关于大体积混凝土冬季施工公式应用及

关于大体积混凝土冬季施工公式应用及探讨关于大体积混凝凝土冬季施工工公式应用探探讨摘要：本文主要要通过大量工工程实例的研研究分析，针针对《高层建建筑施工手册册》（第二版版）――中国建筑工工业出版社对对大体积混凝凝土冬季施工工的温度计算算公式进行汇汇总、补充和和实际应用的的详细说明，以以利于理解和和实际使用。并并针对大体积积混凝土冬季季施工提出探探讨性公式。关键词：大体积积混凝土冬季施工绝热温升表面温度主要实例：1.某市三院综综合楼筏板基基础施工2.某公寓基础础施工3.某市污水处处理厂曝气沉沉砂池、最终终沉淀池底板板施工4.某广场大体体积混凝土基基础主要参考文献：：《高层建筑施工工手册》（第第二版）――中国建筑工工业出版社《建筑施工手册册》（第四版版）――中国建筑工工业出版社大体积混凝土施施工中的温度度及其应力计计算――姚宏、张增增山说明：本文主要要以某市三院院工程作为实实例说明公式式的应用，以以其他工程数数据作为佐证证，但在下文文中不列举其其他工程的数数据。正文部分：一、大体积混凝凝土定义：混混凝土结构断断面最小尺寸寸在0.80m以上；或预预计会因水泥泥水化热引起起混凝土内外外温差过大（温温差超过25℃）而导致裂裂缝的混凝土土，称为大体体积混凝土。二、市三院工程程简介：本建建筑物为某市第三医院院门诊病房综综合楼，位于于某市长安区体体育南大街15号（现某市第三医院院内），工程程占地面积3960..2m2，总建筑面面积573666.3m22，其中地下7920..4m2，地上494455.9m22；结构为框框剪结构，A－D轴为一期，D－F为二期建设设，地下二层层，地上十九九层，建筑高高度78.5米。项目等等级一级，合合理使用年限限50年。基础为为筏板基础，厚厚度1.0m，混凝土设设计等级C40抗渗等级P6，浇筑量约3600mm3。三、混凝土配合合比的优化和和调整此类讨论较多，在在此不在赘述述。本工程最最终配合比确确定为：施工部位混凝土配合比（Kg/m3）水泥砂子石子粉煤灰膨胀剂泵送剂水底板4006651070753519.5190注：1.本配合合比所使用材材料均为饱和和面干态，施施工时应根据据材料实际含含水情况随时时调整。2.外加剂具有有减水、保塑塑、缓凝、泵泵送、防冻等等复合功能。3.水泥：采用用鹿泉鼎鑫水水泥有限公司司生产的P.S322.5水泥，其性性能应符合GB13444规定；对对大体积混凝凝土所用的水水泥，应进行行水化热测定定，水泥水化化热的测定按按现行国家标标准《水泥水水化热试验方方法（直接法法）》进行，配配制混凝土所所用水泥7天的水化热热宜不大于250kjj/kg4.泵送防冻剂剂：采用石家家庄新星建筑筑防水材料厂厂生产的HFT-225，其性能符符合JC475规定，5.膨胀剂：采采用石家庄功功能建材厂生生产的FEA，其性能应应符合JC476规定；6.砂子：采用用正定中砂，其其性能符合JGJ52规定；7.石子：采用用鹿泉5－31.5mmm碎石，其性性能符合JGJ53规定；8.掺和料：采采用西柏坡电电厂Ⅱ级粉煤灰，其其性能符合GB15996规定。9.为使早期混混凝土保持良良好的温度传传递梯度，同同时保证混凝凝土浇筑面的的正常衔接，初初凝时间确定定为10～12小时；四、大体积混凝凝土常用温度度计算公式及及应用4.1、混凝土土拌合温度TCTCC=…………………公式4－1式中TCC――混凝土的拌拌和温度（℃）；Ti―――混凝土组成成材料温度（℃）；W―――混凝土组成成材料重量（kg）；C―――混凝土组成成材料比热（J/kg•K）；在本工程中根据据同类工程经经验最终确定定材料温度如如下：每m3混凝土原原材料重量、温温度、比热及及热量，见下下表：材料名称重量WKg比热CKJ/Kg℃W×CKJ/℃材料温度℃T×W×C水泥4000.973884015520砂子6650.84558.600石子10700.84898.800水1654.18689.73020691砂石含水量254.18104.500粉煤灰750.967210720FEA350.9633.610336合计=SUM(ABOVE)2745.2=SUM(ABOVE)37267由公式4－1得得：TC=∑TiW•C/∑W•C=372267/2745..2=13.6(℃)4.2、混凝土土出罐温度TITI=TC--0.16((TC-Td)….公式4－2式中TI――混混凝土出罐温温度（℃）；TC――混凝土的拌拌和温度（℃）；Td――混凝土搅拌拌棚温度（℃）；在本工程中:Td：搅拌棚温温度(℃)，根据实测测取Td=10℃故Ti=13.66-0.116×(13.6－10)=13.00(℃)4.3、混凝土土浇筑温度Tj定义：混凝土浇浇筑温度系指指混凝土振捣捣后，位于混混凝土上表面面以下50～100mm深处的温度度。Tj=TC＋＋(Tq-TC)（A1+A2+A3+……+Ai）………公式4－3式中Tj―――混凝土浇筑筑温度（℃）；TC――混凝土的拌拌和温度（℃）；Tq――室外平均气气温（℃）；A1+A22+A3+……+Ai――温度损失系系数，其值按按下列考虑：：①混凝土装、卸卸、转运，每每次A＝0.032；②混凝土运输时时A＝θτ，τ为运输时间间（min），θ值见附表。③浇筑过程中AA＝0.003τ，τ为运输时间间（min）。在本工程中:公式4－3中::Tq－室外平均均气温，根据据《石家庄气气象信息网》天天气预报，1月份平均气气温为－2.9℃，在本工程程中取Tq=－2.9℃；A1－混凝土装装卸温度损失失系数，每次次Ai=0.0332，装卸3次，故A1=0.0332×3=00.096；A2－本工程经经测τ=30miin,采用搅拌运运输车运输θ=0.00042故A2=0.00042×330=0.1126；A3＝０.03τ,泵送浇捣时τ=20miin，则A3=0.0033×20=0.6则：∑A=A11+A2+A3=0.966+0.1226+0.006=0.228，故Tj=13.00+(－2.9－13.0))×0.282=88.52(℃)但是，在混凝土土浇筑过程中中，第一层混混凝土浇筑完完成至第二层层混凝土浇筑筑完成后覆盖盖材料保温为为止，这一段段时间内混凝凝土会损失热热量，在施工工中第一层浇浇筑振捣后及及时用塑料布布覆盖减小空空气流动，减减少热能流失失，考虑此种种情况，混凝凝土浇筑温度度取为Tj＝7(℃)达到了降低低大体积混凝凝土内部温度度的目的，并并满足冬季施施工入模温度度不低于5℃的要求。4.4、混凝土土的绝热温升升Tτ定义：假定混凝凝土结构物与与周围介质（环环境）间没有有任何热损失失，水泥的水水化热全部转转化为混凝土土的温升。混凝土的绝热温温升的表达式式主要有双曲曲线式、指数数式、复合指指数式三种。我我们最常用的的为下式：Tτ＝（1－ee-mτ）………公式4－4-1式中Tτ―――混凝土τ龄期时的绝绝热温升（℃）；τ――混凝土的龄龄期（天）；；W――每立方方混凝土的水水泥用量（kg/m3）；c――混凝土的比比热，计算时时取(0.977kJ/kgg•K)；Q――每公斤水水泥的水化热热（kJ/kg），可查表5-6-3；ρ――混凝土的密密度（容重）取2400kg/m3；m――随水泥品种、比表面及浇筑温度而异，如附表5-6-4；e――常数，为2.718；每公斤水泥发热量见附表。混凝土绝热温升升公式分析：：①这是因为混凝凝土浇筑后温温度的升高是是水泥水化反反应的放热过过程，水化热热的释放速率率同水泥水化化反应的速率率成正比。在在混凝土水泥泥反应过程中中影响化学反反应速率的关关键因素是水水泥的浓度。反反应速率越快快，，热量产产生的速率就就越快，而且且反应过程中中产生的热量量与已经参与与化学反应的的水泥量成正正比。②经试验表明混混凝土的绝热热温升与浇筑筑温度之间有有影响关系,试验数据如如下图:上图为不同浇筑筑温度对混凝凝土绝热温升升的影响试验验数据分析图图，为了反应应不同浇筑温温度对混凝土土绝热温升的的影响提出了了表5-6-4。在上式中当τ＝＝20d时即可认为为水泥的水化化反应过程结结束，此时ee-mτ≈0，则上式转转化为T∞＝………公公式4－4-2式中T∞―――混凝土的最最终绝热温升升（℃）此时即为混凝土土的最终绝热热温升。在大体积混凝土土优化配合比比时，为降低低绝热温升，应应当尽量减少少水泥用量，以以矿物细掺料料取代部分水水泥。混凝土土中水泥用量量由于矿物细细掺料的掺加加而减少，但但是，并不像像单纯减少水水泥用量那样样使得绝热温温升成比例降降低，这是因因为所掺入的的矿物细掺料料参加反应时时也要放热，只只是除硅灰外外的矿物细掺掺料28d前反应速率率很低，因而而才降低了混混凝土的温升升。为了反应应细掺料对绝绝热温升的影影响，我们提提出下式对原原式进行修正正：掺加混合材的混混凝土的绝热热温升为:Tτ＝………公公式4－4-3式中Wc―――混凝土中水水泥（包括膨膨胀剂）的用用量（kg/m3）；F――混凝土活性性掺和料的用用量（kg/m3）；K――混合材料料的折减系数数，对粉煤灰灰取0.25～0.30；其他同前前；在本工程中:跟据公式4－44－3，其中:Ｗ＝400＋335＝435（Ｋg）（包括FEEA含量）；K取0.25；Q＝335KJJ/Kg；c＝0.97KKJ/Kg℃；ρ－混凝土容容量，根据试试验室提供的的数据取2450KKg/m3。则T∞=64(℃)4.5、混凝土土内部实际最最高温度Tmax=Tjj+Tτ•ξ………公式5式中Tmaax――混凝土内部部的最高温度度；ξ――不同浇筑筑块厚度、不不同龄期时的的降温系数，见见附表5-66-5；其他符号意义同同前；4.6、混凝土土表面温度Tb(τ)Tb(τ)==Tq+ΔT(τ)………公式6式中Tb(τ)―――龄期τ时混凝土的的表面温度(℃)；Tq――龄期τ时，大气的的平均温度(℃)；H――混凝土的的计算厚度（m），H=h+22h′;h――混凝土的实实际厚度（m）；h′――混凝土土的虚厚度（m），h′＝K；K――计算折减系系数，可取0.666；β――模板及保保温层的传热热系数（W/m2•K）,β=δi――各种保保温材料的厚厚度(m);λi――各种保保温材料的导导热系数（W/m•K），见附表5－6－6βq――空气层层传热系数，可可取23W//m2•K；ΔT(τ)―――龄期τ时，混凝土土内最高温度度与外界气温温之差(℃)，ΔT(τ)＝＝Tmax-Tq。在实际大体积混混凝土温度计计算中，利用用表面温度计计算通常有以以下三种方法法：假定混凝土不覆覆盖保温计算算是否满足混混凝土温差标标准。这时hh`＝0.06775m。这是应为为，此时β＝βq＝＝23W//m2•K又K＝0.666，λ＝2.33W/m•K，代入h`＝Kλ/β则：h`＝0.06675m假定覆盖保温物物质，推算混混凝土表面温温度，比较混混凝土表面温温度与混凝土土内最高温度度是否满足温温差标准。根据：混凝土土的中心温度度与表面温度度之间的差值值（Tmax–Tb），基底面面温差以及混混凝土表面温温度与室外空空气中最低温温度之间的差差值（Tb–Tq），均应小小于20°C；经过计算算确认结构物物混凝土具有有足够的抗裂裂能力时，允允许不大于25～30℃。（我国规规范规定为25℃）。保险起见这这时我们一般般取Tmax－Tb(τ)＝15~200℃4.7在本工程程中的温差公公式理解偏差差计算㈠在本工程中的的计算1）混凝土内部部实际最高温温度（按3d计算）：由前面计算知：：T∞=64(℃)；查表5－6―5得ξ此时取值为0.36；查表5－6－4利用查分法法得：m＝0.30442；则Tmax=TTj+Tτ×ξ=20.88(℃)2）混凝土表面面温度Tb(t)假定浇筑后用一一层塑料膜、两层草袋覆覆盖养护,查表5－6－6和表5－6－7得，草袋厚δ1=0.0115m,KKb＝1.6（此基础深10m又四周均有有楼，基坑内内基本无风，故Kb不取2.0）；λ1=0.144W/mk,,βq－空气层传传导系数，取取为23W/㎡k则β=1/(0..015*22.0/0..14*1..6+1/223)=5..64；h/=0.6666*2.333/5.664=0.227(m)；H=h+22h/=1.544(m)；ΔT=Tmaxx-Tq=220.8-((-2.9))=24.77(℃)。代入公式6中Tb(t)=111.4℃结论:混凝土中中心最高温度度与表面温度度之差为:Tmax-TTb(t)==20.8--11.4==9.4(℃)＜25℃，满足规定定要求,混凝土表面面温度与室外外气温(0℃)之差为Tb(t))-Tq=11.44-(-2..9)＜25℃;亦满足要求求。故采用一层塑料料膜及两层草草袋覆盖能满满足要求。㈡对㈠的计算过过程分析根据类似大体积积混凝土施工工温度监测数数据和同兄弟弟公司经验，可可知㈠的计算算过程是不复复合实际的。㈠㈠的计算过程程中主要存在在的问题为:忽略了公式Tmax=Tj+Tτ×ξ的应用条件件；其一是：：本公式复合合在浇筑温度度在20～30℃的情况；其其二是本公式式的边界条件件是自然对流流的边界条件件。不同的浇筑温度度对混凝土温温升影响是不不一样的。这这是因为浇筑筑温度越高，水水泥水化反应应就越快，试试验数据分析析如下图：又在本工程中混混凝土处于冬冬季施工，而而冬季施工的的混凝土覆盖盖保温又是必必须的，这是是因为：保温温养护是大体体积混凝土施施工的关键环环节，其目的的主要是降低低大体积混凝凝土浇筑块体体的内外温差差值以降低混混凝土块体的的自约束应力力；其次是降降低大体积混混凝土浇筑块块体的降温速速度，充分利利用混凝土的的抗拉强度，以以提高混凝土土块体承受约约束应力的抗抗裂能力，达达到防止或控控制温度裂缝缝的目的；同同时，在养护护过程中保持持良好的湿度度和抗风条件件，使混凝土土在良好的环环境下养护。又又，在㈠中若若仅仅看混凝凝土内部最大大温度20.8℃，而混凝土土表面温度会会大于0℃，那么温差差是满足温差差标准的；但但是混凝土表表面会受到环环境的昼夜温温差骤变，这这极易引起混混凝土表面裂裂缝的产生，所所以必须覆盖盖保温。由上分析可以看看出公式5在本工程中中的应用是不不符的；在㈠㈠中公式5和公式6是在不同边边界条件下得得出的，那么么所得的结论论则是不符合合实际的。㈢本工程中温度度监测数据图图㈣大体积混凝土土温差计算的的经验公式的的提出1）、根据混凝凝土表面温度度Tb(τ)中虚厚度的概概念作为理论论依据，为了便于理解我我们先明确虚虚厚度的概念念：虚厚度：当混凝凝土与空气接接触时，表面面热流量与混混凝土表面温温度Tb和气温Tq之差成正比比。即--λ*(эTb/эn)==β*(Tb–Tq))(*)式中：λ：导导热系数(w//m.k))；n：表面法线线方向；β：传热系数(w/m2..k)；э：求导符号；将（*）式改写写成эTb/эn=---(TTb–Tq))/(λ/β)式中：Tb-TTq为变量，λ/β为常数，当当表面温度从从T1变到T2时，温度梯梯度分别为tagθ1=(T11-Tq)//(λ/β)及tagθ2=(T22-Tq)//(λ/β)，从下图可知，温温度曲线在混混凝土表面的的切线通过B点，且B点至边界的的距离为λ/β。将温度曲线T11和T2向外延长，经经过水平距离离h`后，即等于于外界气温Tq。根据这一原理，在在处理上述边边界条件时，可可引入一个新新的概念，即即在真实边界界向外延拓一一个“虚厚度”h`，得到一个虚边边界，在虚边边界上，固体体的表面温度度等于外界的的介质（环境境）温度。若若混凝土的实实际厚度为hh，则在表面面温度计算时时采用的计算算厚度为H=h+22*h`。根据同样的原理理，我们认为为混凝土内部部温度与混凝凝土虚厚度有有一定的关系系。透过㈠㈡㈢的分分析和对大量量类似工程的的数据分析，我我们认为：当当混凝土达到到某一厚度时时，混凝土中中心混凝土块块体的散热可可以忽略，这这时混凝土的的水化热全部部转化为混凝凝土的温升。我我们根据虚厚厚度的定义并并经实际施工工监测当混凝凝土厚度达到到2.5m或当h/2+hh/=1.255m时，即可认认为3d混凝土绝热热温升全部转转化为了混凝凝土的温升。这这时混凝土的的内部实际最最高温度为：：Tmax=Tjj+Tτ•ηη――h/2++h/不同时的经经验系数；因因试验数据不不足，暂时推推论数据如下下表；Tmax、Tjj、Tτ意义同前h/2+h/值值0.80.91.01.11.21.25η值0.920.940.960.980.9912）、3~5dd混凝土绝热热温升简单计计算可用以下下经验公式一一Tτ=+注：式中符号同同前。3）、在自然对对流边界条件件下可用以下下经验公式二二Tτ=ξ+注：式中符号同同前。ξ――不同混凝土土厚度3d龄期时的散散热系数，其其值如下表：：混凝土厚度（mm）1.01.52.02.53.03.54.0ξ0.230.350.480.610.730.830.95注：在大体积混混凝土计算中中2）或3）与公式5－6－5的结合使用用会更加符合合实际温差。㈤在本工程中的的应用㈠在本工程中的的计算混凝土内部实际际最高温度（按3d计算）：由前面计算知：：T∞=64(℃)；假定浇筑后用一一层塑料膜、两层草袋覆覆盖养护，查查表5－6－6和表5－6－7得，草袋厚δ1=0.0015m,Kb＝1.6（此基础深10m又四周均有有楼，基坑内内基本无风，故Kb不取2.0）；λ1=0.14W/mk,βq－空气层传导系数，取为23W/㎡k则β=1/(0..015*22.0/0..14*1..6+1/223)=5..64；h/=0.6666*2.333/5.664=0.227(m)；H=h+22h/=1.544(m)；查表得η取值为0.9；查表5－6－4利用查分法法得：m＝0.30442；则：3d的绝热温升升Tτ=38℃则Tmax=Tj+Tτ•η=41.55(℃)ΔT=Tmaxx-Tq=441.5-((-2.9))=44.44(℃)代入公式6中TTb(t)=222.8℃结论:混凝土中中心最高温度度与表面温度度之差为:Tmaxx-Tb((t)=411.4-222.8=188.6(℃)＜25℃，满足规定定要求,混凝土表面面温度与覆盖盖塑料的温度度接近肯定＜＜20℃。故采用一一层塑料膜及及两层草袋覆覆盖能满足要要求。4.8、混凝土土所需保温材材料厚度计算算公式δi=式中(其他符符号同前)Tq――混凝土土浇筑后3～5d内平均大气气气温(℃)；Kb――传热系系数修正值，见见附表。本公式应用的方方法：因为本本公式中要计计算的厚度与与混凝土表面面温度、混凝凝土内部温度度间是相互影影响的关系，所所以如果想计计算其保温厚厚度，就必须须先假定Tmax-TTb(t)和Tb(t)-Tq的值，我们根据据温差标准在在计算中可结结合设计及施施工情况假定定：Tmax-TTb(t)＝20～25℃；Tb(t)-Tq＝15～20℃，然后根据据保温材料再再算表面温度度，核对温差差。注：Tmax和和Tb(t)可按3d计算。五、结束语由于混凝土散热热的外部条件件相当复杂，严严格计算出混混凝土的内部部最高温度是是相当困难的的，那么在实实际工程施工工中我们就必必须严格控制制原材料质量量，优化混凝凝土配比，控控制混凝土的的浇筑温度，尽尽量降低混凝凝土的绝热温温升，加强混混凝土的施工工控制和混凝凝土的测温监监控。保温养养护的措施应应能使混凝土土的温差满足足温度指标的的要求，保温温养护的持续续时间，应根根据温度应力力（包括收缩缩应力）加以以控制、确定定，但不得少少于15d，保温覆盖盖层的拆除应应分层逐步进进行；在保温温过程中应保保持混凝土表表面的湿润。附录（详见《高高层建筑施工工手册》（第第二版）――中国建筑工工业出版社；；《建筑施工工手册》（第第四版）――中国建筑工工业出版社中中数据）表5-6-2运输工具混凝土容积（mm3）θ运输工具混凝土容积（mm3）θ搅拌运输车60.0042保温手推车0.150.007开敞式自卸汽车车1.40.0037不保温手推车0.750.01封闭式自卸汽车车2.00.0017吊车1.00.0015表5--6-3水泥品种水泥发热量（kkJ/kg）225275325425525普通水泥201243289377461矿渣水泥188205247335――计算水化热温升升时的m值