T(t)= —— (1-e-mt)=Tn(1- e-mt) Cγ
式中T(t)---在t龄期时混凝土的绝热温升(℃) e ---常数,为2.718 t ---龄期(d)
m ---随混凝土浇筑温度而异,按表1选用。
计算水泥水化热温升时的m值 表1
混凝土浇筑温度(℃) 5 10 15 20 25 30 m值(1/d) 0.295 0.318 0.340 0.362 0.384 0.406 混凝土结构的厚度愈厚,水化热温升阶段就愈长,并和外界气温有关。混凝土内部温度,应按下式计算:
Tmax=Tj+T(t)£
式中Tmax---混凝土内部中心温度(℃) Tj ---混凝土浇筑温度(℃)取25℃ £ ---混凝土结构的温降系数,按表2选用。
温降系数£值 表2 龄期(d) 1 3 6 9 12 15 18 21 24 27 £值 0.60 0.79 0.78 0.77 0.70 0.60 0.51 0.42 0.35 0.30 5.1.2具体计算
龄期分别取1、3、6、9、12、15天:
WQ 347×377 -mt
T(1)= ——(1-e)= —————×(1-2.718-0.384×1)=18.17(℃) Cγ 0.96×2390
Tmax(1)=Tj+T(1) £(1)=25+18.17×0.60=35.90(℃)
WQ 347×377
(1)
(2) T(3)= ——— (1-e-mt)= ————— ×(1-2.718-0.384×3)=39.00(℃) Cγ 0.96×2390 Tmax(3)=Tj+T(3) £(3)=25+39.0×0.79=55.812(℃)
WQ 347×377
(3) T(6)= ——— (1-e-mt)= —————×(1-2.718-0.384×6)=51.33(℃) Cγ 0.96×2390 Tmax(6)=Tj+T(6) £(6)=25+51.33×0.78=65.04(℃)
WQ 347×377
(4) T(9)= ——— (1-e-mt)= —————×(1-2.718-0.384×9)=55.23(℃) Cγ 0.96×2390 Tmax(9)=Tj+T(9) £(9)=25+55.23×0.77=67.53(℃)
WQ 347×377
×
(5) T(12)= ——— (1-e-mt)= —————×(1-2.718-0.38412)=56.46℃)
Cγ 0.96×2390 Tmax(12)=Tj+T(12) £(12)=25+56.46×0.70=64.52(℃)
WQ 347×377
(6) T(15)= ——— (1-e-mt)= —————×(1-2.718-0.384×15)=56.83(℃) Cγ 0.96×2390 Tmax(15)=Tj+T(15) £15)=25+56.83×0.60=59.10(℃) 以上结果可以看出:混凝土内部最高温度出现在第9天左右,之
前为温度上升阶段,之后为温度下降阶段。实际混凝土自身还会散热,计算偏于安全。
5.1.3水平循环换热水管降温法的应用 ⑴、水平循环换热水管的制作和安装
取普通薄壁钢管(Φ48×0.35mm),按1.2m间距(大于混凝土厚度0.2m)平行布臵2层,每层冷却管相邻管之间间距1.0米。管体绑扎在钢筋片上。浇筑前,为防止混凝土等异物进入水管,在管的进、出水口加上管帽。冷却管布臵见附图:
⑵、降温方法
两个进水口用两个水泵循环送入河水,通过水循环带走承台内部混凝土水化热,循环水保持15天。 4、水平循环换热水管降温法的热工计算
由于混凝土水化热升温根据龄期不同,温度变化大多在60~70℃之间,因此按平均水温65℃计算。
本承台循环水采用抽自冲沟流水,水温较低,因此估算冷却水管进水平均水温15℃,在热交换过程中设水管全长L范围内混凝土平均温度一至,其计算公式如下: θ'm=θw +X(θp-QW)+X1θm
θ'm :水管全长L范围内混凝土平均温度; θw:冷却水初温取12℃; θp:混凝土的浇注温度取25℃; θm:混凝土的最升温值; X:各龄期水管冷却系数;
2、估算3d,6d,9d,15d混凝土平均温升和冷却水管出口水温。 混凝土导热系数 λ=7.7456 kJ/m〃h〃℃ 混凝土比热 c=0.96 kJ/m〃kg〃℃
水的比热 cw=0.96 kJ/m〃kg〃℃ 水的单位体积重 ρw=1000kg/ m3 冷却水的流量(每根冷却管) qw=1.6 m3/h (暂定)
冷却水管平面平行布臵,冷却水管采用内径44.5mm的镀锌钢管,单层冷却管长度L=90m ,采用2层布臵 经计算混凝土绝热温升 θ0 =67.53℃
水泥水化热 m=0.384(L/d)=0.016 (L/h)
ε=λ〃L/(Cw〃ρw〃qw)=7.7456×90/(4.19×1000×1.6)=0.104 αf=a〃log100/log(b/c)
式中a------导温系数 0.0035m2/h B/C =1.2/0.0445×0.5=53.93 B:水管层距 C:水管半径
循环水等效导温系数:
αf =a〃log100/log(B/C)=0.0035×log100/log(53.93)= 0.004(m2/h) b =0.922 查表
τ(d) αf×τ×24/b2 b =0.9 X Y
6 2.71 0.52 0.425 9 4.06 0.35 0.308
21 9.47 0.07 0.05 3、计算混凝土升温
θm=θw +X(θp-QW)+X1θ0
根据公式X=0,X1按上表,θ0混凝土最终绝热升温值,分别计算不同龄期冷却水管冷却后混凝土温度及水管内水上升温度。 所以当τ=6天:
混凝土平均温度上升值为67.53×0.52=35.12℃ (相当于降温67.53-35.12=32.41℃,此时内外温差=35.12℃); 冷却水平均温度上升值为:67.53×0.425=28.7℃。 τ=9天:
混凝土平均温度上升值为67.53×0.35=23.63℃ (相当于降温67.53-23.63=43.9℃,此时内外温差=23.63℃; 冷却水平均温度上升值为:67.53×0.308=20.80℃ 因此在冷却水循环9天后即可不进行循环了。 同理,三层冷却管肯定满足现场施工需要 5.2 垂直降温法(备选施工工艺)
在大体积混凝土施工中,垂直换热水管降温法是控制混凝土内外 温差的一项有效的施工措施,相比照预埋循环冷却水管的方法存在诸多优点:循环冷却水管降温不均匀,且在进口与出口效果相差较大;循环冷却水管无法灌入细石混凝土;另外,垂直换热水管还可以起到架立钢筋的作用;换出的热水可以用做混凝土养生,并能提高混凝土外部温度。