CN115855287B - 一种用于大体积混凝土温度场的测温方法 - Google Patents

一种用于大体积混凝土温度场的测温方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及建筑工程技术领域，具体地涉及一种用于大体积混凝土温度场的测温方法，包括计算混凝土内部最高绝热升温值、计算混凝土中心最高温度、设计混凝土绝热升温公式、计算混凝土表面最高温度等。本发明能够得到研究对象在浇筑过程中的温度场结果和温度变化规律，准确测量水泥水热化温度，对减小混凝土的内外温差和表面急剧热扩散，防止混凝土因温差过大引起的温度收缩应力导致出现有害裂缝具有重要作用。另外，采用本发明的理论公式计算出理论温度值，再通过测温装置得到实际温度值，自动生成温度曲线图，有利于更好分析所出现问题的原因。

Description

一种用于大体积混凝土温度场的测温方法
技术领域
本发明涉及建筑工程技术领域，具体地涉及一种用于大体积混凝土温度场的测温方法。
背景技术
钢筋混凝土施工过程中，在混凝土浇筑时，内部过高的水化温度，往往在混凝土内部会产起较大的拉应力。有时温度应力可超过其他外荷载所引起的应力，就会产生温度裂缝。温度裂缝其主要产生原因为混凝土在凝结初期即水化反应期间，水泥释放出大量的水化热，由于结构本身体积大，累积在内部的水化热不易散发，致使内部温度在一定的时间内不断上升，而结构表面的热量则散发较快，因而造成结构内外温差较大，在表面产生拉应力，当温差产生的拉应力大于混凝土的极限抗拉应力时，便会在结构表面出现温度裂缝。特别是较大尺寸的混凝土构件使用越来越广泛，需要准确测量混凝土的水化热温度，以便于控制所述水化热温度，使大体积混凝土结构中不出现拉应力或者只出现很小的拉应力。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术存在的缺点，提出设计一种用于大体积混凝土温度场的测温方法。
本发明解决其技术问题所采取的技术方案是：
一种用于大体积混凝土温度场的测温方法，包括：
计算混凝土内部最高绝热升温值
Figure SMS_1
，
Figure SMS_2
，
其中，
Figure SMS_5
为水泥的水化热，J/Kg；
Figure SMS_7
为膨胀剂JEA的水化热，J/Kg；
Figure SMS_10
为水泥用量，Kg/m3；
Figure SMS_4
为JEA用量，Kg/m3；
Figure SMS_8
为混凝土比热，J/(Kg•℃)；
Figure SMS_9
为混凝土密度，Kg/m3；
Figure SMS_11
为混合材用量，Kg/m3；
Figure SMS_3
为混合材密度，Kg/m3；
Figure SMS_6
=0.98℃；
计算混凝土中心最高温度
Figure SMS_12
，
Figure SMS_13
，
其中，
Figure SMS_14
为混凝土浇筑时的温度，℃；
Figure SMS_15
为降温系数；
混凝土绝热升温公式为：
Figure SMS_16
，
其中，
Figure SMS_17
为龄期
Figure SMS_18
时水泥水化热，J/Kg；
Figure SMS_19
为折减系数；
计算混凝土表面最高温度为：
Figure SMS_20
，
其中，
Figure SMS_23
为龄期
Figure SMS_26
时混凝土的表面温度，℃；
Figure SMS_28
为龄期
Figure SMS_22
时大气的平均温度，℃；
Figure SMS_24
为混凝土的计算厚度，m；
Figure SMS_27
为混凝土的实际厚度，m；
Figure SMS_29
为混凝土的虚厚度，m；
Figure SMS_21
为龄期
Figure SMS_25
时，混凝土内部最高温度与外界气温之差，℃。
进一步的，所述龄期水泥水化热
Figure SMS_30
采用指数式：
Figure SMS_31
，
其中，
Figure SMS_32
为
Figure SMS_33
时的最终水化热，J/Kg；
Figure SMS_34
为龄期；
Figure SMS_35
为自然对数函数的底数；
Figure SMS_36
为常数。
进一步的，常数
Figure SMS_37
取值范围为0.3～0.5。
进一步的，所述
Figure SMS_38
采用复合指数式：
Figure SMS_39
，
其中，
Figure SMS_40
为
Figure SMS_41
时的最终水化热，J/Kg；
Figure SMS_42
为龄期；
Figure SMS_43
为自然对数函数的底数；
Figure SMS_44
、
Figure SMS_45
为常数。
进一步的，常数
Figure SMS_46
，
Figure SMS_47
。
进一步的，所述混合材为粉煤灰时，所述折减系数
Figure SMS_48
取0.253。
本发明的技术效果：
与现有技术相比，本发明的一种用于大体积混凝土温度场的测温方法，能够得到研究对象在浇筑过程中的温度场结果和温度变化规律，准确测量水泥水热化温度，对减小混凝土的内外温差和表面急剧热扩散，防止混凝土因温差过大引起的温度收缩应力导致出现有害裂缝具有重要作用。另外，采用本发明的理论公式计算出理论温度值，再通过测温装置得到实际温度值，自动生成温度曲线图，有利于更好分析所出现问题的原因。
附图说明
图1为本发明混凝土内部最高温度绘制曲线图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。
实施例：
本实施例涉及的一种用于大体积混凝土温度场的测温方法，包括：
混凝土内部最高温度是造成混凝土裂缝的关键因素，将混凝土内部最高绝热升温值
Figure SMS_49
设计为：
Figure SMS_50
，
其中，
Figure SMS_53
为水泥的水化热，J/Kg；
Figure SMS_56
为膨胀剂JEA的水化热，J/Kg；
Figure SMS_58
为水泥用量，Kg/m3；
Figure SMS_52
为JEA用量，Kg/m3；
Figure SMS_55
为混凝土比热，J/(Kg•℃)；
Figure SMS_57
为混凝土密度，Kg/m3；
Figure SMS_59
为混合材用量，Kg/m3；
Figure SMS_51
为混合材密度，Kg/m3；
Figure SMS_54
=0.98℃。
进一步求得计算混凝土中心最高温度
Figure SMS_60
：
Figure SMS_61
，
其中，
Figure SMS_62
为混凝土浇筑时的温度，℃；
Figure SMS_63
为不同浇筑厚度、不同龄期时的降温系数。为了更好控制混凝土内外温差，需求出混凝土的绝热升温曲线；混凝土的绝热温升曲线可根据水泥水化热估算。本发明可进行系数修正，提高了计算精度。
表1
Figure SMS_64
系数
Figure SMS_65
具体的
Figure SMS_66
系数参考表1。
本实施例利用实测值对公式进行修正，使得理论值与实测结果更加吻合。得到混凝土绝热升温公式为：
Figure SMS_67
，
其中，
Figure SMS_68
为龄期
Figure SMS_69
时水泥水化热，J/Kg；
Figure SMS_70
为折减系数；对于粉煤灰，可取0.253，能够根据该公式求出混凝土最高积温值。
水泥的水化热依赖于龄期，将所述龄期水泥水化热
Figure SMS_71
的计算公式设计为指数式或复合指数式。
指数式：
Figure SMS_72
；
复合指数式：
Figure SMS_73
，
其中，
Figure SMS_75
为
Figure SMS_79
时的最终水化热，J/Kg；
Figure SMS_81
为龄期；
Figure SMS_74
为自然对数函数的底数；
Figure SMS_80
为水化热系数，当混凝土龄期确定时，
Figure SMS_83
也就确定，因此
Figure SMS_85
为常数，随水泥品种、比表面及浇筑温度不同而不同，常数
Figure SMS_76
取值范围在0.3～0.5之间；
Figure SMS_78
、
Figure SMS_82
为常数，
Figure SMS_84
，
Figure SMS_77
。
通过计算，可以得到每天混凝土内部最高温度，最后绘制得到的曲线如图1所示。
从图中可看出，温度整体成上升趋势，必须采取相应的措施来降低内部温度。
为了控制混凝土中心与表面的温差以及混凝土表面与环境温度的温差，需预测混凝土最高温升时和各龄期在保温材料覆盖下的表面温度。计算混凝土表面最高温度为：
Figure SMS_86
，
其中，
Figure SMS_89
为龄期
Figure SMS_91
时混凝土的表面温度，℃；
Figure SMS_93
为龄期
Figure SMS_88
时大气的平均温度，℃；
Figure SMS_92
为混凝土的计算厚度，m；
Figure SMS_94
为混凝土的实际厚度，m；
Figure SMS_95
为混凝土的虚厚度，m；
Figure SMS_87
为龄期
Figure SMS_90
时，混凝土内部最高温度与外界气温之差，℃，算出理论气温差值达到，以此达到实时监测温度的目的。
本发明利用有限元软件ANSYS建模，通过顺序耦合法，进行温度场和应力场的模拟仿真分析，仿真时作出如下假设：
1、假定混凝土在浇筑过程中不发生变形；
2、假定热源的放热性是时间函数，与空间其他变量无关。
通过大量的数据分析，当设定常数
Figure SMS_96
时，结合现场硬件部署情况，能推导得出一个满足实际现场需求的温度计算模型。通过此模型能自动生成温度曲线图，更有利于分析问题所在。
Figure SMS_97
为混合材为粉煤灰时的折减系数，这个系数因材而异，其值是通过大量实验数据结合模型计算推到出来的一个合理值。
本发明将水泥水化热计算公式设计为指数式和复合指数式，分别代入混凝土绝热升温公式，能够获得两组理论结果。特别是复合指数式的水泥水化热计算公式，能够更好的修正模型，能够考虑实际工程中热量散失情况，进行参数的修正。实际工作时，可根据现场的混凝土测温记录选择更符合实际情况的水泥水化热公式。通过本发明的测温方法，能够得到研究对象在浇筑过程中的温度场结果和温度变化规律，对减小混凝土的内外温差和表面急剧热扩散，防止混凝土因温差过大引起的温度收缩应力导致出现有害裂缝具有重要作用。
本发明在混凝土拌制过程程中，可拌加一定类型的外加剂，改善混凝土施工性能，可提高抗裂性能，也可采用降低水泥用量的方法来降低混凝土内部的水化温度，在保证混凝土设计强度的情况下，应尽可能地降低水泥用量。由于缓慢降温，延长养护时间，可充分发挥混凝土的应力松弛效应，对提高混凝土的抗拉强度和极限拉伸能力也具有重要意义。
上述具体实施方式仅是本发明的具体个案，本发明的专利保护范围包括但不限于上述具体实施方式，任何符合本发明权利要求书且任何所属技术领域的普通技术人员对其所做的适当变化或修饰，皆应落入本发明的专利保护范围。

Claims (6)

1.一种用于大体积混凝土温度场的测温方法，其特征在于，包括：
计算混凝土内部最高绝热升温值
Figure QLYQS_1
，
Figure QLYQS_2
，
其中，
Figure QLYQS_4
为水泥的水化热，J/Kg；
Figure QLYQS_7
为膨胀剂JEA的水化热，J/Kg；
Figure QLYQS_10
为水泥用量，Kg/m3；
Figure QLYQS_5
为JEA用量，Kg/m3；
Figure QLYQS_8
为混凝土比热，J/(Kg•℃)；
Figure QLYQS_9
为混凝土密度，Kg/m3；
Figure QLYQS_11
为混合材用量，Kg/m3；
Figure QLYQS_3
为混合材密度，Kg/m3；
Figure QLYQS_6
=0.98℃；
计算混凝土中心最高温度
Figure QLYQS_12
，
Figure QLYQS_13
，
其中，
Figure QLYQS_14
为混凝土浇筑时的温度，℃，
Figure QLYQS_15
为降温系数；
混凝土绝热升温公式为：
Figure QLYQS_16
，
其中，
Figure QLYQS_17
为龄期
Figure QLYQS_18
时水泥水化热，J/Kg；
Figure QLYQS_19
为折减系数；
计算混凝土表面最高温度为：
Figure QLYQS_20
，
其中，
Figure QLYQS_22
为龄期
Figure QLYQS_25
时混凝土的表面温度，℃；
Figure QLYQS_27
为龄期
Figure QLYQS_23
时大气的平均温度，℃；
Figure QLYQS_26
为混凝土的计算厚度，m；
Figure QLYQS_28
为混凝土的实际厚度，m；
Figure QLYQS_29
为混凝土的虚厚度，m；
Figure QLYQS_21
为龄期
Figure QLYQS_24
时，混凝土内部最高温度与外界气温之差，℃。
2.根据权利要求1所述的用于大体积混凝土温度场的测温方法，其特征在于，所述龄期水泥水化热
Figure QLYQS_30
采用指数式：
Figure QLYQS_31
，
其中，
Figure QLYQS_32
为
Figure QLYQS_33
时的最终水化热，J/Kg；
Figure QLYQS_34
为龄期；
Figure QLYQS_35
为自然对数函数的底数；
Figure QLYQS_36
为常数。
3.根据权利要求2所述的用于大体积混凝土温度场的测温方法，其特征在于，常数
Figure QLYQS_37
取值范围为0.3～0.5。
4.根据权利要求1所述的用于大体积混凝土温度场的测温方法，其特征在于，所述
Figure QLYQS_38
采用复合指数式：
Figure QLYQS_39
，
其中，
Figure QLYQS_40
为
Figure QLYQS_41
时的最终水化热，J/Kg；
Figure QLYQS_42
为龄期；
Figure QLYQS_43
为自然对数函数的底数；
Figure QLYQS_44
、
Figure QLYQS_45
为常数。
5.根据权利要求4所述的用于大体积混凝土温度场的测温方法，其特征在于，常数
Figure QLYQS_46
，
Figure QLYQS_47
。
6.根据权利要求1所述的用于大体积混凝土温度场的测温方法，其特征在于，所述混合材为粉煤灰时，所述折减系数
Figure QLYQS_48
取0.253。
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