混凝土熱學參數的現場試驗與反演分析

丁兵勇 孫巧榮 強 晟

（1.中國電建集團華東勘測設計研究院有限公司，杭州 311122；2.河海大學 水利水電學院，南京 210098）

在大體積混凝土溫度場和溫度應力場的仿真計算中，混凝土熱學參數的選取將直接影響計算結果的可靠性，同時影響溫度控制標準和溫度控制措施制定的合理性。

混凝土熱學參數主要有比熱、密度、導溫系數[1-3]、導熱系數、表面放熱系數及絕熱溫升參數等。其中，絕熱溫升參數一般通過絕熱溫升試驗獲得，但由于實驗室環境和現場環境不同，同時混凝土的溫升規律與自身溫度密切相關，室內試驗很難準確反映施工現場混凝土的真實性能。

本文利用現場施工實測數據，反演混凝土絕熱溫升參數[4-5]，進而用于溫度場和應力場計算，與混凝土室內試驗相比，現場試驗成本低，獲取的參數精度高，對于溫控防裂研究有較大的經濟意義和指導意義。

1 混凝土現場試驗

某水電站發電廠房為2級建筑物，主廠房總長151.0m， 其中主機間長106.0m、機組間距25m、安裝間長45.0m。廠房4#機組底板首倉混凝土，上下游方向長22.95m（壩下0+098.65～ 0+121.6m），廠左右方向寬21m（壩右0+010.0～0+031.0m），高程方向高1.3m（EL3340.0～3341.3m），共計澆筑631m3混凝土。混凝土采用三級配C9030W8F200，配合比見表1。

表1 混凝土配合比（單位：kg/m3）

首倉混凝土2019年3月31日01:00開始澆筑，至4月1日10:00收倉。混凝土內部EL3340.9m埋設冷卻水管間距1.0m，混凝土內部EL3340.7m和EL3341.3m共埋設4支溫度計，見圖1[5]。混凝土澆筑后，對混凝土內外部溫度進行監測，見表2。

表2 混凝土內部測點溫度統計

續表2

圖1 溫度測點布置

2 混凝土熱學參數反演

以廠房4#機組首倉混凝土作為熱學參數反演對象，計算模型見圖2。

圖2 反演計算模型

模擬現場施工情況、水管布置、環境溫度和養護保溫等進行仿真計算。其中，混凝土絕熱溫升的初步計算參數，依據混凝土配合比，并根據經驗公式推求[1]。

經過多次反演計算，使得計算測點溫度與實測溫度得以較好地吻合，最終確定采用多段線光滑相連更能反映實際混凝土的溫度變化規律，擬合確定采用的混凝土絕熱溫升計算式為：

式中，θ為絕熱溫升，單位為℃；τ為齡期，單位為d。

測點溫度計算值與實測值對比見圖3～圖6，反演參數計算值與實測值吻合較好，說明反演結果可靠、有效。可利用該絕熱溫升公式進行下一步的溫度場及應力場仿真計算，以指導現場施工。

圖3 1#測點溫度擬合

圖4 2#測點溫度擬合

圖5 3#測點溫度擬合

圖6 4#測點溫度擬合

3 結論

通過簡單的溫度計等儀器，結合現場混凝土澆筑施工，開展混凝土熱學參數試驗及反演計算，獲得計算所需參數。計算結果表明，計算值與實測值吻合得相當好，說明反演計算結果精度較高，可以用于后續混凝土溫度場及溫度應力的計算。