混凝土热力学性能研究及温度场分析

为能较正确地计算温度场,对混凝土热力学指标进行了研究:①进行了不同初始温度条件下混凝土绝热温升试验;②室内小型浇筑块温度实测试验,并通过反演分析得到结构表面放热系数。

试验所用原材料由工地提供,为工程实际采用的材料,配合比见表5-3。

表5-3　混凝土配合比

注 HLC—1为添加剂,掺量为7% (内掺)。

1.混凝土绝热温升

以往温度场计算时,不论混凝土入仓温度的高低,均采用由同一大小的初始温度测得绝热温升曲线。为研究初始温度对绝热温升变化规律的影响,本项目进行了20℃和30℃两种初始温度的绝热温升试验,并以比较。

对于20℃和30℃两种初始温度,绝热温升在龄期小于4d时有较大的差别,后者明显大于前者,特别是在1d龄期附近;当龄期大于4d后,两者的绝热温升相差不大,且随龄期的增加,差别越来越小。这是由于水泥的水化速率在很大程度上受温度的影响,温度越高,水化速率越快,但最终水化热值受水化速率的影响不大。

绝热温升与龄期的关系可用下式拟合:

(1)20℃初始温度条件下

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(2)30℃初始温度条件下

式中 θ——绝热温升,℃;

τ——龄期,d。

2.混凝土放热系数

(1)室内小型浇筑块温度实测试验。在工程现场实验室内浇筑一个边长为1.0m 的混凝土立方体试件,混凝土试件各个面用竹胶模板固定。试件采用的混凝土材料、模板及配合比与工程现场采用的相同。

在试件内各典型位置埋设6个电阻式温度探头,测点布置如图5-3所示,其中测点6,8,15位于同一高程上。为使温度探头在混凝土浇筑过程中不发生移位,温度探头用铁丝固定。

混凝土试件成型后,记下各个测点的温度值,此温度值作为混凝土温度试件的初始温度,随后每隔一定时间量测一次。在混凝土试件浇筑早期,量测的频率较密。浇筑后前5d,量测的时间间隔为2～3h,后期量测时间间隔加大为4～6h。

(2)混凝土放热系数的反演计算。由于混凝土试件对称,计算时只取试件的1/8,选用T1、T6、T8、T11、T15测点作为反演分析的计算点。用改进加速度遗传算法进行反分析计算,其中绝热温升曲线采用θ(τ)=的 形式,反演计算次数为150 次,计算求得θ0=49.58℃、n=1.96、β=393.5 kJ/ (m2·d·℃)。

将θ0=49.58℃与绝热温升试验值进行比较,可知反演值与试验值的最终绝热温升值相当接近,说明绝热温升试验与室内小型浇筑块温度实测试验的结果是可信的。

小型浇筑块温度实测试验是在室内进行,风速v等于零,因而反演得到的放热系数β=393.5kJ/(m2·d·℃)是风速为零时带模板的等效放热系数。经计算,导热系数λ 为22.6kJ/ (kg·d·℃),与生产厂家提供的值相差不大。