大体积混凝土内外温差理论与实测不同的分析

毛 洁 胡彩萍 孙小杰

1 工程概况

某工程承台尺寸为9 m×9 m×2 m,承台混凝土为C30。承台为大体积混凝土浇制。施工时间为2009年3月～4月,气温不是很高,按平均10℃考虑。混凝土养护采用毛毡上、下覆盖两层塑料布养护,养护时间从浇制完成6 h开始,14 d后完成养护。为对比混凝土内外温差,并在发现温差临近警戒值时采取必要措施以防混凝土龟裂。在承台中布置5个测温处,每个测温处布置3个测温点(见图1)。

2 理论计算混凝土内外温差

2.1 C30混凝土配合比

C30混凝土配合比见表1。

表1 C30混凝土配合比 kg/m3

2.2 最大绝热温升

其中,Th为混凝土最大绝热温升,℃;mc为混凝土中水泥(包括膨胀剂)用量,kg/m3;Q为水泥28 d水化热,kJ/kg,见表2;c为混凝土比热,取 0.97 kJ/(kg·K);ρ为混凝土密度,取2 400 kg/m3;e为常数,取2.718;t为混凝土的龄期,d;m为系数,随浇筑温度改变(见表3)。

表2 不同品种、强度等级水泥的水化热

表3 系数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(浇筑温度20℃)。

1-e-mt值见表4。

表4 1-e-mt值

不同龄期参数、绝热温升值计算结果见表5。

表5 不同龄期参数、绝热温升值计算结果

2.3 混凝土中心计算温度

其中,T1(t)为t龄期混凝土中心计算温度,℃;Tj为混凝土浇筑温度,℃,取 20℃;ξ(t)为 t龄期降温系数,差值法见表6(浇筑层厚度2 m)。

表6 降温系数ξ

混凝土中心温度计算见表7。

表7 混凝土中心温度计算表

2.4 混凝土表层(表面下100 mm处)温度

1)保温材料厚度(采用毛毡上、下覆盖塑料布)。

δ=0.5h·λx(T2-Tq)Kb/λ(Tmax-T2)。

其中,δ为保温材料厚度,m;λx为所选保温材料导热系数,W/(m·K);T2为混凝土表面温度,℃;Tq为施工期大气平均温度,℃;λ为混凝土导热系数,取2.33 W/(m·K);Tmax为计算得混凝土最高温度,℃;Kb为传热系数修正值,取1.3～2.0。

计算时可取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 混凝土表层温度计算表

2)混凝土表面模板及保温层的传热系数。

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

其中,β为混凝土表面模板及保温层等的传热系数,W/(m2·K);δi为各保温材料厚度,m;λi为各保温材料导热系数,W/(m·K);βq为空气层的传热系数,取23 W/(m2·K)。

3)混凝土虚厚度。

h′=k·λ/β=2/3×2.33/2.12=0.73 m。

其中,h′为混凝土虚厚度,m;k为折减系数,取2/3;λ为混凝土导热系数,取2.33 W/(m·K)。

4)混凝土计算厚度。

H=h+2 h′=2+2×0.73=3.46。

其中,H为混凝土计算厚度,m;h为混凝土实际厚度,m。

5)混凝土表层温度。

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)为混凝土表面温度,℃;Tq为施工期大气平均温度,取10℃;h′为混凝土虚厚度,取 0.73 m;H为混凝土计算厚度,取3.46 m;T1(t)为混凝土中心温度,℃。混凝土表层温度计算见表8。

经过表8理论计算,混凝土中心温度与表面温度差值最大为15.6℃。

3 实测混凝土内外温差

采用电子测温仪对混凝土内外温度进行测量,测量时间为混凝土温度上升阶段,开始5 d,每隔 2 h测温一次,以后每隔4 h～8 h(宜每4 h)测温一次,时间为30 d;平均温度统计表见表9。

表9 平均温度统计表

从表9看出,实测混凝土内外温差最大值为18.6℃。

4 理论计算与实测数据分析

1)理论及实测混凝土内外温差均不超过规范要求的“混凝土内外温差不应超过25℃”的要求。2)混凝土龄期达到3 d前(包括3 d)实测混凝土内外温度比理论计算结果高8.5℃。3)混凝土水化热在3 d以后逐渐降低,混凝土内外温差实测与理论计算相差不大且实测稍低。4)在大体积混凝土浇制时尽量分层浇制,以减少水化热;混凝土浇制完成3 d内做好防护保温措施,减小混凝土内外温差。5)做好温度测量,发现混凝土内外温差过大及时采取补救措施。

[1] JGJ 3-2002,高层建筑混凝土结构技术规程[S].