平均气温，单位为℃；为最高环境温度浇筑时段太阳辐射热引起的平均环境温度增量，单位为℃。
(2)最高环境温度浇筑时段的平均气温为：
其中，Aa为气温日变幅的一半，即0.5×(日最高气温-日最低气温)，单位为℃；Δτ为铺筑薄层间歇时间，单位为h(小时)；Tam为日平均气温，单位为℃。
(3)最高环境温度浇筑时段太阳辐射热引起的平均环境温度增量：
A′＝12πS/PS (7)
其中，Δτ为铺筑薄层间歇时间，单位为h；S为考虑云量影响的太阳辐射热，单位为kJ/(m2·h)，取值同式(2)；PS为日照时间，单位为h，取值详见表3；ks为混凝土太阳辐射吸收系数，一般取值为0.65。
3、出机口温度计算。
(1)无风冷却设备，不加冰情况下，混凝土出机口温度T0的计算公式为：
其中，cs、cg、cc、cW分别为砂、石、水泥和水的比热，单位为kJ/(kg·℃)；
qs、qg分别为砂、石的含水量，单位为％；Ws、Wg、Wc、WW分别为每方混凝土中砂、石、水泥和水的重量，单位为kJ/(kg·℃)；Ts、Tg、Tc、TW分别为砂、石、水泥和水的温度，单位为℃；Hc为拌和过程中产生的机械热，单位为kJ/m3，其计算方法为：
Hc＝42Pt/V (9)
其中，P为拌和机的电动机功率，单位为KW(千瓦)；t为搅拌时间，单位为min(分钟)；V为搅拌机容量，单位为m3(立方米)，按有效出料容积计算。
缺少资料情况下，取cs＝cg＝cc＝0.837kJ/(kg·℃)，cW＝4.19kJ/(kg·℃)，可得：
(2)无风冷设备，如果以一部分冰屑代替拌和水，由于冰屑融化时将吸收335kJ/kg的潜热，可以降低混凝土的出机口温度，这种情况下，出机口温度 T0为：
其中，p为加冰率(实际加水量的百分比)；η为加冰的有效系数，在进入拌和机以前有一部分冰屑在运输途中已经融化，通常η＝0.75～0.85；其它参数定义与公式(8)中相应的参数定义相同。
(3)拌合楼有风冷设备的情况下，出机口温度按风冷设备制冷能力考虑。
4、入仓温度计算。
混凝土出拌和机后，经过运输，进入浇筑仓面时的温度称为入仓温度。
混凝土入仓温度为：
T1＝T0+(Ta-T0)(φ1+φ2+φ3+…+φn) (12)
其中，T1为混凝土入仓温度；Ta为环境温度，计算平均和最高入仓温度时，计算方法分别见前述公式(1)-(3)及公式(4)-(7)；T0为混凝土出机口温度；φ1、φ2、φ3、......、φn为经验系数，其确定方法是在施工过程中，组织实际测量，在当地具体施工条件下确定各经验系数的数值。
对于小型坝体，经验系数φ的取值分为以下五项：
(1)装料φ1＝0.032，运转φ3＝0.032，卸料φ5＝0.032；
(2)汽车运输(运转φ2)和吊斗运输(卸料φ4)按下式计算：
φ＝At (13)
其中，A为运输途中混凝土量损失计算参数，单位为(℃/min)(摄氏度/ 分钟)，取值详见表4；t为运输时间，单位为min，缺少资料情况下，按10 分钟考虑。
对于大中型坝体，需要通过工程类比或实测方法获得经验系数；装料、转运和卸载中采取遮阳措施的，应扣除对应过程中太阳辐射的影响；运输过程中如运载工具采用强有力保温措施的，应扣除运输过程中太阳辐射影响。
5、浇筑期间水化热温升。
等效水化放热时间为：
其中，Tc为绝热温升试验块的初始温度；T1为入仓温度；为等效水化放热时间，即绝热温升试验进行的时间；Δτ为铺筑薄层间歇时间。
水化放热引起的温度回升为 最好由试验数据直接得到。缺少试验数据但拥有绝热温升拟合公式时候，可依据拟合公式确定水化放热引起的温度回升量。
采用指数形式拟合时，水化放热引起的温度回升为：
其中，θ0为绝热温升终值；a和b均为常数，根据绝热温升曲线性质决定。
采用双曲线形式拟合时，水化放热引起的温度回升为：
其中，θ0为绝热温升终值；n为常数，根据绝热温升曲线性质所决定。
使用式(14)-式(16)时应特别注意铺筑薄层间歇时间的单位，避免出现因时间单位而引起的错误。
6、浇筑温度计算。
混凝土浇筑期间，外界温度引起的浇筑温度增量可采用迭代方法计算。
计算初值按下式考虑：
其中，Ta为环境温度，计算平均和最高入仓温度时，计算方法分别见前述公式(1)-(3)及公式(4)-(7)，采取喷雾等措施时应考虑喷雾所降低的浇筑温度；为水化放热引起的温度回升；T1为入仓温度；φ1为平仓作用影响系数，φ2为铺筑层间歇影响系数，计算公式分别为：
φ1＝kt (18)
其中，t为混凝土入仓后到平仓前所经历的时间，单位为分钟；k为经验系数。小型工程缺乏资料情况下，取k＝0.003(1℃/min)；对于大中型坝体，需要通过工程类比或实测方法获得经验系数。
其中：为导热系数和表面放热系数的比值，取值范围为超过上下限范围时按照对应的上下限值考虑；c为比热，取值范围为0.6～1.2，单位为kJ/(kg·℃)，超过上下限范围时按照对应的上下限值考虑。
浇筑温度通过迭代计算得到，迭代递推计算公式为：
当n≥3时，即进行三次以上迭代可获得精确的浇筑温度计算值。
混凝土浇筑过程中，下层混凝土的热传导将影响新浇筑混凝土的浇筑温度，新老混凝土温差为1℃时，老混凝土热传导影响系数取值参见表5～表 7。铺筑层厚度小于0.3m时，应专题研究可行性；铺筑层厚度在0.3m～0.5m 之间时，热传导修正项取值按插值取值；铺筑层厚度大于0.5m时，按照铺筑层厚度为0.5m对应的热传导修正项取值确定。
最终，得到混凝土浇筑温度为：
Tp＝Tp估n+ΔTP (21)
其中，Tp为混凝土浇筑温度，单位为℃；ΔTP为老混凝土热传导引起的浇筑温度的修正项，单位为℃；Tp估n为第n次的估算值。
由老混凝土热传导引起的浇筑温度修正项ΔTP的计算方法为：
二、对可计算最高环境温度浇筑时段混凝土浇筑温度的快速计算方法的验证
式(17)中，铺筑层间歇影响系数φ2的取值和验证
设：
φ2＝φ21φ22Δτ (23)
其中：φ21为表面热交换影响系数，φ22为内部热传导的影响系数。
φ21为表面热交换影响系数，和有关，故设：
其中：a和b为待定系数。
φ22为内部热传导影响系数，和导温系数相关，考虑到混凝土密度相差不大，故：
其中：d和e为待定系数。
(1)表面热交换影响系数φ21系数确定
根据朱伯芳院士的《大体积混凝土温度应力与温度控制》的理论解，可采用以下计算条件确定φ21和φ22：
浇筑温度按0℃考虑，外界温度按10℃考虑。混凝土浇筑模型顶面散热，其余面绝热。混凝土浇筑模型高度为0.5m，导热系数为164kJ/m·d·℃，比热为 0.9kJ/kg·℃，计算表面放热系数为100-1200kJ/m2·d·℃情况下，单位温度差引起的混凝土温升。将系数d的取值定为182.2，则φ22＝1，根据计算结果即得到比热0.9kJ/kg·℃且导热系数取值为164kJ/m·d·℃时，表面放热系数变化情况下单位温度差引起的单位时间混凝土温升，并由此得到系数φ21。表8为在浇筑间歇期Δτ分别为3小时～8个小时情况下，φ21φ22值(φ22＝1)。根据计算结果，λ/β取值在0.164到1.64期间，φ21的取值和浇筑间歇的时间无关且和λ/β取值密切相关。
当间歇时间为5小时、比热为0.9kJ/kg·℃、导热系数取值164kJ/m·d·℃、φ22＝1，且铺筑层间歇影响系数取值为时，有限元和公式拟合计算结果及相应的误差分析结果见图1和图2。公式拟合值和有限元计算值十分吻合。
(2)内部热传导的影响系数φ22确定
计算条件：浇筑温度按0℃考虑，外界温度按10℃考虑。混凝土浇筑模型顶面散热，其余面绝热。导热系数为164kJ/m·d·℃，表面放热系数为 600kJ/m2·d·℃，计算比热为0.6-1.2kJ/kg·℃情况下单位温度差引起的混凝土温升，并由此得到φ22。
导热系数为164kJ/m·d·℃，表面放热系数为600kJ/m2·d·℃时，不同比热情况下φ21φ22和φ22的取值见表9和表10。根据计算结果可知，φ22和浇筑间歇的时间无关，仅和比热相关。
当间歇时间为5个小时、导热系数为164kJ/m·d·℃、表面放热系数为 600kJ/m2·d·℃且时，限元和公式拟合计算结果及相应的误差分析结果见图3和图4。
(3)φ2适用范围的验证
根据式(23)式(24)和式(25)，可以确定φ2的取值：
本发明采取了不同的混凝土材料参数验证式(26)的正确性，表11和表 12为表面放热系数为900kJ/m2·d·℃、导热系数为164kJ/m·d·℃，不同的比热情况下计算得到的φ21φ22值和φ22值；表13和表14为表面放热系数为300kJ/m2·d·℃、导热系数为164kJ/m·d·℃，不同的比热情况下计算得到的φ21φ22值和φ22值。根据计算结果，φ21φ22值和φ22值均和铺筑层浇筑间歇时间无关，且均能较好的用式 (26)拟合。
2、由于老混凝土热传导引起的浇筑温度的修正项ΔTP的取值方法。
计算条件：浇筑温度按0℃考虑，外界温度按10℃考虑。混凝土浇筑模型底面散热，其余面绝热。导热系数为164kJ/m·d·℃，表面放热系数为 100000kJ/m2·d·℃，计算比热为0.6-1.2kJ/kg·℃情况下，单位温度差引起的混凝土温升。计算结果见表5～表7，即为老混凝土热传导引起的浇筑温度的修正项ΔTP。
三、计算最高环境温度浇筑时段混凝土浇筑温度的快速计算方法的一个算例：
某夏季施工坝体，铺筑层厚度为0.5m，采用喷雾措施，最高环境温度浇筑时段的外界环境温度降低幅度为10℃，计算高环境温度浇筑时段混凝土浇筑温度，计算的已经条件和计算结果见表15-表18。
| 纬度(北) | 春分、秋分 | 冬至 | 夏至 |
| 30° | 12 | 10 | 14 |
| 40° | 12 | 9 | 15 |
| 50° | 12 | 8 | 16 |
表3
表4
| 比热/0.9 | 3小时 | 4小时 | 5小时 | 6小时 | 7小时 | 8小时 |
| 0.667 | 0.117 | 0.161 | 0.200 | 0.234 | 0.263 | 0.291 |
| 0.889 | 0.082 | 0.119 | 0.153 | 0.183 | 0.211 | 0.235 |
| 1.000 | 0.070 | 0.103 | 0.135 | 0.164 | 0.190 | 0.214 |
| 1.111 | 0.059 | 0.091 | 0.120 | 0.147 | 0.173 | 0.196 |
| 1.333 | 0.044 | 0.070 | 0.096 | 0.121 | 0.144 | 0.166 |
表5
| 比热/0.9 | 3小时 | 4小时 | 5小时 | 6小时 | 7小时 | 8小时 |
| 0.667 | 0.036 | 0.060 | 0.084 | 0.108 | 0.132 | 0.155 |
| 0.889 | 0.020 | 0.036 | 0.054 | 0.072 | 0.091 | 0.109 |
| 1.000 | 0.015 | 0.028 | 0.044 | 0.060 | 0.076 | 0.093 |
| 1.111 | 0.012 | 0.022 | 0.036 | 0.050 | 0.065 | 0.080 |
| 1.333 | 0.007 | 0.015 | 0.025 | 0.036 | 0.048 | 0.060 |
表6
| 比热/0.9 | 3小时 | 4小时 | 5小时 | 6小时 | 7小时 | 8小时 |
| 0.667 | 0.011 | 0.021 | 0.035 | 0.052 | 0.070 | 0.088 |
| 0.889 | 0.005 | 0.010 | 0.018 | 0.028 | 0.039 | 0.052 |
| 1.000 | 0.003 | 0.007 | 0.013 | 0.020 | 0.030 | 0.040 |
| 1.111 | 0.002 | 0.005 | 0.010 | 0.016 | 0.023 | 0.031 |
| 1.333 | 0.001 | 0.003 | 0.006 | 0.009 | 0.014 | 0.020 |
表7
| λ/β | 3小时 | 4小时 | 5小时 | 6小时 | 7小时 | 8小时 |
| 0.164 | 0.053 | 0.053 | 0.052 | 0.050 | 0.049 | 0.047 |
| 0.205 | 0.045 | 0.045 | 0.044 | 0.043 | 0.042 | 0.041 |
| 0.273 | 0.036 | 0.036 | 0.035 | 0.035 | 0.034 | 0.033 |
| 0.410 | 0.025 | 0.025 | 0.025 | 0.025 | 0.024 | 0.024 |
| 0.547 | 0.020 | 0.020 | 0.020 | 0.019 | 0.019 | 0.019 |
| 0.820 | 0.013 | 0.014 | 0.014 | 0.014 | 0.013 | 0.013 |
| 1.093 | 0.010 | 0.010 | 0.010 | 0.010 | 0.010 | 0.010 |
| 1.640 | 0.007 | 0.007 | 0.007 | 0.007 | 0.007 | 0.007 |
表8
| 比热 | 3小时 | 4小时 | 5小时 | 6小时 | 7小时 | 8小时 |
| 0.8 | 0.040 | 0.040 | 0.039 | 0.038 | 0.037 | 0.036 |
| 0.9 | 0.036 | 0.036 | 0.035 | 0.035 | 0.034 | 0.033 |
| 1.0 | 0.032 | 0.032 | 0.032 | 0.032 | 0.031 | 0.030 |
| 1.2 | 0.026 | 0.027 | 0.027 | 0.027 | 0.027 | 0.026 |
表9
| 比热 | 3小时 | 4小时 | 5小时 | 6小时 | 7小时 | 8小时 |
| 0.8 | 1.12 | 1.12 | 1.12 | 1.09 | 1.09 | 1.08 |
| 0.9 | 1.00 | 1.00 | 1.01 | 0.99 | 0.99 | 0.99 |
| 1.0 | 0.88 | 0.90 | 0.93 | 0.91 | 0.91 | 0.92 |
| 1.2 | 0.72 | 0.75 | 0.77 | 0.77 | 0.79 | 0.80 |
表10
| 比热 | 3小时 | 4小时 | 5小时 | 6小时 | 7小时 | 8小时 |
| 0.8 | 0.055 | 0.055 | 0.053 | 0.051 | 0.049 | 0.048 |
| 0.9 | 0.049 | 0.049 | 0.048 | 0.047 | 0.045 | 0.044 |
| 1.0 | 0.044 | 0.045 | 0.044 | 0.043 | 0.042 | 0.041 |
| 1.2 | 0.036 | 0.037 | 0.037 | 0.037 | 0.036 | 0.035 |
表11
| 比热 | 3小时 | 4小时 | 5小时 | 6小时 | 7小时 | 8小时 |
| 0.8 | 1.13 | 1.11 | 1.11 | 1.09 | 1.10 | 1.08 |
| 0.9 | 1.01 | 1.01 | 1.01 | 1.00 | 1.01 | 1.00 |
| 1.0 | 0.90 | 0.91 | 0.92 | 0.92 | 0.93 | 0.92 |
| 1.2 | 0.74 | 0.76 | 0.78 | 0.79 | 0.80 | 0.80 |
表12
| 比热 | 3小时 | 4小时 | 5小时 | 6小时 | 7小时 | 8小时 |
| 800 | 0.022 | 0.022 | 0.022 | 0.021 | 0.021 | 0.020 |
| 900 | 0.020 | 0.020 | 0.020 | 0.019 | 0.019 | 0.019 |
| 1000 | 0.017 | 0.018 | 0.018 | 0.018 | 0.017 | 0.017 |
| 1200 | 0.014 | 0.015 | 0.015 | 0.015 | 0.015 | 0.015 |
表13
| 比热 | 3小时 | 4小时 | 5小时 | 6小时 | 7小时 | 8小时 |
| 800 | 1.10 | 1.11 | 1.10 | 1.13 | 1.10 | 1.07 |
| 900 | 0.98 | 0.99 | 0.99 | 1.02 | 1.00 | 0.98 |
| 1000 | 0.87 | 0.89 | 0.90 | 0.93 | 0.92 | 0.90 |
| 1200 | 0.70 | 0.73 | 0.75 | 0.79 | 0.78 | 0.77 |
表14
本发明的可计算最高环境温度浇筑时段混凝土浇筑温度的快速计算方法，根据有限元计算，推导浇筑铺筑层浇筑期间温度回升和浇筑厚度、外界气温、铺筑层浇筑时间、导热系数、表面放热系数和导温系数等参数的关系，并利用有限元计算方法对计算结果进行验证，依本发明的方法，无需进行差分或有限元计算即可计算出铺筑层浇筑期间的温度回升，计算过程较为简单。依照本发明的计算方法，不仅可计算日平均浇筑温度，还可以计算出最高环境温度浇筑时段的浇筑温度，计算结果更适于实际工程应用。此外，本发明用水化度理论估算混凝土浇筑期间混凝土水化放热对混凝土浇筑温度的影响，提高了浇筑温度计算的准确性。
以上所述是本发明的较佳实施例及其所运用的技术原理，对于本领域的技术人员来说，在不背离本发明的精神和范围的情况下，任何基于本发明技术方案基础上的等效变换、简单替换等显而易见的改变，均属于本发明保护范围之内。
Claims (7)
1.可计算最高环境温度浇筑时段混凝土浇筑温度的快速计算方法，其特征在于，
混凝土浇筑温度为：
Tp＝Tp估n+ΔTP (1)
公式(1)中，Tp估n为混凝土浇筑温度的第n次计算的估算值，ΔTP为老混凝土热传导引起的浇筑温度的修正项，单位为℃；
公式(2)-(3)中，Ta为最高环境温度浇筑时段的平均环境温度，采取喷雾措施时考虑喷雾所降低的浇筑温度；为水化放热引起的温度回升；T1为入仓温度；φ1为平仓作用影响系数，φ2为铺筑层间歇影响系数；n为估算次数，取值大于3时，Tp认为是浇筑温度；
其中，最高环境温度浇筑时段的平均环境温度的计算方法：
公式(7)中，Ta为最高环境温度浇筑时段的平均环境温度，单位为℃；为最高环境温度浇筑时段的平均气温，单位为℃；为最高环境温度浇筑时段的太阳辐射热引起的平均环境温度增量，单位为℃；
公式(8)中，Aa为气温日变幅的一半，单位为℃；Δτ为铺筑薄层间歇时间，单位为小时；Tam为日平均气温，单位为℃；
A'＝12πS/PS (10)
S＝S0(1-kn) (11)
公式(9)-(11)中，Δτ为铺筑薄层间歇时间，单位为小时；S为考虑云量影响的太阳辐射热，单位为kJ/m2·h；PS为日照时间，单位为小时；S0为晴天日平均太阳辐射热，单位为kJ/m2·h；n为云量，缺少资料的情况下，云量取值为n＝0.2；k为系数；ks为混凝土太阳辐射吸收系数，取值为0.65。
2.根据权利要求1所述的可计算最高环境温度浇筑时段混凝土浇筑温度的快速计算方法，其特征在于，对于水化放热引起的温度回升缺少试验数据但具有绝热温升拟合公式时，依据拟合公式确定水化放热引起的温度回升量，包括：
采用指数形式拟合时，
采用双曲线形式拟合时，
其中，θ0为绝热温升终值；a和b、n均为常数，根据绝热温升曲线性质决定；
等效水化放热时间为：
其中，Tc为绝热温升试验块的初始温度；Δτ为铺筑薄层间歇时间。
3.根据权利要求1所述的可计算最高环境温度浇筑时段混凝土浇筑温度的快速计算方法，其特征在于，所述平仓作用影响系数φ1的计算方法为，
φ1＝kt (15)
其中，t为混凝土入仓后到平仓前所经历的时间，单位为分钟；k为经验系数；小型工程在缺乏资料情况下，取k＝0.003℃/min；对于大中型坝体，需要通过工程类比或实测方法获得经验系数；
所述铺筑层间歇影响系数φ2的计算方法为：
其中：为导热系数和表面放热系数的比值，取值范围为超过上下限范围时按照对应的上下限值考虑；c为比热，取值范围为0.6～1.2，单位为kJ/kg·℃，超过上下限范围时按照对应的上下限值取值。
4.根据权利要求1所述的可计算最高环境温度浇筑时段混凝土浇筑温度的快速计算方法，其特征在于，老混凝土热传导引起的浇筑温度的修正项ΔTP的计算方法为：
其中，为老混凝土热传导影响系数。
5.根据权利要求4所述的可计算最高环境温度浇筑时段混凝土浇筑温度的快速计算方法，其特征在于，当铺筑层厚度为0.3m时，新老混凝土温差为1℃时，老混凝土热传导影响系数取值为：
其中，比热的单位为kJ/kg·℃。
6.根据权利要求4所述的可计算最高环境温度浇筑时段混凝土浇筑温度的快速计算方法，其特征在于，当铺筑层厚度为0.4m时，新老混凝土温差为1℃时，老混凝土热传导影响系数取值为：
其中，比热的单位为kJ/kg·℃。
7.根据权利要求4所述的可计算最高环境温度浇筑时段混凝土浇筑温度的快速计算方法，其特征在于，当铺筑层厚度为0.5m时，新老混凝土温差为1℃时，老混凝土热传导影响系数取值为：
其中，比热的单位为kJ/kg·℃。
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