混凝土绝热温升计算模型与表达式优化

图3-5-1是在不同初始养护温度下混凝土绝热温度变化的试验结果。由图可见,混凝土绝热温升具有下列特性:

图3-5-1　不同初始温度下的混凝土绝热温升

(1)温度变化速率强烈依赖于混凝土温度,混凝土温度愈高,温度上升速率越大,且二者之间的关系是非线性的。

(2)温度上升速率与水泥水化反应的累积完成程度有关,即它不但与当时温度有关,还与过去的温度及所经历时间的长短有关。

(3)温度上升速率依赖于混凝土龄期,早期上升速率大,后期上升速率逐渐减小,最终趋于零。

(4)水泥的水化反应是一个不可逆的过程,因此混凝土绝热温升是单调递增的。

(5)当混凝土温度发生突变时,水泥水化反应速率也发生突变,因此混凝土绝热温升的上升速度也随之发生突变。

(6)环境对温度的影响很重要,模型中的初始温度T0 是考虑了环境影响后的初始温度。目前采用的混凝土绝热温升计算公式有以下几种:

式中 τ——龄期;

θ0——最终绝热温升;

m、n、a、b——常数。

这些表达式只反映了混凝土龄期的影响,其他等诸多因素的影响都没有考虑,可见其计算精度是很差的。

全量型计算模型的表达能力较弱,难以完全反映前述混凝土绝热温升的变化规律。本专题提出的增量型计算模型,表达能力较强,可以较好地反映混凝土绝热温升上述复杂的变化规律,而且计算也比较简单。

大体积混凝土仿真计算中所需要的是绝热温升增量(www.xing528.com)

而混凝土绝热温升为

影响dθ/dτ的因素包括:①混凝土龄期τ;②混凝土当时温度T;③水泥水化反应累积完成程度,用θ(τ,T)/θ0 表示,其中θ0 为最终绝热温升,当θ(τ,T)/θ0=1时,表示水泥水化反应已全部完成,温度不再上升。

建议取dθ/dτ的一般表达式为

式中 mi、pi、qi、ri——计算参数。式(3-5-3)中共有4N 个参数。

经验表明,实际上可取N=1,即

式(3-5-4)中共有4个参数。

为了进一步简化,曾试取q=0,即

计算结果表明,式(3-5-5)不能充分反映dθ/dτ的变化规律,计算精度较差。

取r=1,得到

式(3-5-6)是一个三参数公式,其中T p 表示当前混凝土温度的影响,τ-q 表示混凝土龄期的影响,而1-θ(τ,T)/θ0 表示水泥水化反应累积完成程度的影响,由于实际工程中,温度是不断变化的,用1-θ(τ,T)/θ0 表示水泥水化反应累积完成程度是比较合适的。经验表明,式(3-5-6)的计算精度相当好,完全可以满足实际工程的需要。过去有的文献把dθ/dτ单独表示为温度T 的函数似欠妥。