混凝土蒸汽加热法计算

1、混凝土蒸汽加热法计算蒸汽养护参数计算蒸汽养护一般分预养、升温、恒温与降温四个阶段。预养是为使构件具有一定的初始强度，以防升温时产生裂缝。升温的速度与预养时间、混凝土的干硬度与模板情况有关，见表15-1 o此外还与构件的表面系数有关， 表面系数6m-1时，升温速度不得超过 15 C /h ;表面系数v 6m-1时，升 温速度不得超过 10 C /h。蒸养时升温速度也可随混凝土初始强度的提高 而增加，因此也可以采用变速（渐快）升温和分段（递增）升温。表15-1升温速度极限值参考表（C /h ）预养时间/h干硬度/S刚性模型密封养护带模养护脱模养护> 4> 30不限3020v 30不限2

2、5-v 4> 30不限2015v 30不限15-恒温温度与恒温时间的确定，主要取决于水泥品种、 水灰比与对脱模的强度要求，参见表15-2 o1. 升温时间计算升温时间可由下式计算:(15-15 )式中 Ti 升温时间（h）;to恒温温度C）；ti车间温度（C）；Vi升温速度（C /h ）表15-2 恒温时间参考表恒温温度95 C80 C60 C水灰比0.40.50.60.40.50.60.40.50.6硅酸盐达设计强度70%4.5710.591418水泥达设计强度50%1.52.544610矿渣硅酸达设计强度70%571081014131720盐水泥达设计强度50%2.53.553586

3、912火山灰硅达设计强度70%4686.5911111316酸盐水泥达设计强度50%23.543.556.56.58.510.5注：1.当采用普通硅酸盐水泥时，养护温度不宜超过80 C2. 当采用矿渣硅酸盐水泥时，养护温度可提高到85 C95 C2.降温时间计算(15-16 )降温时间可由下式计算：式中 T2 升温时间（h）;to恒温温度（C）;t2出坑允许最高温度（C）V2坑内降温速度c /h ）,表面系数6m-1，取 V <10 C/h ;表面系数< 6m -1，取 V2 >5 C /h。3. 出坑允许最高温度计算出坑允许最高温度 t1 （c） ，一般可按下式计算：t2

4、t1 t（ 15-17 ）式中t2 车间内温度（C）；t构件与车间的允许最大温度（C）。对采用密封养护的构件，取t = 40 C；对一般带模养护构件，取t = 30 C；对脱模养护构件，取t = 20 C；对厚大构件或薄壁构件，t取值壁以上值再低510 Co4养护制度的确定蒸汽养护制度一般用简式表达，成为蒸汽养护制度表达式。如预养3h，恒温5h （恒温温度95 C），降温2h，则蒸汽养护制度表达式为：3+3+5（ 95 C） +2【例 15-9 】 混凝土构件采用硅酸盐水泥配置，水灰比为 0.5，干硬度40S，经预养h后带模进行蒸养，出坑强度要求达到设计强度的70 %，已知坑内的降温速度为15

5、 C /h，车间温度20 C，试拟定蒸汽制度的试验 方案。【解】（1 ）确定升温速度：查表 15-1 升温速度 V1 为 20C /h ；（2） 确定恒温温度与恒温时间：查表15-2 ，取恒温温度 T0=80 C, 恒温时间为 7h；（3）确定升温时间（T1）:按式（15-15 ）得：tot1心h203h（4）确定降温时间（T2）:构件与车间的允许最大温度差厶t取30 °C,80 50, h 15则出坑允许最高温度 t2 tit 20 C 30 C 50 C，由式（15-16 ）得:2h于是可得到一个蒸养制度方案，即:3 3 7 80 C 2 h为在试验中进行比较，再拟定两个方案。一

6、般是在原方案的基础上只改变恒温时间，如果恒温温度为80 C,应增减恒温时间 2h，如恒温温度为95 C，则增减恒温时间1h o本例所拟定的另外两个蒸养制度方案是：3 3 5 80 C 2 h3 3 9 80 C 2 h按上述三个方案进行比较试验，选取最佳方案，如果三个方案均还不理想，则可对恒温温度在 5 C范围内调整，此时用补插法查表 15-2。如果 调整后还不理想，则应在调整混凝土的配合比后重新试验。蒸汽热模法计算蒸汽热模法系使用特制空腔式钢模板，将蒸汽通入模板的空腔中，将模板加热后，再由模板将热量传给混凝土，以达到加热混凝土的目的。空 腔式模板系用L50 X5角钢作骨架，在紧贴混凝土的一面

7、满焊3mm厚钢模板，另一面满焊1.5mm 厚钢板，在中间的角钢肋上钻10mm 孔连通, 使在模板内部形成一个不透气的空腔，送汽时汽和回水均通过这个空腔.在 模板外面嵌以厚度为 50mm 的聚苯乙烯板作为保温层，并用薄铁皮围护， 使用时将模板组合成型。采用蒸汽热模法时，每立方米混凝土的耗气量约为300400kg。蒸汽热模法计算包括：蒸汽耗用量计算和煤耗用量计算等。1、 蒸汽耗用量计算（1）加热混凝土所需热量Q1cV Th T0（ 15-18 ）式中Q1 加热混凝土所需热量（ KJ）；混凝土表观密度，取 2400kg/m 3；c混凝土比热容，取1.0kJ/kg K;V 混凝土体积（m3）;Th混凝

8、土恒温温度C）;To混凝土浇筑完毕时的温度（C） o（ 2）加热模板和保温层所需热量Q2 G1c1（Th T ） G2 c2 （Th T ）（15-19 ）式中Q2加热模板和保温层所需热量（kJ）;Gi、G2 分别为模板、保温层的重量（kg ）;ci、C2模板、保温层的比热容（kJ/kg ?K）;Ta环境温度；其它符号意义相同。（3）在周围环境中散失的热量Q3 AKT i （Tp T ）3.6 AKT 2 （Th T ）3.6（i5-20）式中Q3在周围环境中散失的热量（KJ）;A散热面积（m2）K维护层的传热系数（W/m 2?K）按上篇式（15-2000透风系数按上篇表 15-14取用；Tp

9、 混凝土平均温度C）;Ti 升温阶段所经历的时间（h）;T2恒温阶段所经历的时间（h ）。（4）蒸汽充满自由空间的耗热量Q4 = 1256V s）计算;(15-21 )式中Q4 蒸汽充满自由空间的耗热量（ KJ）;1256 每立方米蒸汽的热容量（KJ/m 3）Vs自由空间体积（m3）（5 ）蒸汽用量(Q1 Q 2 Q3 Q4)2500(15-22 )式中Gz蒸汽用量（kg）;B 损失系数，取1.31.5 ;2500 蒸汽含热量（kJ/kg ）。2.煤耗用量计算煤耗用量根据蒸汽用量按下式计算：（Q1 Q2 Q3 Q4）G m1 2R(15-23 )式中 Gm耗热量（kg）n管道效率系数，取 0.

10、8 ;n2锅炉效率系数，取 0.6 ;R煤发热量，取 2500kJ/kg ;其他符号意义同前。【例15-10】 商住楼混凝土柱，截面尺寸为0.6m X0.8m ,高5.5m , 采用空腔钢模板通蒸汽加热，钢模板重 800kg，聚苯乙烯板重23kg，环 境气温Ta=-10 C，混凝土浇注完毕时的温度 T0 = 15 C，升温时间Ti= 8h， 达到Th=75 C，保持恒温T2 = 20h,试求蒸汽需求量和耗热量。【解】加热混凝土所需热量由式（15-18 ）得：Q1 GcfTh T ） G2C2（Th T）2400 1 0.6 0.8 5.5 75 15 kJ380160 kJ加热模板和保温层所需

11、热量由式（15-19 ）得:Q2 GG（Th T ） G2C2（Th T ）800 0.4875 10 kJ23 1.4775 10 kJ35514 kJ-W m2 K 2.23W m2 K0.040050.1140.17ThT。275 15 C45 C0.6 0.82 5.5m215.4m2在环境中散失的热量由式（15-20 ）得:Q3 AKT1 Tp Ta 3.6 AKT2 Th Ta 3.615.4 2.23 8 1.3 45 103.6kJ 15.4 2.23 20 1.3 75 103.6kJ343942kJ蒸汽充满自由空间的耗热量由式（15-21 ）得:Q41256Vs 1256

12、0.77kJ967kJ蒸汽需要量由式（15-22 ）得：Q1 Q2 Q3 Q4G z2500380160355143439429671.5,kg2500456 kg耗煤量由式（15-23 ）得：Q1 Q2 Q3 Q4G m1 2 R380160355143439429671.5,kg0.8 0.6 250095kg故知需耗蒸汽456kg、耗煤95kg。蒸汽套法计算蒸汽套法是在混凝土模板外再设一层紧密不透气得外套，其间通入蒸汽来加热混凝土，下部蒸汽套在浇筑混凝土前装设，上部蒸汽套随浇随设。在下部蒸汽套内设通气主管，主管上每隔2.53.0m设一根直径19mm喷汽段管，或在汽管上每隔1.5m幵一直径

13、36mm的喷汽孔。管道保持 一定坡度，以便冷凝水的排出。蒸汽通过在混凝土板上留设的50mm X50mm （间距 1.5m ）或 100mm X100mm （10 15m 2 设一个）送汽孔 进入上层汽套，加热温度一般能保持在3040 C，耗汽量一般为 6001200kg/m 3。加热整体浇筑的结构时，其温度升降速度不得超过表15-8 中的数据。本法适用于平面结构，如梁、楼板的加热。 蒸汽套法计算包括：加热时间计算和所需热量计算两部分。 1.加热时间计算（ 1）混凝土的升温时间 t1（15-24 ）式中T混凝土的恒温温度C）:To 混凝土的初温（C）;V混凝土升温速度（C /h ）o（ 2）混凝

14、土的恒温加热时间 t2（ 15-25 ）式中to混凝土在+20 C养护条件下达到要求强度的时间，可由表15-3 查得；mi、m2分别为温度在和 T的当量系数，可由上篇表 15-8查出；其他符号意义同前。蒸汽养护的混凝土强度增加百分率见表 15-4 o表15-3自然养护不同温度与龄期的混凝土强度增长百分率(%)水泥品种和等级硬化龄期Id混凝土硬化时的平均温度I C1510152025303521925303540453142025323743485232.5 级52430364450576366普通水泥73240465462687376104250586674788286155263718088

15、286878869410021518243035311172226323832.5 级51217222834394452矿渣水泥、71824323845505563火山灰质水泥1025344452586367751532465767748086922848648392100表15-4蒸汽养护的混凝土强度增长百分率(%)养护时间/h普通水泥.7T广 谅寸53丿“山加八泥混凝土硬化时的平均温度/ C40705080604080509060704090506070802428323040533535407282027323926324322385267445063821225324045203040

16、5316284560751650627590202940475127394860223550678324587083963445505630465466274056708862779010028323640444852566064683968505561368350946071304360759042526066405565753547638093718797465864704360688039506782967590 1005060687348637083425370851008093546570755166758644557387829657667280537080904658769085

17、10060687482577182915060789087 63707783597584935162809288 一667380846177879152648293896890768185638089996977828666819010090707983876782919072555658666869838485959595（3）混凝土的总加热时间tt t1 t2（15-26）2.所需热量计算（1）混凝土与蒸汽套的吸热量 Q1 （KJ）Q! 2510（T To） 1 .256Vac Vb T Ta（ 15-27 ）式中2510 混凝土比热容和密度的乘积（ KJm3 K）;va空气层体积（m3）

18、;VB 保温层体积（m3）;c 保温材料比热容和密度的乘积（KJ m3 ）；温度系数，采用一种保温材料为0.5，采用二种以上保温材料为0.7 ;1.256 空气的容积比热（KJm3 K）;Ta室外气温C）;其他符号意义同前(2) 蒸汽套散失的热量Q2 ( kJ/)Q2A(T Ta)98.42nVA、(K1 1© 2(15-28)式中 A 冷却面积(m2);K2、K2上、下层汽套的传热系数(w m2 K)1、2上、下层汽套的透风系数;n每小时换气次数，一般取1.0 1.5 ;其他的符号意义同前。(15-29)(3) 每立方米混凝土总需热量Q (KJ)QQiQ?t折合蒸汽量(15-30)

19、式中I ww蒸汽含热量(kJ/kg )；损失系数，一般取 0.20.3 o【例15-11】 钢筋混凝土现浇楼板厚120mm,采用混凝土等级C20, 用32.5级普通水泥配置，混凝土初温 T°=15 C,恒温加热温度 T=40 C , 室外气温Ta =-20 C,外套构造：下层为草袋二层厚 30 mm，水泥袋纸二层，木版一层和空气层 250 mm，上层为锯屑厚150 mm，二层草袋厚30 mm，一层木板厚25mm 和空气层150mm 要求加热到混泥土强度达 到70% f28,试计算每立方米混泥土需要的总热量。【解】1、计算加热时间15 / 23ti TTo4LJ5h83h查表15-3知

20、在+20 C养护9d可达到70%f 28,则to 9 24h216h查上篇表 15-8T To4015 C227.5 C时，当量系数叶1.45;T=40 C时，当量系数 m=2.3t2t° tmm2216 3 14592h2.3(3)总加热时间t t1 t2 3h 92h95h2.计算所需热量(1) 混凝土与汽套的吸热量因下层汽套已预先加热，因此只计算上层汽套吸热量。每立方米混凝土折算面积VA 0.15 8.333m31.25m3c VB 为：木板 0.65 4.186 650 (8.33 0.025)368.3草袋 0.36 4.186 280 (8.33 0.03) 105.45

21、锯屑 0.60 4.186 250 (8.33 0.03) 784.56368.3 105.45 784.561258.3所以Q1 2510(T T。) 1.256Vac Vb (T T )2510(40 15) KJ 1.256 1.25 KJ 0.7 1258.3(40 20) KJ115.6 103 KJ(2) 汽套散失的热量1.3cc 0.150.030.025 门，0.040.170.170.100.17K1 1K2 20.844W/m2 K0.04 吐 02 哎5 0.170.100.070.171.604W/m2 K取n1，Va(0.150.25)8.33m3=3.33m3所以9

22、6.42 nVAq2A仃 T)(K1 1K2 2273 T8.33(40 20)98.421 3.33、(0.8441.604)W1746.8W27340(3) 每立方米混凝土总需热量Q Q1 Q?t3115.6 103J 1746.8 95 3.6J713000J713 103 KJ取 I w 2675KJ / Kg折合蒸汽量:3713 1032675(10.3)kg346.5kg构件内部通汽法计算内部通汽法是在混凝土内部留设孔道或埋管，徐徐通入蒸汽来加热混凝土。预留孔径一般为 2550mm。加热混凝土的温度一般控制在 30 45 C,升温速度保持在58 C /h。所用蒸汽一般采用温度不超过

23、 60 C的 湿饱和蒸汽，如采用高温高压蒸汽时，应设减压装置。根据试验，在温度3045 C养护24h可达设计强度的40 %。耗汽量为200300kg/m 3。内部通气法计算包括预留孔数量的计算和耗气量计算。1.预留孔壁面积与留孔数量计算结构内部通气在混凝土构件中需留孔的数量，可从留孔内蒸汽冷凝经孔壁散发出的热量，等于由混凝土经过围壁（模板、围护层）向空气中散 发出的热量，按下式计算：（15-31 ）式中 Ar预留孔道（埋管）围壁面积（m2/m ）;Ap混凝土围壁面积（m2/m ）;透风系数，按上篇表15 - 14取用；T混凝土恒温加热温度（C ）;Ta大气温度（C ）；Kr孔道壁混凝土的传热系

24、数W m2 K，取23 W m2 K ；Tk蒸汽温度（C ）;Kp 混凝土围护层（模板与保温层）的总传热系数，按下式计算:Kp1d10.04 1dnn(15-32 )didn 围护各层的厚度(m );in围护各层的热导率W m K 0根据孔壁面积并设定孔道直径后， 构件内需要留孔数量，按下式计算：(15-33 )式中n每个构件内留孔数(个)；d孔道直径(m );L孔道长度(m ) o根据实践经验，合理的留孔数量，其留孔道的总截面率以不大于2.5 %为宜。2.耗蒸汽量计算(1)内部通蒸汽总加热时间计算混凝土的升温时间h(h)(15-34 )混凝土的恒温时间t2(h)(15-35 )混凝土总加热时

25、间t(h)为：t t1 t2(15-36 )式中 T混凝土恒温加热温度(K);To 混凝土初温(K);v混凝土升温速度（K/h ）;to混凝土在20 C养护条件下达到要求强度的时间，可由上篇图15-3查得。（2）内部通蒸汽总需要量计算混凝土升温期间需要的热量Qi kJ(15-37)(15-38 )Qi c V T To3.6ApKp TTo Ta ti混凝土恒温期间需要的热量Q2 kJ :Q23.6ApKpT Ta t2混凝土养护蒸汽总需要量W kg ；(15-40)式中 c混凝土比热容和密度的乘积，取1.05 X 2400KJ kg K kJ m3 ；V 混凝土体积（m3 ）；3.6换算系数，1W 3.6kJ kg ；Iw蒸汽含热量，取2675kJ；kg ；损失系数，取 0.20.3【例15-12】 混凝土柱高5m，截面为400mm 600mm，采用内部通汽法养护，已知预留孔芯管外径为 50mm，蒸汽温度为70 C，恒温加 热温度拟取45 C，室外气温为-10 C，模板采用25mm 厚木模板，木 材导热率