某特大橋大體積混凝土溫度控制理論分析

郭　靜

(長治高速公路有限責(zé)任公司，山西長治　046000)

某特大橋大體積混凝土溫度控制理論分析

郭靜

(長治高速公路有限責(zé)任公司，山西長治046000)

摘要:結(jié)合某特大橋工程，以混凝土的力學(xué)性能、熱學(xué)特性、熱傳導(dǎo)方程、熱生成率、邊值條件為基礎(chǔ)，進(jìn)行了絕熱溫升實驗，研究了混凝土的最大溫升值，并將實驗值與理論計算值作了對比，指出兩種結(jié)果基本相同，可通過理論計算進(jìn)行混凝土的溫度控制。

關(guān)鍵詞:混凝土，絕熱溫升，導(dǎo)熱系數(shù)，熱流量

1　工程背景

某特大橋跨越某河流，當(dāng)?shù)氐匦螢閁型河谷，高差較大，且要跨越原高速公路，路線線位較高，橋墩高度平均超過60 m，橋梁全長1 534 m。上部結(jié)構(gòu)采用4×40 m預(yù)應(yīng)力混凝土先簡支后連續(xù)T梁+45 m +75 m +45 m預(yù)應(yīng)力混凝土剛構(gòu)+30×40 m預(yù)應(yīng)力混凝土先簡支后連續(xù)T梁，下部結(jié)構(gòu)采用薄壁矩形空心墩+承臺+群樁基礎(chǔ)，承臺的平面尺寸為13.2 m×8.2 m，高度為3.5 m。

2　絕熱溫升實驗

本實驗利用絕熱溫升儀，測量在絕熱的條件下，隨著時間(測試時間為7 d)的變化，混凝土試件的中心溫度發(fā)生的具體變化。試件的強(qiáng)度為C30(與該橋梁的設(shè)計強(qiáng)度一致)，尺寸采用φ40× 40 cm，材料與配比均來源于該特大橋的工程現(xiàn)場。表1為混凝土材料的配合比。

表1　混凝土配合比　kg

圖1　混凝土溫升值曲線

由圖1可知，初期時混凝土的放熱速率呈上升趨勢，之后逐漸放緩，最終溫升值無限趨近于60℃。因此，溫升曲線的方程可表示為:

其中，θ為絕熱溫升值; te為等效齡期，由式( 2)確定。

其中，Eh/R =2 400 K; T0=293.15 K。

3　熱生成率的確定

熱生成率Q可由溫升曲線方程變形后得到，即為:

其中，θ為絕熱溫升。

4　熱傳導(dǎo)方程

如果假設(shè)某一個固體的各個方向性能相同，從其中取出一個極小的如圖2所示的微元體dxdydz，那么，流入其的凈熱量為( qxqx + dx) dydz。

圖2　微元體

在固體的傳導(dǎo)中，流量q可表示為:

其中，λ為導(dǎo)熱系數(shù)，kJ/( m·h·℃)。

式( 4)通過變化，得:

所以，沿x方向流入的凈熱量可表示為:

假設(shè)該微元體在時間長度為dτ的時間里，流入的熱量可表示為

其中，c為比熱;τ為時間;ρ為密度。

熱量平衡方程為:

式( 8)通過變形后可得:

其中，a為導(dǎo)溫系數(shù)。

經(jīng)過變化，熱傳導(dǎo)方程可改寫為:

5　邊值條件

6　混凝土的溫度計算

6.1最大絕熱溫升

式中: mc——混凝土中水泥的用量;

F——混凝土中活性摻和料的用量;

K——摻和料折減系數(shù)，取0.25～0.3;

Q——水泥28 d水化熱;具體值詳見表2;

c——混凝土比熱，取c =0.91 kJ/( kg· ℃) ;

ρ——混凝土密度，取ρ=2 400 kg/m3;

t——混凝土的齡期;

m——隨澆筑溫度而改變的系數(shù)，具體值詳見表3;

Th——混凝土的最大絕熱溫升值。

表2　水泥水化熱取值表

表3　隨澆筑溫度而改變的系數(shù)表

根據(jù)上式，得:

6.2混凝土中心計算溫度

式中: Tp——混凝土的澆筑溫度;

Th——混凝土最大絕熱溫升;

ξ( 1)——t齡期混凝土降溫系數(shù)，在表4中取得;

T1( t)——混凝土t齡期的中心計算溫度。

表4　不同齡期混凝土降溫系數(shù)表

由上式得:

7　結(jié)語

由實驗測得的混凝土的絕熱溫升值約為60℃，與理論計算的絕熱溫升值63.2℃基本相同，證明理論計算公式是具有參考性的。因此，在今后類似的工程施工過程中，我們可以通過理論計算，對實際的工程溫度控制進(jìn)行指導(dǎo)。

參考文獻(xiàn):

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［5］范奎.大體積混凝土水化溫度場仿真計算與實測技術(shù)研究［D］.杭州:浙江大學(xué)，2005.

On temperature control theory of large concrete at some super-large bridge

Guo Jing
( Changzhi Expressway Co.，Ltd，Changzhi 046000，China)

Abstract:Combining with some project at some super-large bridge，the paper undertakes the adiabatic temperature rising tests based on the dynamic performance，thermal characteristics，heat conduction equation，heat generation rate，and boundary conditions，researches the maximum temperature rising value of the concrete，compares the tested values with the theoretic ones，and points out the two results are basically similar，so the temperature control of the concrete can be operated by the theoretic calculation.

Key words:concrete，adiabatic temperature rising，heat conductivity coefficient，heat flux

作者簡介:郭靜(1988-)，男，助理工程師

收稿日期:2015-11-22

文章編號:1009-6825( 2016) 04-0200-02

中圖分類號:U445

文獻(xiàn)標(biāo)識碼:A