大体积混凝土水化热及温度计算

党安栋

摘要：在大体积混凝土中，配合比的设计中水化热及温度应力的计算对混凝土裂纹危害防治具有重要意义。本文结合XX桥梁、墩台施工,对大体积混凝土水化热及温度应力计算的方法进行了系统的介绍。

关键词：大体积混凝土水化热温度计算

一、混凝土水化热计算

1、混凝土配合比的原则

XX大桥主桥墩、承台采用C30低标号砼，采用华新水泥厂家生产的普通硅酸盐P.042.5级水泥。承台混凝土方量1662.5m3，属于大体积混凝土，混凝土配合比的原则为：满足设计混凝土强度等级条件下，掺适量粉煤灰，同时加缓凝剂，延长混凝土的初凝时间，尽可能降低混凝土的水泥用量，尽量降低混凝土内最大温升值。

2、C30设计配合比

水泥： 311kg/m3；

水：194 kg/m3；大气温度在20℃，水温在15℃

粗骨料： 1011 kg/m3；

细骨料： 767 kg/m3；

粉煤灰： 88kg/m3；

缓凝型减水剂： 0.8%。

3、混凝土温度计算

1)、搅拌温度计算和浇筑温度

混凝土拌和温度计算表

材料名称 重量W(Kg) 比热C(KJ/Kg.K) 热当量 Wc(KJ/℃) 温度Ti(℃) 热量TiWc(KJ)

水泥 311 0.973 302.6 20 6052

砂子 767 0.84 644 26 16751

碎石 1011 0.84 849 23 19532

粉煤灰 88 0.84 73.9 20 1478

拌和水 194 4.2 815 15 12225

（注：本表中数值为经验数据）

混凝土拌和温度为:

Tc=∑TiWc/∑Wc=60109/2685=20.87℃。

考虑到混凝土运输过程中受日晒等因素，入模温度比搅拌温度约高3℃。混凝土入模温度约Tj =23.87℃。

2）混凝土中心最高温度：

TMAX=Tj+Th*ξ

Tj=23.87℃（入模温度），ξ散热系数取0.70

混凝土最高绝热温升Th=wQ/Cr=311×377/0.973×2400=50.29℃

其中311 Kg为水泥用量；377KJ/Kg为单位水泥水化热；973KJ/Kg.K；2400Kg/m3为混凝土密度。

则TMAX=Tj+Th*ξ=23.87+50.89×0.70=59.49℃。

3）混凝土内外温差

混凝土表面温度（未考虑覆盖）：

Tb=Tq+4h（H-h）△T/H2。

H=h+2h=4+2×0.07=4.14m，

h=k×λ/β＝0.666×2.33/22＝0.07m

式中Tbmax--混凝土表面最高温度（℃）；Tq--大气的平均温度（℃）；

H－一混凝土的计算厚度；

h--混凝土的虚厚度；

h--混凝土的实际厚度；

ΔT－－混凝土中心温度与外界气温之差的最大值；

λ--混凝土的导热系数，此处可取 2.33W／m· K；

K--计算折减系数，根据试验资料可取0.666；

β--混凝土模板及保温层的传热系数（W/m*m·K），取22

Tq为大气环境温度，取20℃，△T= TMAX-Tq=39.49℃

故Tb=22.4℃。

混凝土内表温度差：△Tc= TMAX-Tb=59.49-22.4=37.09℃

二、温度应力计算

计算温度应力的假定：

①混凝土等级为C30，水泥用量较大311 kg/m3；

②混凝土配筋率较高，对控制裂缝有利；

③底模对混凝土的约束可不考虑；

④几何尺寸不算太大，水化热温升快，散热也快。

因此，降温与收缩的共同作用是引起混凝土开裂的主要因素。

先验算由温差和混凝土收缩所产生的温度应力σmax是否超过当时厚板的极限抗拉强度Rc。

采用公式；

σmax=EaT[1-1/(coshβL/2)])s

式中：

E—混凝土各龄期时对应的弹性模量Et=Ec（1-e-0.9t）=2.79×104

式中:e=2.718自然对数的底；

t-混凝土龄期（天数）；

Ec—混凝土28天时C30的弹性模量Et=3×104 MPa；

a—混凝土的线膨胀系数1.0×10-5

L—结构长度，本工程厚板长度L=23.75 m（取长度）。

T—结构计算温度：前面已述该厚板最大绝热温升Tmax=50.29 ℃

实际温升最高在混凝土浇筑后第三天T3=Tmax-Tq=50.29 ℃-20=30.29 ℃

coshβ—是双曲余弦函数

H—结构厚度，本工程厚板厚度 H=4

Cx—混凝土板与支承面间滑动阻力系数，对竹胶模板，比较砂质土的阻力系数考虑，取Cx=30 N/mm2。

S—混凝土应力松弛系数，查表得S=0.186

σmax=EaT[1-1/(coshβL/2)])S

=2.79×104×1×10-5×30.29×(1-1/1.00013×11.875) ×0.186=1.439MPa

参照“大体积混凝土施工”，根据以上公式、代入本工程相应数据，算得σmax=1.439MPa≤1.75 MPa(该混凝土30天龄期时的抗拉强度,由混凝土结构设计规范查得),由此可知,不会因降温时混凝土收缩而引起收缩裂缝。

注：文章内所有公式及图表请用PDF形式查看。