（矿业工程专业论文）大体积混凝土温度发展规律和配比优化研究.pdf

山东科技大学工程硕士学位论文 摘要 摘要 控制大体积混凝土温度是针对于施工中出现的技术问题而提出来的。建安公司在施 工嘉恒商务广场a 、b 座工程时( 地下3 层地上3 0 层，总建筑面积 7 1 0 2 5 平方米，总高 度1 2 2 9 米，箱型基础，框筒结构) ，箱型基础底板为3 2 5 7 5 4 2 0 米，控制箱型基础 底板大体积混凝土内外温差成为了控制基础质量的关键。 旌工中通过在大体积混凝土内部埋设温度传感器，利用计算机监测、记录混凝土内部 温度变化，并显示各传感器的温度值。根据记录各测点温度值探讨大体积混凝土内部温 度变化规律；通过混凝土同条件和标准养护试块强度的对比，研究大体积混凝土内部强 度变化规律；根据大体积混凝土内部温度、强度发展规律和热力学第一定律，利用中心 有限差分方程结合工程的实践开发大体积混凝土温度控制数值系统( 温度预测、控制软 件) ，通过施工前对大体积混凝土内部温度变化的模拟显示，合理选择大体积混凝土温度 控制措施。根据温度模拟充分考虑大体积混凝土内部高温对混凝土强度的影响，优化混 凝土配比。 施工中根据混凝土温度模拟，合理选择了混凝土配比，选择了循环水降温降温、3 c m 棉毡层保温措施，计算机自动测温，随时显示各时刻混凝土内部变化，通过循环水流量、 水温调节、控制混凝土温度。从而有效的控制混凝土温度变化，并使混凝土温度变化可 视化、直观化，有效的保证混凝土质量、工程工期，降低工程成本。 关键词：大体积混凝土温度规律配比优化 堂查型垫查堂三堡堡主堂竺堡苎 一一一一塑 a b s t r a c t s c o n t r o l l i n gt e m p e r a t u r eo fm a s s i v ec o n c r e t ei sm a i n l yt os o l v et h et e c h n i c a lp r o b l e m si n c o n s t r u c t i o n i na bb u i l d i n go fj i a h e n gb u s i n e s ss q u a r e ，w h i c ho u rc o m p a n yh a s c o n s t r u c t e d ，c o n t r o l l i n gt e m p e r a t u r ed i f f e r e n c e sb e t w e e no u t e ra n di n n e rp a r t so fm a s s i v e c o n c r e t ei nb o t t o mp l a t eo fb o x s h a p ef o u n d a t i o nw a st h ek e yo ft h eq u a l i t yo ft h ew h o l e f o u n d a t i o n t h ea b o v ep r o j e c t ，3s t o r i e sf l o o r su n d e r g r o u n da n d3 0f l o o r sa b o v eg r o u n d ，i s 7 1 ，0 2 5m 2t o t a l l ya n d1 2 2 9 mh i g hw i t hb o xf o u n d a t i o na n df r a m es t r u c t u r e ，a n dt h e d i m e n s i o no ft h eb o x s h a p ef o u n d a t i o nb o t t o mp l a t ei s3 2 5 x 7 5 4 x 2 0 m i nc o n s t r u c t i o n ，f i r s te m b e d t e m p e r a t u r es e n s o r s i nm a s s i v ec o n c r e t e ，s u r v e y , d i s p l a ya n d r e c o r di n n e rt e m p e r a t u r ed e g r e eo fc o n c r e t ew i t hc o m p u t e rc o n n e c t i n gw i t ht h e s es e n s o r s ， c o n c r e t ec h a n g i n gt r e n do fi n n e rt e m p e r a t u r ed e g r e eo fm a s s i v ec o n c r e t ei na c c o r d a n c ew i t h r e c o r d e dv a l u e so fa l lm e a s u r i n gp o i n t s i na c c o r d a n c ew i t hd e v e l o p m e n tt r e n do fi n n e r t e m p e r a t u r eo fm a s s i v ec o n c r e t ea n dn o 1t h e r m o d y n a ml a w ，b yh a r n e s s i n gt e m p e r a t u r e c o n t r o l l i n gs y s t e m ( at e m p e r a t u r ep r e d i c t i n ga n dc o n t r o l l i n gs o f t w a r e ) w h i c hi sd e v e l o p e di n c o n s t r u c t i o np r a c t i c ei nc o n j u n c t i o nw i t ht h ea p p l i c a t i o no fc e n t e rl i m i t e dd i f f e r e n c ee q u a t i o n ， a n d t h r o u g hs i m u l a t i n gd i s p l a yo fi n n e rt e m p e r a t u r eo fm a s s i v ec o n c r e t eb e f o r ec o n s t r u c t i o n ， s e l e c tr e a s o n a b l et e m p e r a t u r ec o n t r o l l i n gm e a s u r e m e n t sf o rm a s s i v ec o n c r e t e c o n s i d e r i n g f u l l yt h ei n f l u e n c eo fi n n e rh i g ht e m p e r a t u r et om a s s i v ec o n c r e t et h r o u g ht e m p e r a t u r e s i m u l a t i o na n d ，o p t i m i z ec o n c r e t er a t i o i nc o n s t r u c t i o n ，t h r o u g ht e m p e r a t u r es i m u l a t i o nf o rc o n c r e t e ，s e l e c tr e a s o n a b l ec o n c r e t e r a t i o ，a d o p tc i r c u l a rw a t e rt ol o w e rt e m p e r a t u r ea n d3 c mt h i c kf e l tt ok e e pt e m p e r a t u r e ，u s e c o m p u t e rt om e a s u r et e m p e r a t ea u t o m a t i c a l l y s oi n n e rt e m p e r a t u r ec a nb es u r v e y e da n d c o n t r o l l e da ta l lm o m e n tb ya d j u s t i n ga m o u n ta n dt e m p e r a t u r eo fc i r c u l a rw a t e r t h r o u g h a b o v em e a s u r e s ，c h a n g i n go fc o n c r e t et e m p e r a t u r ec a l lb ev i s i b l ea n dc o n t r o l l e de f f e c t i v e l y , s o t h eq u a l i t yo fc o n c r e t e ，a n dp r o j e c tt i m el i m i tc a nb ee n s u r e d ，a n dp r o j e c tc o s tc a l lb e d e c r e a s e dr e a s o n a b l y k e yw o r d s ：m a s s i v ec o n c r e t et e m p e r a t u r et r e n d r a t i o0 p t i m i z a t i o n 声明 本人呈交给山东科技大学的这篇硕士学位论文，除了所列参考文献和世所公认的文献 外，全部是本人在导师指导下的研究成果。该论文资料尚没有呈交于其它任何学术机关作 鉴定。 硕士生签名：强拓德 日期：谳? a f f i r m 【a t i o n id e c l a r et h a tt h i sd i s s e r t a t i o n ，s u b m i t t e di nf u l f i l l m e n to ft h er e q u i r e m e n t sf o rt h ea w a r d o f m a s t e ro fp h i l o s o p h yi ns h a n d o n gu n i v e r s i t yo fs c i e n c ea n d t e c h n o l o g y , i sw h o l l ym yo w n w o r ku n l e s sr e f e r e n c e do fa c k n o w l e d g e t h ed o c u m e n th a s n o tb e e ns u b m i t t e df o rq u a l i f i c a t i o n a ta n yo t h e ra c a d e m i ci n s t i t u t e s i g n a t u r e ：蛳如t c d a t e ： 埘f p 山东科技大学工程硕士学位论文 绪论 1 绪论 1 1 引言 对大体积混凝土目前国内尚无一个确切的定义，日本建筑学会标准( j a s s ；) 规定“结 构断面最小厚度在8 0 c m 以上，同时水化热引起的混凝土内部最高温度与外界气温之差预 计超过2 5 的称为大体积混凝土”。美国混凝土学会( a c i ) 规定：“任何就地浇筑的 大体积混凝土，其尺寸之大，必须要求采取措施解决水化热及随之引起的体积变形问题， 以最大限度减少开裂。”对于大体积混凝土的控制根据现行混凝土结构工程施工及验收 规范规定，混凝土浇筑后的混凝土表面与内部温度应不超过2 5 。 我国大体积混凝土以往多用于水工结构，一般多用水化热较低的专用水泥一大坝水 泥，混凝土强度等级低，近十几年来随着高层建筑的发展，其基础多采用箱基、筏基， 高层超高层的转换层等多为大体积混凝土，其特点多为混凝土强度高，单方水泥用量大， 水化热高。因此，控制大体积混凝土裂缝是控制混凝土质量的关键，控制混凝土内、外 温差是控制混凝土裂缝的关键。 1 1 i 裂缝产生的原因 水泥水化热引起的温度应力和变形：水泥在水化过程中产生大量的热量，每克水泥 散发的热量约达5 0 2 4 2 j g ( 1 2 0 c a l g ) ，因而使混凝土内部的温度升高，它在1 3 d 放出的 热量占总热量的一半。混凝土内部的最高温度多数发生在浇筑后的3 5 d 内，当混凝土 内部与表面温差过大时，就会产生温度应力和温度变形。温度应力与温差成正比。当这 种应力超过混凝土内外的约束力时，就会产生裂缝。混凝土内部的温度与混凝土的厚度 及水泥的用量有关，混凝土越厚，水泥的用量越大，内部温度就越高。温差所产生的温 度应力与混凝土结构的尺寸有关，在定的尺寸范围内，混凝土结构尺寸愈大，温度应 力也愈大，因而引起裂缝的可能性也愈大。因此，防止混凝土出现裂缝的关键就是控制 混凝土内部与表面的温差。 内外约束条件的影响：各种结构在变形过程中，必然受到一定的约束或抑制而阻碍 变形，阻碍变形的因素称为约束条件。大体积混凝土因温度变化而产生变形也要受到不 同程度的约束，限制其变形，因而产生了约束应力。大体积钢筋混凝土与地基浇筑在 起，当温度变化时，受到下部地基的限制，因而产生外部约束应力。混凝土在早期温度 山东科技大学工程硕士学位论文 绪论 上升时，产生的膨胀变形受到约束而形成压应力，此时混凝土的弹性模量小，徐变和应 力松弛度大，使混凝土与基层连接不牢固，因而压应力较小。但温度下降时，则产生较 大拉应力，若超过混凝土的抗拉强度，混凝土将出现垂直裂缝。由外约束应力产生的垂 直裂缝部位和裂缝最大值，常发生在结构断面的中点，并靠近基层，水平应力是引起裂 缝的主要应力。混凝土内部由于水泥的水化热形成中心温度高，热膨胀大，因而在中心 产生压应力，在表面产生拉应力。当拉应力超过混凝土的抗拉值和钢筋的约束作用时， 同样会产生裂缝。 外界气温变化的影响：大体积混凝土在施工阶段，常受外界气温变化的影响。混凝 土内部温度是由水泥水化热的绝热温度、浇筑温度和混凝土的散热温度三者的叠加。其 中浇筑温度与外界气温有直接关系。所谓浇筑温度是混凝土出罐后，经运输、振捣后的 温度，可以通过计算或实测得出。一般而言，外界气温越高，混凝土的浇筑温度也愈高。 当气温下降，特别是气温骤降，会大大增加外层混凝土与混凝土内部的温度梯度，因而 会造成温差和温度应力，使大体积混凝土出现裂缝。因此控制混凝土表面温度与外界气 温温差，也是防止裂缝的重要一环。 混凝土的收缩变形：塑性收缩裂缝发生在混凝土硬化之前，混凝土仍处于塑性状态。 它的产生主要是上部混凝土的均匀沉降受到限制，如遇有钢筋或大的混凝土骨料，或者 平面面积较大的混凝土，其水平方向的减缩比垂直方向更难时，这样就会形成不规则的 深裂缝。这种裂缝通常是互相平行的，间距为0 2 l m 左右，并且有相当的深度。这种 裂缝不仅发生在大体积混凝土之中，而且平面尺寸较大、厚度较薄的结构构件也会出现 这种裂缝。防止出现这种裂缝的最好办法是，连续浇筑与修整抹面，并立即养护，保护 混凝土防止风吹日晒。 混凝土的体积变形：混凝土终凝以后会发生体积变化，即可能收缩也可能膨胀，其 变化幅度介于4 0 x 1 0 。6 和l o o x l 0 6 之间。温度较高，水泥用量较多，自生体积变形将趋 于增大。 干燥收缩：混凝土中的8 0 水分要蒸发，约2 0 的水分是水泥硬化所必需的。而最 初失去的3 0 自由水分几乎不引起收缩，随着混凝土的继续干燥而使2 0 的吸附水逸出， 就会出现干燥收缩。而表面干燥收缩快，中心干燥收缩慢。由于表面的干缩受到中，i b , 部 位混凝土的约束，因而在表面产生拉应力而出现裂缝。大量工程实践证明，在大体积混 凝土施工中，因混凝土收缩变形引起的裂缝是不可忽视的。影响混凝土收缩的因素很多， 主要是水泥品种和数量、混凝土的配合比、外加剂以及施工工艺，特别是养护条件。 2 山东科技大学工程硕士学位论文 绪论 混凝土匀质性的影响：混凝士拌和或浇筑时，由于坍落度不同，或采用的外加剂不 同，石子粒径或品种不同，以及振捣的密实度不同，都会影响混凝士的匀质性。由于匀 质性的不同，造成混凝土的弹性模量不均匀，因而在收缩变形过程中导致应力集中，引 起裂缝。 设计造成的影响：造型复杂的工程，例如结构上留有预留洞、槽的大体积混凝土工 程，会造成应力集中，在薄弱部位形成裂缝。 1 1 2 防止大体积混凝土裂缝的主要措施 水泥应尽量选用水化热低和安定性好的水泥，在满足设计强度要求的前提下，尽量 减少水泥用量；配合比设计时，可利用混凝土的后期强度。高层建筑的施工周期长、荷 载是逐步增加的，可充分利用混凝土的后期强度，如采用f 4 5 、t 6 0 、f 9 0 取代f 2 8 的强度。 这样可以减少一定的水泥用量，可以降低水泥的水化热。尽量选用连续级配的骨料配制 混凝土，在保证可泵性的前提下，选用粒径较大的石子和粗砂，并控制石予的含泥量不 超过l ，砂子的含泥量不超过2 ；掺加一定数量的减水剂或缓凝剂，以减少水泥用量， 改善和易性，推迟水化热的峰值期；在混凝土中掺加适量的磨细粉煤灰，取代部分水泥， 并可改善混凝土的塑性和可泵性；在可能的条件下，在混凝土中掺加一定数量的毛石， 不但可以减少水泥用量，毛石还可吸收混凝土中一定量的水化热，是防止混凝土产生裂 缝的良好措施；根据不同的施工季节，可分别采用降温法和保温法施工，夏季主要采用 降温法施工。在混凝土中掺用冰水，水温控制在5 1 0 ，降低混凝土入模温度，在混 凝土终凝后冷水养护降温，但要注意水温与混凝土表面温差不超过2 0 c ，并用覆盖材料 进行养护。在混凝土内予埋降温水管，降低混凝土内部温度。降温水温度与混凝土温度 差不宜太大。在冬季采用保温法施工，利用保温模板和保温材料防止冷空气侵袭，以减 少混凝土内外温差。如采用多层模板、多层草帘进行保温养护等；在拌和混凝土时，还 可掺入适量的微膨胀剂或膨胀水泥，使混凝土得到补偿收缩，减少混凝土的温度应力； 采用分层分段法浇筑混凝土，分层有利于混凝土水化热的散失，采用二次振捣的施工方 法增加混凝土的密实度，提高抗裂能力，使上下两层混凝土在初凝前结合良好；也可在 下层混凝土的表面上预留沟槽，加强上下层混凝土的连接：改善配筋。尽量保证每个浇 筑层上下均有温度筋，温度筋宜分布细密。增强抵抗温度应力的能力；设置后浇带。当 大体积混凝土平面尺寸过大时，可以适当设置后浇带，以减少外约束力和温度应力；同 时也有利于散热，降低混凝土的内部温度：做好测温工作，控制混凝土的内部温度与表 面温度，以及表面温度与环境温度之差不超过2 5 c 。 3 山东科技大学工程硕士学位论文 1 2 国内外研究的现状、存在问题及发展趋势 大体积混凝土施工时温度控制依靠传统做法即预留测温孔、人工测温，施工方法落 后、精确度低、受工人素质影响大；部分施工单位开始采用预埋温度传感器，温度测量 精度略有提高。大体积混凝土的计算机模拟控制内部温度分布规律，在已发表的论文中 结合施工探讨大体积混凝土施工过程中如何控制温度裂缝的论文非常多。主要有以下方 面的研究。 朱岳明教授龙滩高r c c 重力坝夏季不同浇筑温度的温控防裂研究一文中，采用 非均质层耦台单元的三维有限元仿真模拟大坝的施工及运行过程，计算了夏季采用不同 浇筑温度时典型溢流坝段的温度场和应力场，模拟结果表明：当夏季浇筑温度为自然浇 筑温度时，龙潍大坝出现贯穿性裂缝将在所难免：如果降低夏季的浇筑温度，可明显地 降低混凝土的最高温升和拉应力；当浇筑温度控制在1 6 左右时，基本能满足大坝的温 控防裂要求。 杨华全高工三峡工程夏季混凝土浇筑温控措施一文中，论述了在混凝士中掺入 粉煤灰，不仅可以节约水泥，降低水泥水化热温升，而且可以改善新拌混凝土的工作性 能，提高硬化混凝土的后期强度， 沼田晋一高炉矿渣粉末利用中阐述了就日本在混凝土中掺用高炉矿渣细粉的情 况包括高炉渣细糟的制作，质量管理及掺用这种掺合料的渴凝土性能，特别是使用这种 掺合料的大体积混凝土的低温养护与温度控制等问题，取得了很好的控制效果。 丁宝瑛、朱绛混凝土浇筑层内冷却水管最优埋设位置的计算中提出了种计算 混凝土浇筑层内冷却水管埋设最优位置的近似方法。该方法采用简化的混凝土浇筑层的 温度场模型，利用已知的解析解，导出温度场变化规律的表达式然后采用解析法与数 值法相结合的求解方法确定浇筑层内最高温度位置的变化规律，据此可以确定冷却水 管的最优埋设位置。 咎德术、则长河大体积混凝土结构藏工温度场及温度应力研究中，结合工程实 例，应用现代p a f e c 大型软件，对大体积砼基础的温度场及温度应力进行较深入的数值 分析，给出了计算值与实测值的比较结果，提出了相应的看法，为f a f e c 在工程上的 应用提供了进一步的实践应用的依据。 应用提供了进一步的实践应用的依据。 4 些垄型苎奎堂三堡堡圭兰垒笙苎 一 竺堡 针对大体积混凝土内部温度的变化，以上专家、教授、现场施工人员进行了广泛的 研究及实践，取得了可喜的成果，其理论、计算方法及工程实践很有借鉴指导意义，在 对上述方法及理论进行充分探讨的基础上，提出了本课题的研究，望能在工程实践中发 挥作用，减少由于温度应力及温度变形带来的危害。 1 3 课题研究的意义 通过对大体积混凝土内温度发展规律和配比优化的研究，开发出一套大体积混凝土 在各种边界条件下( 有、无保温，有、无降温水管) 内部温度预测和控制模拟软件，为 探讨大体积混凝土强度发展规律奠定基础，以达到优化混凝土配比、合理选择温度控制 措施、控制混凝土温度变化、保证混凝土质量的效果。这对于今后高层、超高层大体积 混凝土基础，转换层结构，铁路、公路、市政等大断面基础、梁板等重要结构旌工、冬 季的施工具有良好的应用前景。 1 4 本课题主要研究内容、关键技术及目标 1 4 1 主要研究内容 本课题的研究目标是开发二维非稳态热传导差分法数值系统、探讨大体积混凝土温 度发展规律。 主要研究内容为： ( i ) 通过在混凝土内部埋设温度传感器，利用计算机监测混凝土内部温度变化，寻 求大体积混凝土内部温度变化规律； ( 2 ) 通过混凝土同条件和标准养护试块强度的对比，探究大体积混凝土内部强度变 化规律； ( 3 ) 开发二维非稳态热传导差分法数值预测系统； ( 4 ) 优化混凝土配比和合理选择温度控制措施。 1 4 2 主要关键技术 ( 1 ) 大体积混凝土施工中裂缝控制是混凝土质量的关键，控制裂缝的主要措施是控 5 山东科技大学工程硕士学位论文 绪论 制混凝土内外温差、表面与大气温差并符合规范要求。施工中拟采用以下技术选择合适 的配比，测量、控制混凝土温度，从而寻求混凝土内部强度变化规律。 通过对混凝土性能和指标进行预测并结合工程特点合理优化选择混凝土配比：根据 计算机实时测温，采用预埋水管循环水降温措施，调整降温水流量控制混凝土温度；采 用计算机预埋传感器测温代替传统的手工测温，解决后期施工过程对大体积混凝土 温度的不间断测温的影响，缩短工期；开发混凝土温度预测、控制软件，对混凝土进行 配比优化，温度控制、模拟，混凝土测温等；建立标准养护室、同条件养护室，依据配 比和混凝土内部温度发展规律统计同条件下不同时间混凝土强度发展规律。 ( 2 ) 、温度计算参数确定、模型建立和软件开发 确定温度计算参数：混凝土导热系数；混凝土比热；混凝土虚厚度计算； 确定混凝土水化热；混凝土入模温度。 建立计算模型，开发有限差分法数值软件。针对2 o 3 2 5 x 7 5 4 米大体积混凝土基 础进行瞬态温度分析，在长度方向( 7 5 4 米) 按无限长考虑，平面断面为2 o x 3 2 5 米， 在厚度方面按混凝土厚度( 包括因表面覆盖产生的虚厚度，底面地层按1 0 倍混凝土厚度) 考虑，宽度方面根据混凝土内布置降温水管的间距选取；对每一断面三种条件进行施工 情况模拟计算；四周有保温养护，内有循环水；采用保温养护但不进行循环水冷却；既 无循环水冷却又无保温养护。 温度控制软件开发，根据以上参数及理论编制计算机自动模拟混凝土温度变化程序， 对混凝土进行测温和施工控制。 6 山东科技大学工程硕士学位论文 温度分布预测软件开发 2 温度分布预测软件开发 2 1 温度计算参数的确定 2 1 1 混凝土导热系数的计算 混凝土导热系数指在单位时间内，热流通过单位面积和单位厚度混凝土介质时混凝 土介质两侧为单位温差的热量传导率，它是反映混凝土传导热量难易程度的参数，本文 根据已知混凝土各组成材料的重量，利用组成材料的热工性能参数通过加权平均法计算 得出混凝土导热系数( 单位：w m - k ) ，即 1 = 二w ( w s h u i n i 2 2 1 8 + w s h a z i x 3 3 0 8 2 + w s h i z i x 2 9 0 8 + w s h u i 4 1 8 7 ) ( 2 1 ) 式中：九混凝土导热系数，w ，( m k ) ； w 一单位体积混凝土的质量，k g l m 3 ； w s h 嘣单位体积混凝土中水泥的质量，妇i m 3 ； w s h a d 一单位体积混凝土中砂予的质量，妇，； w m z i 单位体积混凝土中石子的质量，如，m 3 ： w s h u i 单位体积混凝土中水的质量，k g i m 3 。 2 1 2 混凝土比热的计算 混凝土比热是指单位重量的混凝土，其温度升高i o c 所需要的热量， 据组成材料的重量，性能参数加权平均计算得出。 c = ( w s h 证。i 0 5 3 6 + w 。h a z l 0 7 4 5 + ，s h i z i 0 7 0 8 + w s h u i 4 1 8 7 ) 式中：c 混凝土比热， k j ( k g k ) ； w 。h u i n l 、w s h a z i 、w s m 小w s h i l i 代表内容同上。 2 1 3 混凝土虚厚度计算 混凝土虚厚度： 7 对于混凝士根 ( 2 2 ) 山东科技大学工程硕士学位论文 温度分布预测软件开发 ”- 2 k 告 ( 2 3 ) 式中： 混凝土导热系数，w ( m k ) ； 口模板及保温层的传热系数，w ( m 2 k ) ； k - 计算折减系数取0 6 6 6 。 其中：脚，( 砉+ 丽1 ) 艿，一各种保温材料的厚度，r n ； 九一各种保温材料的导热系数，w ( m k ) ； 卢。一空气层传热系数取2 3 w ( m 2 k ) 2 1 4 溜凝土水化热确定 2 1 4 1 水泥水化热的数学表达公式 水化热的放热速率是一随温度、时间变化的函数，为了便于对混凝土结构进行温度 场及温度应力的计算、根据大量的试验资料回归和工程经验，将水泥的累积水化热用一 与之相应的指数型数学表达式来表示： q ，= q o ( 1 一e ”)( 2 4 ) 式中：q r 一在龄期时的累积水化热，k i k g ： q o 水泥最终发热量，k j k g ； m 一水泥发热速率参数： t 龄期。 由上式可得水化热速率为： q 。= m q oe ” 表2 1 每( k g ) 水泥水化热量q o t a b l e 2 1q u a l i t y o f h y d r a t i n g h e a t p e r k g 水化热量q o ( j k g ) 品种 2 2 5 3 2 5 4 2 5 普通硅酸盐水泥2 8 9 3 7 7 4 6 1 矿渣硅酸盐水泥 2 4 73 3 5 8 当变型苎查兰三堡堡主兰竺兰兰 2 1 4 2 水化热及参数m 温度分布预测软件开发 水泥的水化热随着水泥标号和品牌的不同而改变，参数m = 0 2 7 3 3 + 0 0 0 4 4 2 8 6 混凝 土入模温度。 2 1 5 混凝土入模温度 2 1 5 1 混凝土拌合温度 = 乙混凝土拌合温度，； 彬混凝土组成材料重量，k g ； c 混凝土组成材料比热，j ( k g k ) ； z 混凝土组成材料温度，； 2 1 5 2 混凝土入模温度 = 乙+ ( 一乙) ( a + 如十 + a ) ( 2 5 ) 丁，混凝土入模温度，； l 混凝土拌合温度，； c 室外大气平均温度，； a 。、a 2 、a 。混凝土温度损失系数，其值按下列考虑： ( 1 ) 混凝土装、卸、转运，每次a = 0 0 3 2 ( 2 ) 混凝土运输时a = p t ，t 为运输时间( r a i n ) ，p 值按下表取值： 表2 2 混凝土运输工具容积表 t a b l e2 2c u b a g et a b l eo f c o n c r e t ec o n v e y a n c e ( 2 6 ) 混凝土容积混凝土容积 运输工具 p 运输工具 p = 6 0 t h e n m s g b o x ( “砼温度超出预警值，请给水降温”) e n d i f 水管子负温度值 d i m1 f l ra ss i n g l e初始化混凝土温度为水管给水温度 t t t = t t o r i g o i f l = 1 t h e n u o ( 1 ，n t o n g 3 ) = 哪 u i ( 1 ，n t o n g ，3 ) = 1 兀 u 0 ( n w i d t h 2 ，2 + n t o n g ，3 ) = ”盯 u 1 ( n w i d t h 2 ，28 n t o n g 3 ) = r r r u 0 ( n w i d t h ，n t o n g ，3 ) = 1 广r u l ( n w i d t h ，n t o n g ，3 ) = t 1 1 r e n d i f i fjm o d6 = 0t h e n 当温度超出预警温度时模拟输入冷却管给水温度 j j = i n t ( j 6 1 f o r i = l t o n w i d t h f o r k = 1t o n t o n g u f l ，k ，皿= u o ( i ，k ) n e x t k n e x t i 测温过程的模拟显示代码 p i c t u r e 2 c i r c l e ( p i c t u r e 2 w i d t h ，9 0 + ( 4 5 一i o 5 ) ，p i c t u r e 2 h e i g h t ，4 04 ( k 4 1 井一o 5 ) ) ， p i c t u r e 2 w i d t h ，2 5 0 ，一 r g b ( c k ( u ( i ，k ，j j ) + 1 # ，1 ) ，- c l r ( u ( i ，k ，j j ) 4l # ，2 ) ，c l r ( u ( i ，k ，j j ) + 1 # ，3 ) ) 以不同 颜色范围取值不同颜色标记实时温度变化 n e x t k n e x t i 颜色范围取值调用函数 f u n c t i o nc l r ( ta ss i n g l e ，c o l o ra si n t e g e r ) i fc o l o r = 1a n dt = 6 0 t h e n 当温度取值满足条件时，取以下标记颜色 c l r = 5 5 + d t4 仃一6 0 ) g o t o l 山东科技太学工程硕士学位论文 温度分布预测孰件开发 e n d i f e n df u n c t i o n 温度曲线显示代码 p s e t ( ( j j 7 2 0 ) 43 6 0 0 + 5 6 4 0 ，1 5 6 0 一( ( i n t ( u ( 1 5 ，2 0 ，j j ) + l o ) ，l o ) ，1 0 0 ) + 8 4 0 ) ， r g b ( c i “u ( 1 5 ，2 0 ，j j ) + l # ，1 ) ，c l r ( u ( 1 5 ，2 0 ，j j ) + l # ，2 ) ，c l “u i l 5 ，2 0 ，j j ) 4l # ，3 ) ) 利用 v b 的p s e t 函数在定义坐标系中标记实时温度值 图2 5 模拟测温过程的显示界面 f i g 2 5s h o w i n gi n t e r f a c eo ft e m p e r a t u r em e a s u r i n gp r o c e s ss i m u l a t i n g 2 3 3 3 软件测试 本系统的测试主要采用的测试方法大部分采用“白盒测试”，本程序中设置临时断 点，进行断点测试，将问题逐步缩小范围并最终找到问题的解。在编写的过程中一边编 写一边进行测试，发现错误立刻更正尽量使模块功能更贴近用户。在测试过程中，尽量 站在用户的角度考虑问题。在所有模块功能完成后，先测试了一个模块的功能，能够实 现后，再对其它模块进行编写、测试，在这个过程中，往往又会返回到初始模块，再次 山幕科技大学工程硕士学位论文温度分布预测软件开发 改进。如此反复当所有模块测试完成后，便对子系统分别测试，输入大量数据并尽可能 多的假设“非正常情况”以测试系统的完善性。待这些测试都通过后就对整个系统进行 测试。所采用的测试方式属于集成测试中的渐增式测试，这种方法实际上同时完成单元 测试和集成测试，其优点有： 1 开销小，因为其利用已测试过的模块作为测试软件； 2 可以较早发现模块间的按口错误： 3 在测试时，如发现错误往往和最近加进来的那个模块有关； 4 已测试的模块可以在新的条件下再次检验，使测试更彻底。 经过系统测试并修改之后，大体积混凝土测温系统基本上完成了测温软件要求的 功能。并在嘉恒商务广场实际施工过程中得到了验证，并取得良好的技术、经济效益。 2 l 山东科技大学工程硕士学位论文 工程实践 3 工程实践 3 1 工程概况 嘉恒商务广场a 、b 座工程位于济南市二环东路与山大南路交叉口，建筑面积约 7 1 0 2 5 平方米，地下3 层，地上由2 栋3 0 层通过裙楼和6 7 2 8 2 7 米处空中连廊连接的 塔楼组成，总高度1 2 2 9 米，基础箱形基础，主体框筒结构，结构高度1 0 4 5 米，箱形基 础底板平面尺寸为3 2 5 7 5 4 米，底板厚度2 米，c 4 0 p 1 4 。地基为强风化岩，基础底标 高为1 8 6 4 米，图3 1 为工地场景。钢筋混凝土基础计划施工时间2 0 0 3 年5 月2 日5 月1 2 日。 施工期间气温平均约为2 2 2 8 ，由于水泥供应原因( 用量大、供不应求) ，水泥出 厂后直接供应给搅拌站，水泥为罐装山水水泥，水泥温度高( 6 0 7 0 ) ；工程进度：施 工速度快，基础( 地下部分) 3 层平均每1 2 天1 层，地上平均每l o 天1 层，标准层4 天1 层。高层建筑的基础底板，外墙体、内简体、柱等钢筋予留量大，保温难度大。基 础底标高1 8 6 4 米，基坑采用管井降水、水量丰富，可采用管井降水作为混凝士降温水。 3 2 方案选优 3 2 1 方案选优、配比确定 根据以上条件室外平均气温高、水泥温度高降低拌合温度难度大；施工速度快、高 层建筑基础混凝土体量大、外墙体、内简体、柱多保温难度大等特点，采用混凝土配比 按f 4 5 、f 6 0 、f 2 b 分别列出，根据工程的施工要求( 工期、强度等) 进行分析，根据f 4 5 、 f 6 0 、f g o 的配比强度设计上不允许。经课题组讨论研究决定采用f 2 8 强度配比，尽量多掺 加粉煤灰( 见施工配比单) 以降低水化热。温度控制考虑混凝土表面保温，混凝土内予 埋冷却水管通过循环水降温等措施。 经过多次试配确定混凝土配比为( k g m 3 ) ：水：水泥：粉煤灰：膨胀剂：外加剂( p n f ) ： 山东科技大学工程硕士学位论文 工程实践 砂子：石子：p p 纤维= 1 7 2 ：4 2 0 ：7 0 ：4 0 ：1 2 ：6 5 6 ：1 0 7 0 ：0 9 。 3 2 2 温度计算、温度顶测 3 2 2 1 混凝土拌合温度 图3 1 嘉恒商务广场混凝土浇注工地场景 f i g 3 - 1b u i l d i n gs c e n e o f c o n c r e t ec a s t i n j i a h e n g b u s i n e s ss q u a r e 根据公式乙= 鬻得出混凝土拌合温度( ) i = 7 9 9 0 8 ，3 0 9 0 = 2 5 8 6 3 2 2 2 混凝土入模温度 l2 乙+ ( 一乙) ( a l + a + 如+ - - - a ) = 乙+ ( l t ) x p x t p 取0 + 0 0 4 2 ，t 取3 0 分钟 l = 2 5 8 6 + ( 2 2 2 5 8 6 ) 0 0 0 4 2 3 0 = 2 5 3 7 混凝土入模实际测量温度为2 8 。c 与预测计算基本一致。 山东科技大学工程硕士学位论文工程实践 表3 1 混凝土拌合物一览表 t a b l e3 11 h b l eo f c o i l c l 七t em i x t u r e 重量m比热c m c材料温度t i 丰m 半c 材料名称 k gk j k g * kk j k j 水 1 7 24 27 2 2 41 8 1 3 0 0 3 2 水泥 4 2 00 9 74 0 7 46 02 4 4 4 4 膨胀剂 4 00 9 73 8 8 2 28 5 3 6 p n f 1 20 9 7 1 1 6 42 22 5 6 0 8 粉煤灰 7 00 9 7 6 7 92 21 4 9 3 8 砂子6 5 6o 9 76 3 6 3 22 2 1 3 9 9 9 0 4 石子 1 0 7 0o 9 71 0 3 7 9 2 22 2 8 3 3 8 p p 纤维o 9 砂石含水量 4 0 4 21 6 81 8 3 0 2 4 合计3 0 9 0 3 6 7 9 9 0 7 5 2 3 2 3 保温、降温方案的选择。 根据以上边界条件与有关参数确定，对实际模型采用开发的二维非稳态热传导预测 软件进行模拟计算，模拟类型结果及分析如下： ( 1 ) 不采取任何措施的温度分布情况见图3 - 2 。中心温度与表面温度差，表面温 度与大气温度差都超过2 5 c ，必须采取保温、降温措施。 ( 2 ) 采用3 c m 棉毡保温的混凝土温度情况见图3 3 。中心温度与表面温度差，表 面温度与大气温度差都超过2 5 c ，必须采取降温措施。 ( 3 ) 采用不保温、循环水降温的混凝土温度情况见图3 4 。中心温度与表面温度 差，表面温度与大气温度差都超过2 5 。c ，不满足要求。 ( 4 ) 采用3 c m 棉毡保温、循环水降温的混凝土温度情况见图3 5 。中心温度与表 面温度差，表面温度与大气温度差都不超过2 5 。c ，满足要求。 最终方案选择：混凝土温度控制采用3 c m 棉毡保温、予埋降温管循环水降温。 生查型垫查兰三堡竺圭兰竺堡苎 三堡茎些 图3 2 不采取任何措施的温度分布 f i g3 2t e m p e r a t u r ed i s t r i b u t i n gw i t h o u ta n y1 t m a s u r ew a st a k e n 山东科技大学工程硕士学位论文工程实践 图3 3 采用3 e r a 棉毡保温的混凝土温度分布 f i g3 3c o n c r e t et e m p e r a t u r ed i s t r i b u t i n go ft a k i n g3 e r ac o t t o n - f e l tf o rh e a tp r e s e r v a t i o n 山东科技大学工程硕士学位论文工程实践 图3 4 采用不保温、循环水降温的混凝土温度分布 f i g3 4c o n c r e t et e m p e r a t i o nd i s t r i b u t i n go ft a k i n gc y c l i n gf o rc o o l i n g 山东科技大学工程硕士学位论文 工程实践 图3 5 采用3 c m 棉毡保温、循环水降温的混凝土温度分布 f i g3 5c o n c r e t et e m p e r a t u r ed i s t r i b u t i n go ft a k i n g3 c mc o t t o nf e l tf o rh e a tp r e s e r v a t i o n a n dc y c l i n gw a t e rc o o l i n g 山东科技大学工程硕士学位论文 工程实践 3 3 工程施工 3 3 1施工段划分和滑移屡 根据基础的实际情况在l l 1 2 轴间( 两塔楼a 、b 中间混凝土厚度0 7 米) 设2 条后 浇带( 宽l 米) ，将塔楼、裙楼基础分成3 段。 垫层上施工防水层( 双层6 r a m ) ，减少 混凝土基础与地基间的摩擦力，在混凝土变形时减少混凝土地层的约束，降低裂缝的产 生。 3 3 2 浇注方案。 基础底板混凝土最大单次混凝土施工工程量为地下三层a 、b 主楼箱基部位。现按 一个单次施工分析：长3 2 5 米，宽3 1 米，厚2 米，一次性浇注混凝土需2 1 4 0 立方米。 现场设置3 台混凝土输送泵。按正常运送和浇注，每小时每台1 5 立方米3 = 4 5 立方米， 则浇注全过程需要4 8 小时。浇注顺