水工混凝土出机口温度计算新法浅析.pdf

西北水 电 2 0 1 2年 增刊 2 3 3 文章编号： 1 0 0 6 -2 6 1 0 ( 2 0 1 2 ) s 2 _ _ 0 0 3 3 _ _ 0 3 水 工混凝 土 出机 口温度 计算新法浅析 董立 安， 李 志， 李小 明 ( 中国水利水电建设工程咨询西北公司， 西安7 1 0 0 7 5 ) 摘要： 大体积混凝土在温度应力的作用下而发生裂缝， 对结构混凝土的整体性及耐久性造成不利的影响。目前多 采用的预冷混凝土浇筑现行规范及手册中， 均推荐按热平衡原理计算出机 口理论温度， 通过对热平衡公式原理的分 析， 混凝土出机口温度一般不小于 3， 原公式计算出机13 拌和物总比热容时， 拌制过程中加入的冰仍按冰的比热进 行计算， 与实际不符， 实际拌制完成的混凝土， 固态冰已融化， 加入的冰在出机口总比热容计算时， 应按水计算 ， 特提 出混凝土出机口温度计算的新方法。 关键词： 出机口温度 ； 比热； 计算 ； 新方法 中图分类号： T V 4 3 1 ； T V 5 2 3 文献标识码： A St ud y o n Ne w M e t ho d f o r Ca l c u l a t i o n o f Te mpe r at u r e o f Hy dr a u l i c Co n c r e t e a t M i x e r Ou t l e t DONG Li -a n，LI Zh i ，LI Xi a omi ng ( C h i n a H y d r o C o n s u l t i n g E n g i n e e ri n g C o r p o r a t i o n ， N o h w e s t B r a n c h ， X i a n 7 1 0 0 7 5 ， C h i n a ) Ab s t r a c t ：Ma s s c o n c r e t e c r a c k s u n d e r a c t i o n o f t e mp e r a t u r e s t r e s s T h i s c a u s e s u n f a v o r a b l e i mp a c t o n i n t e g r a l i t y an d d u r a b i l i t y o f s t r u c t u r a l c o n c r e t e C u r r e n t l y，t h e t h e o r e t i c a l t e mp e r a t u r e o f c o n c r e t e a t mi x e r o u t l e t i s c alc u l a t e d a c c o r d i n g t o t h e p ri n c i p l e o f h e a t b alanc e r e c o mme n d e d i n c o d e a n d ma n u al f o r p r e - c o o l e d c o n c r e t e p l a c e me n t T h o u g h a n aly s i s o n t h e p r i n c i p l e o f t h e h e a t b ala n c e f o r mu l a ，t h e t e mp e r a t u r e o f c o n c r e t e a t t h e mi x e r o u t l e t i s n o t l o we r t h a n 3 g e n e r a l l y W h e n t h e t o t a l s p e c i f i c h e a t o f t h e mi x t u r e a t t h e mi x e r o u t l e t i s c alc u l a t e d b y t h e e x i s t i n g f o rm u l a ，i c e a d d e d d u ri n g mi x i n g o p e r a t i o n i s c alc u l a t e d b ase d o n t h e s p e c i fi c h e a t o f t h e i c e T h i s i s n o t i n c o mp l i a n c e wi t h a c t u a l i t y b e c a u s e t h e s o l i d i c e i s me l t e d i n t h e mi x e d c o n c r e t e Th e a d d e d i c e s h all b e r e g a r d e d a s wa t e r f o r c al c u l a t i o n o f t h e t o t al s p e c i fi c h e a t a t t h e mi x e r o u t l e t T h e r e f o r e ，n e w me t h o d for c alc u l a t i o n o f t h e c o n c r e t e t e mp e r a t u r e a t t h e mi x e r o u t l e t i s r a t s e d Ke y wo r d s ： t e m p e r a t u r e o f c o n c r e t e a t mi x e r o u t l e t ；s p e c i f i c h e a t ；c alc fla t i o n； n e w me t h o d 1 工程现状 2 现行混凝土出机 口温度计算方法 大体积混凝土 自然散热缓慢 ， 浇筑后水泥水化 ， 温度迅速上升 ， 且 幅度较大。为 了防止混凝土内外 温差过大 ， 在温度应力的作用下而发生裂缝 ， 对结构 混凝土的整体性及耐久性造成不利的影响， 混凝 土 体 内的最高温度必须加 以严格的控制 。控制混凝土 最高温升的方法之一是 降低其人仓 温度 ， 目前 中国 大多数大中型水电站通过使用预冷却材料拌制混凝 土等人工降温措施控制混凝土的出机口温度 。 收稿 日期 ： 2 0 1 2 - 0 9 - 2 6 作者简介： 董立安( 1 9 8 2 一) ， 男， 河南省信阳市人 ， 工程师， 从事 水利水电工程施工管理 2 1 混凝土出机口的温度计算 混凝土 的出机 口温度 ， 根 据热 平衡 原理 按式 ( 1 ) 计算 ： ： !二 ! ( 1 ) G C 、 式中： 为混凝土出机 15的理论计算温度 ， o C； T i 为 组成混凝土第 i 类材料的平均进料温度， ； G 为每 立方米混凝土中第 i 类材料 的重量， k g ； C 为第 i 类 材料 的比热 ， k J ( k g k ) ； G 为每立方米混凝土 的 加冰量 ， k g ； 叼为冰的冷量利用率 ， 以小数计 ； Q为每 立方米混凝土拌和时产生 的机械热 ， k J m 。 ； 若进料 温度按人楼前的温度计算时 ， 还应计及运输和二次 3 4 董立 安， 李志， 李小州 水3 - 混凝土 出机 口温度 计算新法浅析 筛分 中增加的机械热 ； 3 3 5为冰的融化潜热 ， k J k g 。 ( 1 )计算 自然条件下 的出机 口温度 ， 在堆场有 适当遮阳措施 ， 骨料湿润并 由地弄取料时， 骨料温度 可选用当地旬平均气温值。 ( 2 )冷却计算时取水泥温度 3 0 6 0 ， 水泥出 厂时问短 ， 当地气温高时取较大值 ， 反之取较小值 。 ( 3 )砂石料的含水 ( 或冰) 量应按实际情况作 为组成材料之一计入 ， 其温度与砂石的温度相同。 2 2 岩石及 混凝 土组成 材料 的热 学特性 表 1为各种岩石及混凝 土组成 材料 的热学特 性 ， 表 1中数据仅供无试验资料时参考。 表 l 各种岩石及混凝土组成材料的热学特 眭表 称 。 2 3 冰 的冷量 利用 率 冰的冷 量利 用 率 卵对 干燥 过 冷 的片冰 可取 1 0 ； 对接近 0的潮湿片冰取 0 8 0 0 9 0 。 2 4 机械 热 ( ， 的估算 拌和时产生的机械热和二次筛分等增加的机械 热 ， 可按式( 2 ) 估算。 Q=3 6( I O N t V )+ Q ( 2 ) 式 中： p为每立方米混凝土拌和时产生机械热 和二 次筛分等增加的机械热 ， k J m ； N为搅拌机 的电动 机功率 ， k W； t 为搅拌 时间， ra i n ； V为搅拌 机容量 ， 1T I ， 按有效出料容积计 ； 9为运输和二次筛分增加 的机械热 ， 一般可取 8 3 71 6 7 5 k J 。 当生产常 温混凝 土时 ， 机械 热 的估算 值可 取 2 0 0 0 k J m ； 生产低温混凝土时， 可取 4 0 0 0 k J 1 T I 。 3 新温控 汁箅 况分析 3 1 冷 却方 式 ( 1 )堆料场骨料初冷 ， 包括料堆表面喷水 、 料堆 内部通风冷却以及设置遮阳棚 ， 保持一定的储料量 和料层厚度等措施 ， 以稳定 、 降低骨料的初始温度 ； ( 2 )冷冻水拌和 ； ( 3 )以冰代水加冰拌和 ； ( 4 )风冷粗骨料 ， 有仅在拌和楼料仓 内风冷和 先在调节料仓内一次风冷 ， 而后在拌和楼料仓 内二 次风冷等 2种方法 ； ( 5 )水冷粗骨料 ， 有浸泡冷法、 罐内循环水冷法 和喷淋水冷却等方法 ； ( 6 )真空汽化法冷却粗、 细骨料 ； ( 7 )在热交换器 内冷却水泥和砂子； ( 8 )在气力输送系统 中用液氮冷却水泥 ， 用液 氮直接冷却水或正在拌和中的混凝土。 3 2 各种材料冷却值对混凝土降温效果的影响 表 2是以某配合 比的混凝土为例 ， 按照通用计 算方法得出各种材料冷却 1 c IC对混凝 土的降温效 果 表 2 冷却各种材料对混凝土的降温效 果表 注： 表中数据未计骨料的含水量 ； 每立方米混凝 土加冰 1 0 k g代水约可 降低混凝土温度 1 21 5 。 由表 2可见 ， 冷却骨料产生的效果最显著 ； 在拌 和机中加冰， 也可得 到较明显的降温效果 。从技术 和经济效果综合考虑 ， 一般宜以冷却拌和水 、 加冰拌 和、 冷却粗骨料作 为混凝土材料 的主要冷却措施 。 只在 降温 幅度 要 求很 高 时， 才需 要 冷 却 砂 和水 泥 。 4 f I I 机 温度计算新法 为保证混凝土充分水化， 混凝土出机 口温度一 般大于 3， 在 3以上的工况 中， 冰已经溶化 ， 此 时利用热平衡原理计算 出机 口温度时 ， 拌合物的总 比热容已变为 1 1 1 k g ( m o C) ， 所 以出机 口的温 度应为 ： T i G C 一 3 3 5 r G + Q ” G i C +G ( C 水一c 冰 ) 西 北水 电 2 0 1 2年 增刊 2 3 5 5 新 旧计算法对典型配合比理论出机 口温度 的影响 这里我们利用糯扎 渡水 电站抗 冲耐 磨混凝 土 ( C 1 8 0 5 5 ， 塌落度 5 7 c m， 要求出机 口温度不大于 1 O c 【 = ) 常用配合 比进行 比较分析 ， 采用 以往通用温控 计算方法得到出机 口温度为 9 5 6。利用理论推 理得 出 的 新 计 算 方 法 得 到 出 机 口温 度 为 9 1 8 o C 7 - 8 1 。 表 3 通用方法计算表 表4 新方法计算表 注： 每立方米混凝a n 冰1 O k g 代水约可降低混凝土温度1 2 1 5； 此处未计算掺外加剂的比热； 一般单方混凝土中不超 过 3 k g ， 本配合 比中减水剂 2 9 6 k g ( 掺量 0 9 )， 引气剂 0 0 2 6 k g ( 掺量 0 8 o ) 。 从表 3和表 4中可 以看出， 新 旧公式的主要差 别是混凝土的总比热不 同， 主要差别为原公式 在计 算总比热时， 加入的片冰比热按照2 0 9 4计算 ， 实际 上 ， 混凝土出机 口温度均在 0 以上 ， 原公式存在理 论上的错误 ， 用新公式进行计算 ， 混凝土总热量不变 的情况下 ， 新公 式所得总 比热偏大 ， 出机 口温度偏 低 ， 且新公式与实际相吻合。 根据现场拌和楼实测原材料 ， 水泥使用温度平 均 5 0， 人工砂平均温度为 2 0， 含水平均在 5 左右， 现场拌和物出机口温度检测平均值在 9 7 左右， 符合新公式理论计算， 见表 5 。从表4和表 5 中可以看出 ， 不管原材料的温度如何变化 ， 混凝土的 总 比热容不变 ， 总比热容仅与配合比有关。 表 5 现场拌和实际拌制计算 表 6 结语 通过对温度能量转换工况分析 ， 用水 的比热代 替冰的比热计算出机口 拌和物的总比热， 客观、 真实 地反映温度控制过程 中的能量转换 ， 新 的出机 口温 度计算的理论公式较原公 式更 能准确反映现场工 况。用水的 比热容代替冰的比热容进行总比热容计 算时， 混凝土理论温度较原标准低 ， 这有利于设备选 型以及资源配置， 掺冰量越大 ， 效果越明显 ， 越能客 观地反映实际情况。 参考文献 ： 水利水 电工程施工技术信息 网 水 利水 电工程施工手册 混凝 土工程 M 北京 ： 中国电力 出版社 ， 2 0 0 2 水利 电力部水利水 电建设总局 水 利水 电工 程施工 组织设计 手册 M 北京 ： 中国水利水 电出版社 ， 1 9 9 0 韩燕 ， 欧 阳建树 ， 黄达 海 大坝混凝 土运输及 浇筑 过程 中温 度 回升研究 J 水 电能源科学 ， 2 0 1 0， ( 1 1 ) ： 1 0 0 1 0 3 康志明 ， 王新华 ， 罗毅 小 湾水 电站 大坝混凝 土 出机 口温度 控 制情况简介 J 混凝土 ， 2 0 1 0， ( 1 2 ) ：1 2 1 1 2 4 韩燕 ， 李翔 ， 刘心庭 ， 刘智光 锦屏高拱 坝施工期温度场仿 真分 析 J 水 电站设计 ， 2 0 0 4， ( 0 4 ) ：1 9 2 3 ， 1 8 纪建林 三峡工程拌和系统混凝土温控 J 西北水电， 2 0 0 3 ， ( o 4 )： 1 4 1 6 张礼宁 ， 柴 喜洲 糯扎 渡大 坝心墙 垫层 混凝土 温控施 工技术 J 水 利水电技术 ， 2 0 1 1 ， ( 0 5 ) ： 1 8 2 1 葛畅 ， 舒光胜 ， 王剑 小 湾电站大坝 混凝土 内部温控 效果分析 J 人民长江 ， 2 0 0 9， ( 1 3 ) ： 2 5 2 7