大體積混凝土內外溫差理論與實測不同的分析

毛 潔 胡彩萍 孫小杰

1 工程概況

某工程承臺尺寸為9 m×9 m×2 m,承臺混凝土為C30。承臺為大體積混凝土澆制。施工時間為2009年3月～4月,氣溫不是很高,按平均10℃考慮。混凝土養護采用毛氈上、下覆蓋兩層塑料布養護,養護時間從澆制完成6 h開始,14 d后完成養護。為對比混凝土內外溫差,并在發現溫差臨近警戒值時采取必要措施以防混凝土龜裂。在承臺中布置5個測溫處,每個測溫處布置3個測溫點(見圖1)。

2 理論計算混凝土內外溫差

2.1 C30混凝土配合比

C30混凝土配合比見表1。

表1 C30混凝土配合比 kg/m3

2.2 最大絕熱溫升

其中,Th為混凝土最大絕熱溫升,℃;mc為混凝土中水泥(包括膨脹劑)用量,kg/m3;Q為水泥28 d水化熱,kJ/kg,見表2;c為混凝土比熱,取 0.97 kJ/(kg·K);ρ為混凝土密度,取2 400 kg/m3;e為常數,取2.718;t為混凝土的齡期,d;m為系數,隨澆筑溫度改變(見表3)。

表2 不同品種、強度等級水泥的水化熱

表3 系數m

其中,mc=450 kg/m3,Q=334 kJ/kg,c=0.97 kJ/(kg·K),ρ=2 400 kg/m3,e=2.718,m=0.362(澆筑溫度20℃)。

1-e-mt值見表4。

表4 1-e-mt值

不同齡期參數、絕熱溫升值計算結果見表5。

表5 不同齡期參數、絕熱溫升值計算結果

2.3 混凝土中心計算溫度

其中,T1(t)為t齡期混凝土中心計算溫度,℃;Tj為混凝土澆筑溫度,℃,取 20℃;ξ(t)為 t齡期降溫系數,差值法見表6(澆筑層厚度2 m)。

表6 降溫系數ξ

混凝土中心溫度計算見表7。

表7 混凝土中心溫度計算表

2.4 混凝土表層(表面下100 mm處)溫度

1)保溫材料厚度(采用毛氈上、下覆蓋塑料布)。

δ=0.5h·λx(T2-Tq)Kb/λ(Tmax-T2)。

其中,δ為保溫材料厚度,m;λx為所選保溫材料導熱系數,W/(m·K);T2為混凝土表面溫度,℃;Tq為施工期大氣平均溫度,℃;λ為混凝土導熱系數,取2.33 W/(m·K);Tmax為計算得混凝土最高溫度,℃;Kb為傳熱系數修正值,取1.3～2.0。

計算時可取T2-Tq=15℃～20℃;Tmax-T2=20℃～25℃。

h=2.0,λx=0.14,T2-Tq=17.5,Kb=1.3,λ=2.33,Tmax-T2=22.5。

δ=0.5h·λx(T2-Tq)Kb/λ(Tmax-T2)=0.5×2×0.14×17.5×1.3/(2.33×22.5)=0.06 m。

表8 混凝土表層溫度計算表

2)混凝土表面模板及保溫層的傳熱系數。

β=1/ ∑δi/λi+1/βq=1/(0.06/0.14+1/23)=2.12。

其中,β為混凝土表面模板及保溫層等的傳熱系數,W/(m2·K);δi為各保溫材料厚度,m;λi為各保溫材料導熱系數,W/(m·K);βq為空氣層的傳熱系數,取23 W/(m2·K)。

3)混凝土虛厚度。

h′=k·λ/β=2/3×2.33/2.12=0.73 m。

其中,h′為混凝土虛厚度,m;k為折減系數,取2/3;λ為混凝土導熱系數,取2.33 W/(m·K)。

4)混凝土計算厚度。

H=h+2 h′=2+2×0.73=3.46。

其中,H為混凝土計算厚度,m;h為混凝土實際厚度,m。

5)混凝土表層溫度。

T2(t)=Tq+4·h′(H-h′)(T1(t)-Tq)/H2=10+4 ×0.73 ×(3.46-0.73)×(T1(t)-10)/3.462。

其中,T2(t)為混凝土表面溫度,℃;Tq為施工期大氣平均溫度,取10℃;h′為混凝土虛厚度,取 0.73 m;H為混凝土計算厚度,取3.46 m;T1(t)為混凝土中心溫度,℃。混凝土表層溫度計算見表8。

經過表8理論計算,混凝土中心溫度與表面溫度差值最大為15.6℃。

3 實測混凝土內外溫差

采用電子測溫儀對混凝土內外溫度進行測量,測量時間為混凝土溫度上升階段,開始5 d,每隔 2 h測溫一次,以后每隔4 h～8 h(宜每4 h)測溫一次,時間為30 d;平均溫度統計表見表9。

表9 平均溫度統計表

從表9看出,實測混凝土內外溫差最大值為18.6℃。

4 理論計算與實測數據分析

1)理論及實測混凝土內外溫差均不超過規范要求的“混凝土內外溫差不應超過25℃”的要求。2)混凝土齡期達到3 d前(包括3 d)實測混凝土內外溫度比理論計算結果高8.5℃。3)混凝土水化熱在3 d以后逐漸降低,混凝土內外溫差實測與理論計算相差不大且實測稍低。4)在大體積混凝土澆制時盡量分層澆制,以減少水化熱;混凝土澆制完成3 d內做好防護保溫措施,減小混凝土內外溫差。5)做好溫度測量,發現混凝土內外溫差過大及時采取補救措施。

[1] JGJ 3-2002,高層建筑混凝土結構技術規程[S].