大体积混凝土水化热方案计算单.doc

附件1 大体积混凝土水化热方案计算单
一、大体积混凝土的温控计算
（一）相关资料
1、配合比及材料
承台混凝土：
C：W：S：G=267：160：786：1004
2、气象资料
桥址区属中亚热带季风气候地区，夏季凉爽，冬无严寒，具有四季分明，无霜区长，日照充足，水源充足。年平均气温11.8℃，极端最高气温为32.7℃，极端最低气温为-9.3℃。
3、混凝土拌和方式
采用自动配料机送料，拌和站集中拌和，混凝土泵输送混凝土至模内。
（二）承台混凝土的温控计算
1、混凝土最高水化热温度及3d、7d的水化热绝热温度
承台混凝土：
C=267Kg/m3；水化热Q=355J/ Kg，混凝土比热c=0.96J/ Kg℃，混凝土密度=2410 Kg/m3。
承台混凝土最高水化热绝热升温：
Tmax=CQ/c=(267355)/（0.962410）=40.97℃
3d的绝热温升
T（3）=40.97（1-e-0.3*3）=24.31℃
T（3）=24.31-0=24.31℃
7d的绝热温升
T（7）=40.97（1-e-0.3*7）=35.95℃
T（7）=35.95-24.31=11.64℃

2、砼拌合物的温度

Tb=[a（tsWs+ tgWg+ tcWc）+btwWw+b（PstsWs+ PgtgWg）-B（PsWs+ PgWg）]/ [a（Ws+ Wg+ Wc）+bWw+b（PsWs+ PgWg）]

Tb—砼合成后的温度℃；
Wc、Ws、Wg、—水泥、砂、石的干燥质量kg；根据配合比确定；
Ww—拌合加水的质量（不包括骨料的含水量）；根据配合比确定；
tc、ts、tg、tw—水泥、砂、石、水装入拌和机时的温度℃；根据实际情况，分别取tc=45℃，ts=25℃，tg=25℃，tw=15℃
Ps、Pg—砂石的含水率；均取2%
a—水泥及骨料的比热，kJ/kg.K，采用0.92；
b、B—水泥的比热及溶解热℃，当骨料温度＞0℃，b=4.19、B=0；当骨料温度≤0℃，b=2.09、B=335；
则： Tb=[0.92*(25*786+25*1004+45*267)+4.19*15*160+4.19*(0.02*786*25+0.02*1004*25)-0]/[0.92*(267+786+1004)+4.19*160+4.19*(0.02*786+0.02*1004)]=25.04℃
3、砼出机温度
砼出机温度即为砼拌合物的温度在搅拌中温度损失后的温度 Tm=0.016*(Tb-Td)
Tm—混凝土拌合物在搅拌过程中的热量损失
Tb—室外气温℃，取25℃；
Td—搅拌棚室内温度℃，取20℃；则：
Tm=0.016*(25-20)=0.08℃
故砼出机温度=砼拌合物的温度- Tm=25.04-0.08=24.96℃
4、砼入模成型时温度
砼出机，要经历以下过程：拌和机倒入罐车、罐车倒入输送泵，入模浇筑振捣成型，伴随着温度损失。
混凝土运输至成型的温度损失：Ts=（αt+0.032n）（T0+Td）
Ts—混凝土拌合物在搅拌过程中的热量损失，℃
α—每小时的损失系数，取0.25；
t—混凝土运输至成型的时间，一车混凝土（8m3)运输至施工现场，按实际情况取10min，泵送完毕需要13min，考虑7min的振捣时间（时间是边泵送边振捣），合计30min（0.5h）；
n—混凝土倒运次数，取3次；
T0—混凝土自拌和机中倾出的温度，即砼出机温度，已计算为24.96℃
Td—搅拌棚室内温度℃，取20℃；则：
Ts=（αt+0.032n）（T0+Td）=（0.25*0.5+0.032*3）*（24.96+20）=9.94℃
故，砼入模成型时温度=砼出机温度- Ts=24.96-9.94=15.02℃。

二、承台混凝土各龄期收缩变形值计算
····
式中：为标准状态下的最终收缩变形值；为水泥品种修正系数；为水泥细度修正系数；为骨料修正系数；为水灰比修正系数；为水泥浆量修正系数；为龄期修正系数；为环境温度修正系数；为水力半径的倒数(cm-1),为构件截面周长(L)与截面面积(A)之比:r=L/A；为操作方法有关的修正系数；为与配筋率Ea、Aa、Eb、Ab有关的修正系数,其中Ea、Eb分别为钢筋和混凝土的弹性模量(MPa),Aa、Ab分别为钢筋和混凝土的截面积(mm2)。
查表得：=1.10，=1. 0，=1. 0，=1.21，=1.20， =1.09（3d），=1.0（7d），=0.93（15d），=0.7，=0.93，=1.0，=0.895，则有：
=1.101.01. 01.211.200.70.931.00.895=0.93
10 3d的收缩变形值
=3.2410-4=0.09710-4
20 7d的收缩变形值
=3.2410-4=0.22210-4
三、承台混凝土各龄期收缩变形换算成当量温差
10 3d龄期
℃
20 7d龄期
℃
四、承台混凝土各龄期内外温差计算
假设入模温度：T0=16℃，施工时环境温度：Th=20℃
10 3d龄期
= T0+2/3T(t)+Ty(t)- Th =16+2/324.31+0.97-20=13.17℃
20 7d龄期
= T0+2/3T(t)+Ty(t)- Th =16+2/335.95+2.22-20=22.18℃
由以上计算可知，承台混凝土内外温差最大为22.18℃，略大于我国《公路桥涵施工技术规范》（JTG/T F50-2011）中关于大体积混凝土温度内外温差为20℃的规定。若需降低混凝土的内外温差，在混凝土中埋设冷却管是一种行之有效的方法。
五、冷却管的布置及混凝土的降温计算
（一）承台混凝土
1、水的特性参数：
水的比热：c水=4.2103J/ Kg℃；水的密度 水=1.0103 Kg/m3；冷却管的直径：D=5cm。
2、主墩承台混凝土冷却管的布置形式
承台混凝土埋设冷却管，上下层冷却管相邻间距为0.8米，左右冷却管相临间距为1米，共计6层。每层冷却管设置1个进水口，两个出水口。
3、主墩承台混凝土体积
体积V=19.1014.305=1365.65 m3
4、承台混凝土由于冷却管作用的降温计算

式中：—冷却管中水的流量
—冷却管通水时间
—水的密度
—进出水口处的温差
—水的比热
—混凝土的体积
—混凝土的密度
—混凝土的比热
10 3d龄期
冷却管通水时间：持续通水（按t=1d计算），出水管和进水管的温差：=20℃
℃
20 7d龄期
冷却管通水时间：持续通水（按t=3d 计算），出水管和进水管的温差：=20℃
℃
（5）、预埋冷却管后各龄期承台混凝土内外温差值：
10 3d龄期
13.17-6.38/2=9.98℃<20℃，满足规范及设计要求。
20 7d龄期
22.18-19.14/2=12.61℃<20℃，满足规范及设计要求。

六、结论及建议
（一）结论
承台大体积混凝土在浇注过程中，由于混凝土在结硬过程中内部产生大量的热量使其内部温度升高，当内外温度相差过大时就容易出现温度裂缝，若需降低混凝土的内外温差，在混凝土中埋设冷却管是一种行之有效的方法。计算表明：混凝土中埋设冷却管后内外温差均小于20℃，满足《公路桥涵施工技术规范》（JTG/T F50-2011）中的规定。
（二）建议
1、浇注混凝土避免阳光直晒，一般选择在傍晚开始直至第二天十点以前。对粗骨料进行喷水和护盖，施工现场设置遮阳设施，搭设彩条布棚。
2、承台混凝土冷却管按间隔一米埋设，上下左右冷却管相临间距严格控制在1米以内，严格观察入水口和出水口的水温差，根据水温差，及时调整泵水速度。水温差大时，提高水速；水温差小时，降低水速。通过冷却排水，带走混凝土体内的热量。
3、浇注混凝土时，采用分层浇注，控制混凝土在浇注过程中均匀上升，避免混凝土拌和物局部堆积过大，混凝土的分层厚度控制在20-30cm。
4、浇注混凝土后，搭设遮阳布棚，避免阳光爆晒混凝土表面。混凝土表面用土工布覆盖保湿保温，要十分注意洒水养生，使混凝土缓慢降温，缓慢干燥，减少混凝土内外温差。
5、浇注混凝土后，每2小时测量混凝土表面的温度和冷却管的出水温度，及时调整养护措施。
计算： 复核：