某建筑承臺大體積混凝土熱工計算

王曉霞

摘?要：大體積混凝土的水化熱是一個關鍵的問題，如能控制水化熱并采取合理的技術措施，質量就能得到保證。本文即是從承臺大體積混凝土熱工計算出發，來找出水化熱影響溫度變化的規律。

關鍵詞：大體積混凝土;水化熱;熱工

1 大體積混凝土概述

美國混凝土協會ACI從水化熱的角度定義大體積混凝土。日本建筑學會標準從混凝土內的最高溫度與外界氣溫之差定義了大體積混凝土。我國行業規范《大體積混凝土施工規范》、《公路橋涵施工技術標準》也從尺寸和水化熱角度定義了大體積混凝土。角度不同，大體積混凝土定義不同。但都具有一些共同特征：結構厚實，混凝土現澆量大，產生大量的水化熱使結構產生溫度變形，應采取措施防止裂縫開展。

2 工程概況

某建筑的基礎為大體積混凝土，承臺長48.4m，寬30.3m，高度3.0m，面積1238?m2?，混凝土的強度為C35。混凝土配合比如下：

拌合機入機原材料溫度：水泥溫度?T?c=30℃?;

砂、石、水與大氣溫度相同 ?T?g=T?w=20℃

根據進度計劃安排，基礎施工時間在夏季7月份，現場預計平均氣溫在20℃。

3 大體積混凝土熱工計算

3.1 混凝土絕熱溫升

混凝土最大絕熱溫升：?T?h=m?cQ/（c·ρ）=（268.5×375）/（0.97×2402.5）=43.21℃

由公式?T?（t）=T?h×（1-e-mt）?計算不同齡期水化熱絕熱溫升（3d、6d、9d、……24d、27d、30d）（本文只列出3d和30d齡期計算式，中間齡期同理計算，不再一一列出）：

T?（3）=T?h×（1-e-0.41×3）=43.21×（1-0.29）=30.68℃

T?（30）=T?h×（1-e-0.41×30）=43.21×（1-0.000005）=43.21℃

注：式中?T?h?——混凝土最大絕熱溫升（℃）;

T?（t）?——混凝土某齡期的水化熱絕熱溫升（℃）;

t??——混凝土的齡期（d）;

m?、?m?c?、?Q?、?ρ?可查表得到。

3.2 混凝土中心溫度計算

由?T?1（t）=T?j+T?（t）·ξ?（t）?計算得到：

T?1（3）=T?j+T?（3）·ξ?（3）=20+30.68×0.68=40.86℃

T?1（30）=T?j+T?（30）·ξ?（30）=20+43.21×0.19=28.21℃

注：式中?T?1（t）?——t齡期混凝土中心溫度（℃）;

T?j?——混凝土澆筑溫度（℃），20℃;

ξ?（t）?——t齡期降溫系數，查表可得。

3.3 混凝土表層（表面以下50～100mm處）溫度計算

由公式?T?2（t）=T?q+4·h'?（?H-h'?）?[T?1（t）-T?q]/H2?計算得到：

T?2（3）=20+4×0.64×（5.28-0.64）[40.86-20]/5.22=20+9.16=29.16℃

T?2（30）=20+4×0.64×（5.28-0.64）[28.21-20]/5.22=20+3.61=23.61℃

注：式中?T??2?（t）?——混凝土表面溫度（℃）;

T?q?——施工期大氣平均溫度（℃），20℃;

h'?——混凝土虛厚度（m）;?h'=k·λ/β=23×2.33/2.45=0.64m?;

k?——折減系數，取2/3;

λ?——混凝土導熱系數，取2.33[W/（m·K）];

β?——混凝土表面模板及保溫層等的傳熱系數[W/（?m2?·K）];

β=1/[∑δi/λi+1/β?q]=1/（0.051/0.14+1/23）=2.45

3.4 不同齡期混凝土的中心溫度與表面溫度差

由公式?ΔT?t=T?1（t）-T?2（t）?計算不同齡期混凝土的中心溫度與表面溫度差：

ΔT?3=T?1（3）-T?2（3）=40.86-29.16=11.70℃

ΔT?30=T?1（30）-T?2（30）=28.21-23.61=4.6℃

3.5 混凝土平均溫度

由公式?T?m（t）=[T?1（t）+T?2（t）]/2?計算不同齡期混凝土的中心溫度與表面溫度平均值：

T?m（3）=[T?1（3）+T?2（3）]/2=（40.86+29.16）/2=35.01℃

T?m（30）=[T?1（30）+T?2（30）]/2=（28.21+23.61）/2=25.91℃

4 結論

綜上述結論：混凝土中心溫度與表面溫度差小于25℃。本工程承臺混凝土施工需采取22.2mm厚阻燃草簾覆蓋澆水養護、保溫措施，可保證施工質量。

參考文獻：

[1]中華人民共和國住房和城鄉建設部.大體積混凝土施工規范（GB50496-2018）.中國建筑工業出版社，2018.

[2]同濟大學材料科學與工程學院.大體積混凝土配合比設計、施工與溫度控制全套技術.同濟大學出版社，2007.6.

[3]中國建筑科學研究院.混凝土外加劑應用技術規范（GB 50119-2013）.中國建筑工業出版社，2013.