水化温度（精选4篇）
水化温度 篇1
0 前言
大体积混凝土由于施工面积大,水泥水化过程产生的大量水化热不容易散发,在其内部积聚,由此造成内部温度不断上升。而混凝土表面由于与空气接触散热较快,从而使内外截面产生温度梯度进而产生裂缝。这种裂缝一般较深,有时是贯穿性的,会对结构造成很大危害,因而在设计和施工过程中应对混凝土的水化热给予足够重视。
大体积混凝土浇筑过程中影响内部温度场的因素有很多,如施工条件、环境温度、浇筑温度、浇筑层厚度、温度控制措施等。虽然规范中有针对混凝土浇筑过程中内部最高温度的计算公式,但是由于其无法全面考虑外部影响因素,而且无法求得混凝土内外温差,因而在使用过程中受到局限。采用大型有限元软件AN-SYS计算施工过程中的温度场不仅可以较为准确地模拟施工过程中各种条件(包括浇筑过程模拟,环境温度、初始条件和边界条件的施加,水化生热模拟,温控措施等)产生的影响,而且可以充分考虑各个条件随时间的变化规律。软件应用的关键在于单元的选择、网格划分以及环境温度、水化热生热率、表面放热系数等时变参数的选取,这些参数直接影响计算的准确性。现行的相关研究多侧重于理论研究及计算结果的分析,对于整个建模及计算过程中参数的选取往往缺乏系统性介绍。本文结合云南糯扎渡水电站大坝水利工程垫层混凝土水化热温度场的计算,对应用ANSYS软件计算的整个过程进行系统性分析介绍,通过与实测结果比较,检验模型及参数的合理性;并根据温控要求,提出合理的温控措施,有效控制混凝土内部最高温度及内外温差。整个计算过程无需使用APDL语言,完全通过界面操作实现,简单便捷。
1 基本理论
1.1 瞬态热分析理论
混凝土内部温度场计算的实质是热传导方程在特定边界条件和初始条件下的求解,整个传热过程为瞬态传热。三维瞬态温度场的热传导方程为[1]:
式中λ为导热系数,单位为k J/(m·h·℃);c为比热,单位为k J/(kg·℃);t为时间,单位为h;ρ为密度,单位为kg/m3;θ为混凝土的绝热温升,单位为k J/kg。
求解方程过程中初始条件具体可分为以下两类:(1)t=0时,温度场是坐标的已知函数,用T(x,y,z,0)=T0(x y,z)表示;(2)t=0时,初始的温度分布是常数,用T(x,y,z0)=T0=const表示。
边界条件可分为三大类:第一类边界条件,物体边界上的温度函数已知:T=f(x,y,z,t);第二类边界条件,物体边界上的热流密度已知:,其中q为已知热流密度函数,n为表面外法线方向;第三类边界条件,与物体相接触的流体介质的温度和放热系数已知:,其中β为放热系数,Tf为流体介质温度。当表面放热系数β趋于无限大时,T=Tf,即转化为第一类边界条件;当表面放热系数β=0时,,又转化为绝热条件。在混凝土表面覆盖有保温材料时,β通常采用如下公式:
式中βs为混凝土在空气中的放热系数,单位为k J/(m2·h·℃);hi为各种保温材料的厚度,单位为m;λi为各种保温材料的导热系数,单位为k J/(m·h·℃)。
1.2 水泥水化热理论
混凝土水化过程中的热源为水泥水化热,它是影响混凝土温度场的关键因素。因而要计算确定混凝土内部的水化热温度场,首先应确定水泥水化放热规律。迄今为止,对于水泥水化放热规律经验公式的选取还没有统一标准。不同的公式对于计算量及计算结果的影响很大,对双曲线及指数式水化热公式进行研究,结果表明指数式公式的计算结果更接近于工程实测值。本研究采用简便的指数式经验公式进行有限元计算,公式如下[2]:
式中Q(t)为1 kg水泥累积水化热;t为龄期;Q0为每l kg水泥散热量,单位为k J/kg;m为水化热系数,即水泥品种与水化热速度有关的系数。Q0应根据现场施工混凝土配合比由试验确定,也可根据现场实测数据反推得到。
由公式(3),可得水化热放热率即单位重量水泥在单位时间产生的水化热为:
1.3 混凝土水化生热率
从上述三维瞬态热传导方程式(1)中可以看出,求解方程除需知道初始条件及边界条件外,还需求得混凝土的绝热温升。然而,在ANSYS中不能直接定义混凝土的绝热温升,需要做一定的数学转换。在ANSYS中,混凝土的绝热温升通过生热率HGEN来实现。简单的说,生热率就是单位时间内混凝土的生热量,即生热量对时间的导数,如式(5)所示:
式中,HGEN为混凝土水化生热率,单位为k J/(m3·h);Qh(t)为混凝土中产生的热量,单位为k J。
混凝土水化生热率HGEN、水泥水化热、混凝土绝热温升的关系可由以下公式推导求得。
首先,混凝土的绝热温升可由水泥水化热估算如下:
式中:θ(t)———混凝土龄期为t时的绝热温升,℃;
W———每m3混凝土胶凝材料用量,kg/m3;
F———单位体积混凝土混合材用量,kg/m3;
C———混凝土的比热,k J/(kg·℃);
ρ———混凝土的重力密度,kg/m3;
k———折减系数,对于粉煤灰取为0.25。
因而,混凝土中热量应为:
联立式(4)、(5)、(7),可得:
2 工程实例
2.1 工程概况
云南糯扎渡水电站大坝心墙区垫层作为心墙和基础的连接构建,结构抗裂性能要求很高,不允许出现裂缝。根据相关规程,心墙混凝土的浇筑温度不应大于19℃,混凝土允许最高温度不大于38℃[3]。混凝土工作量约为121070m3。浇筑分块以每块不大于20m×20m的原则,共分为351个块号,每块一次浇筑完成。表1为混凝土施工配合比。
2.2 模型建立
采用大型计算软件ANSYS,选取浇筑混凝土块20m×20 m的四分之一以及其下部适量土体(混凝土与土体之间有热交换,以减少计算误差)建模,混凝土模型厚度方向取3m进行计算。有限元模型采用三维热单元Solid70,该单元有8个结点,每个结点有一个自由度。该单元可以用于三维静态或瞬态的热分析,同时此单元也可以转换成结构单元进行应力计算。按照有限元理论,网格划分越细,计算精度越高。在本例计算中,热源是作为体荷载施加于结构上(详见后文叙述),因而网格的粗细对计算精度影响不大。为了减小计算规模,节约资源,采用自由网格划分的方法,混凝土模型长宽方向分别分为10个单元,每个单元1m,厚度方向分为6层,每层0.5m,如图1所示。
2.3 计算参数的技术处理
2.3.1 材料的热力学参数
计算中所用到的材料热力学参数为混凝土和地基基础土体的比热、导热系数和密度。普通混凝土的比热一般在0.84~1.05 k J/(kg·℃)之间;其导热系数值可由混凝土各组成成分的重量百分比按加权平均方法计算得出;此外,普通混凝土的密度大约在2300~2450 kg/m3,具体值可由混凝土配合比计算得出。地基土的热力学参数,可根据工程地基勘察报告获得。表2为本工程所用材料的热力学参数。
2.3.2 初始及边界条件的确定
(1)设定材料的初始温度作为温度场变化的基础。初始条件是在计算开始瞬间,混凝土和地基土体部分内部的温度分布规律,是重要的定解条件之一。计算中,混凝土的初始温度即为混凝土的浇筑温度。本工程中取为19℃。地基土体的初始温度,在考虑了地表温度和地下较深层的稳定温度后,取为24℃。
(2)由于两边和顶面与空气接触,此边界上存在与空气的热对流,属于热分析中的第三类边界条件,因此,将对流边界条件作为面荷载施加于实体的表面(具体输入参数为对流系数和环境温度)。由于缺乏施工现场逐日气温资料,计算时采用浇筑时段平均气温作为温度边界条件,取26℃(浇筑时段最高气温为32℃)。垫层的底面与地基相连,因而地基的初始温度可以作为第一类边界条件施加于结构模型上。
2.3.3 热源的施加
计算中,水泥的散热量Q0取为293.8k J/kg(数据引自材料产品质量监督检验报告)。计算参数m根据试验结果,取为0.4[4]。根据公式(4),可得水化热放热率为:
在ANSYS中,不能把计算出的水化热放热率直接施加在模型上,计算中的热源需要通过混凝土生热率HGEN来施加。工程中每m3混凝土中的水泥用量为222kg,粉煤灰74kg。在计算混凝土生热率时粉煤灰的折减系数取为0.25[5,6]。根据公式(8)可得
热源随着时间在不断变化,利用ANSYS提供的函数功能和表格施加荷载技术可以很方便的设定混凝土的热生成率(单位为单位体积的热生成率)。ANSYS中的函数功能包括函数编辑器和函数转化工具两个部分[7]。在函数编辑器中,可生成各种复杂的函数;函数转换工具先将函数转化为表格,然后按照指定的方式施加到实体模型上。施加热源过程中,首先利用函数编辑器,将公式(8)代入数据并设定为时间的函数表达式后保存,再用函数转化工具,将函数转化为相应的表格并命名保存,然后在模拟过程中,根据需要用表格参数矩阵施加载荷。ANSYS会自动根据当前的时间在表格中选择相应的载荷值。用表格参数矩阵施加载荷时,与施加普通载荷的命令及菜单路径是相同的,只是输入的载荷值不是具体的数值,而是表格参数矩阵的名称。在ANSYS中热源作为体荷载施加于结构模型上。
2.3.4 计算步长的确定
以天(d)作为计算单位,确定加载时间为30d。荷载子步长取为0.1d。
3 计算分析
利用有限元软件,进行浇筑层厚为3 m时混凝土的温升计算。在无任何温控措施的情况下,混凝土内部和外表面温升计算结果如图2所示。
实际施工浇筑过程中,现场诸多因素都会影响混凝土的温度场分布。从表3中的数据可以看出,采用此模型计算,计算值与实际监测结果最大相差为2.7℃,最小仅为0.3℃,这样的偏差完全在工程可以接受的范围之内,因而计算过程中的参数、边界条件、水泥水化放热公式、初始条件的选取都是合理可靠的,应用此模型对该项目进行混凝土内部温升的计算是可行的。
图3为混凝土浇筑3d时模拟计算得到的混凝土内部温度等值线图。
从图2中可以看出,在30d龄期范围内,混凝土中心一点的最高温度出现在第6d前后,达到47.37℃,大大高于温控要求的38℃;表面一点的最高温度出现时间稍晚,约在第8d前后,在40℃左右。内外温差相对较大,存在由于温度应力过大而产生裂缝的威胁,需要考虑采取温控措施降低混凝土中心的最高温度。
考虑在混凝土中心布设冷水管的方法降低混凝土内部最高温度,同时采取外部保温措施减小内外温差。根据以往工程经验,冷却水管采用Ф32、管壁厚度不大于2mm的PVC管。采用双层水管通水冷却的方式,间距取为1.0 m,通水温度与混凝土温差不超过20℃,取为26℃。
混凝土上表面覆盖保温材料后,外面与空气接触,仍可按照第三类边界条件计算,但需考虑保温材料的保温效应(由公式(2)计算得到,选取保温材料的放热系数为β=15 k J/(m2·h·℃)进行计算)。
计算时垫层混凝土模型的网格需重新划分。在网格划分的节点处施加温度荷载作为冷水管的降温效应,此方法最为简便。由于冷水管的管径比较小,为提高计算精度,冷水管附近的网格需要加密。
图4为采取温控措施后浇筑第3d混凝土内部温度等值线图(内设水管,外加保温层)。从图中看出,加入冷水管后,中心最高温度的出现区域向上移动,最高温度相比没有采取措施时(图3)明显降低。图5为采取温控措施后混凝土内部和外表面的温升曲线图。由图可看出,混凝土中心最高温度出现在第3d左右,温度接近40℃。表面最高温度在第3d出现,接近36℃。与未采取温控措施的计算结果相比,混凝土中心最高温度大幅降低,内外温差明显减小。中心最高温度虽略高于温控要求的38℃,但在工程误差允许范围内。因而认为水管降温的方法十分有效。
4 结论
(1)应用ANSYS软件操作计算混凝土水化热温度场简便清晰。采用指数式水泥水化热计算公式,通过合理的单元选择、网格划分以及环境温度、表面放热系数等时变参数的选取,大大简便了计算过程,与实测结果比较,达到了较为满意的计算精度,所建立的模型合理可靠。
(2)对浇筑层厚为3m的垫层混凝土进行模拟,计算混凝土30d龄期内的温升情况。由于层高偏厚,内部水化热较难消散,因而混凝土中心最高温度高出温控标准很多,且混凝土中心和外表面温差较大,存在产生裂缝的隐患。根据经验采取布设冷水管的方法降低混凝土内部最高温度,同时采取外部保温措施缩小内外温差,经过计算证明,此方法可行。
参考文献
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水化温度 篇2
然而随着桥梁结构的跨度越来越大, 箱梁的截面尺寸和局部体积也越来越大, 混凝土的浇筑过程中, 水泥水化作用释放的热量积聚在结构内部不易散发而产生由内向外的温度梯度, 结构中心混凝土膨胀率高于表面混凝土, 致使箱梁结构产生挠曲变形, 当这种变形受到外界约束时就会产生温度应力, 温度应力超过混凝土的极限抗拉能力时便会产生温度裂缝。温度裂缝一旦产生便会直接影响结构的安全性、适用性和耐久性, 缩短使用寿命, 因此有必要探究箱梁结构水化热温度效应的敏感性, 进而有针对性地采取措施减小由水化热引起的温度效应。
1 工程概况
本文将以湘潭市某斜拉拱桥的健康监测项目为背景, 利用有限元软件Midas FEA建立边跨混凝土箱梁有限元实体模型, 分析水化热温度效应的敏感性。该桥为斜拉飞燕式系杆钢管混凝土拱桥, 起于K2+513, 终于K3+513, 主跨采用中承式双肋六管桁架无铰平行拱, 边拱拱肋为上承式双边钢筋混凝土箱梁拱, 箱梁截面高4 m、宽5 m。结构总体布置图见图1, 箱梁细部结构尺寸见图2。
由图2可知, 由于斜拉索锚固的需要, 该箱梁截面外侧翼缘板较厚, 加剧了温度梯度的产生, 另外该桥的边跨箱梁结构较宽, 腹板间距很大, 箱壁薄, 横向分布效应显著。
国内外关于箱梁温度效应的研究较多, 关于斜拉拱桥中这种特殊的箱梁结构温度效应的分析研究较少。由该斜拉拱桥的施工报告可知, 边跨箱梁在早期便出现了裂缝, 并有相关的理论研究证明这些早期裂缝的形成与水化热温度效应有关, 裂缝的出现严重影响了桥梁的适用性、安全性和耐久性, 因此有必要探究箱梁水化热温度效应的敏感性, 进而有针对性的采取措施减小水化热温度效应对结构的不利影响。
2 有限元实体模型的建立
本文将利用有限元软件Midas FEA建立斜拉拱桥边跨箱梁X1号梁段的有限元实体模型进行水泥的水化热效应敏感性的分析, X1号梁段位于该斜拉拱桥边跨箱梁靠近引桥侧支座位置, 有4.5 m长的大体积实腹段, 水化热温度效应明显, 底板有B1, B2等6束纵向预应力钢束。模型共有节点4 175个, 单元14 827个, 单元尺寸为0.4 m。X1号有限元实体模型见图3, 纵向剖面图如图4所示, 另取代表截面Ⅲ—Ⅲ进行水化热温度场和温度应力的分析, 截面Ⅲ—Ⅲ测点布置情况如图5所示。
利用Midas FEA对X1号梁段水泥水化过程进行模拟时需要根据实际施工阶段、外界环境定义结构的边界条件和初始条件, 并根据混凝土的热力学性能定义热力学参数。
2.1 边界条件和初始条件的定义
进行水泥水化过程模拟时, 除了定义结构的支承边界外, 还需要定义单元的对流边界。
在空气中, 混凝土的放热系数β=23.9+14.50va, 其中, va表示风速。若混凝土表面附有模板或者保温层, 混凝土表面通过模板或者保温层向周围介质放热的等效放热系数, 其中, β为保温层或模板的放热系数;λ为保温层或模板的导热系数, λ=0.837 k J/ (m·h·℃) ;h为保温层或模板的厚度。
2.2 混凝土力学参数的定义
1) 抗压强度。我国GB 50010—2010混凝土结构设计规范中未规定立方体抗压强度随龄期的变化情况, 在此借用日本 (水化热) 规范的规定, 其中, a, b, d均为水泥类型系数, 本文中普通硅酸盐水泥a=4.5, b=0.95, d=1.11;fcu, 28为28 d龄期C50混凝土立方体抗压强度标准值。
2) 抗拉强度。我国GB 50010—2010混凝土结构设计规范规定立方体抗拉强度随龄期的变化ftk (t) =0.88×0.395×fc0.u5, k5 (t) (1-1.645δ) 0.45×α2, 其中, δ为变异系数, C50混凝土变异系数为0.11;α2为脆性折减系数, C50混凝土取0.967 5, 在本文中按照上述公式来计算自行输入抗拉强度值。
3) 弹性模量。我国GB 50010—2010混凝土结构设计规范规定用立方体的抗压强度计算混凝土的弹性模量, 计算公式为, 在本文中按照上述公式计算自行输入弹性模量。
4) 收缩徐变。混凝土的收缩应变根据“中国JTG D62—2004”的规定采用。
2.3 混凝土热学参数定义
根据实际施工过程中混凝土的配合比如表1所示, 据此计算混凝土热学参数。
3 水化热温度效应的敏感性研究
水化热温度效应敏感性分析中将定义三个工况, 其中, 工况一为X1号梁段实际施工过程, 初始温度为20℃, 分为两个阶段, 第一阶段浇筑实腹段、底板、腹板, 第二阶段浇筑横隔板、顶板, 结构采用满堂支架施工;工况二为对原施工阶段的优化;工况三为对混凝土模板类型的改变, 以此来分析水化热温度效应对施工阶段和模板类型的敏感性。
3.1 水化热对施工阶段的敏感性
工况二中, 对实际的施工阶段的优化, 减小每次浇筑块的体积, 将施工过程分为四个阶段, 阶段一浇筑底板厚0.3 m, 阶段二浇筑层厚0.45 m至外侧腹板翼缘板交接处, 阶段三浇筑层厚0.9 m, 阶段四浇筑顶板厚0.25 m, 其他条件与原施工过程一致。
工况一与工况二中测点3-12和测点3-13的温度应力以及混凝土的容许拉应力的对比曲线见图6, 图7。
由图6, 图7可知:工况二中测点的主拉应力发展较为平缓, 峰值较小, 未超过混凝土的极限拉应力, 与工况一中测点的主拉应力相比有明显降低。工况一中外腹板测点3-12主拉应力超过了混凝土的极限拉应力, 而在工况二中该点应力较小。
图8~图11为工况一与工况二中各点在整个施工过程中所产生的最大主拉应力云图, 白色的等值线为混凝土的极限拉应力, 等值线以内或以外的区域即为应力超出混凝土极限拉应力的区域, 极有可能开裂。
由图8~图11可知:工况二中超过混凝土极限拉应力的区域相比工况一远远减少了。另外, 工况二中所有测点所产生的最大主拉应力为6.77 MPa, 相比工况一中的7.63 MPa降低了0.86 MPa。
综上所述, 合理的分层分段浇筑可以有效的降低水化热温升, 减小结构的内外温差, 从而减小水化热温度应力防止温度裂缝的产生。
3.2 水化热对模板类型的敏感性
工况三中, 将实际施工中的2 cm厚木模板改成2 mm厚的钢模板, 此时考虑风速为0, 钢板的放热系数为β=18.46 k J/ (m·h·℃) , 其导热系数为λ=163.29 k J/ (m·h·℃) , 等效放热系数为, 其余热力学参数、边界条件和初始条件等均与工况一一致;工况一为实际的施工工况。
图12, 图13为工况三中各点在施工过程中所产生的最大主拉应力云图, 白色的等值线为混凝土的极限拉应力, 等值线以内或以外的区域即为应力超出混凝土极限拉应力的区域, 极有可能开裂。由图12, 图13可知:工况三中所有测点所产生的最大主拉应力为7.572 MPa, 相比工况一中的7.63 MPa降低了0.063 MPa, 超过混凝土极限拉应力的区域也稍有减小。
由此可见, 使用钢模板施工对减小水化热温度效应有一定的减缓作用, 但是效果并不明显, 因此在施工过程中应权衡经济性、便捷性等因素综合考虑。
综上所述:对浇筑块进行合理的分层分段可以有效的降低水化热温升, 减小结构的内外温差, 有效降低混凝土因水化热引起的温度应力, 大部分区域不会产生温度裂缝, 更有利于结构的安全性和耐久性;使用钢模板进行施工对水化热温度效应有一定的减缓作用, 但是温度效应的控制效果并不明显, 因此在施工过程中选择模板类型应该权衡经济性、便捷性等多方面的因素综合考虑。
摘要：以湘潭市某斜拉拱桥健康监测项目为背景, 利用有限元软件Midas FEA水化热分析模块针对X1号梁段混凝土水化热温度效应对施工阶段和模板类型的敏感性展开研究, 研究结果显示, 合理地分层分段浇筑可以有效减小水化热温度效应, 防止裂缝产生;使用钢模板施工对水化热温度效应有一定的减缓作用, 但是效果并不明显。
关键词：箱梁,水化热,有限元分析,温度场,温度效应,敏感性
参考文献
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水化温度 篇3
结合哈大铁路客运专线TJ-3标伊通河特大桥钻孔灌注桩冬期浇注后的温度测控, 初步研究了严寒地区钻孔灌注桩混凝土的水化热——温度规律。
1 工程概况
伊通河特大桥, 位于吉林省长春市境内, 全长57.982km, 为哈大铁路客运专线最长的桥梁。下部结构采用钻孔桩基础, 桩径分φ1.00m、φ1.25m、φ1.5m三种, 试验桩径为φ1.00m, 桩长46m。
桩混凝土设计强度等级为C30, 每立方混凝土材料用量为:水泥280kg, 粉煤灰110kg, 砂830kg, 碎石1065kg, 水117kg, 外加剂3.63kg。
实验日期为11月15日至12月1日, 期间环境温度为-17.94℃~4.12℃。
2 试验方法
温度测试采用航源平洋HYTM-Ⅱ混凝土测温传输系统, 传感器连接温度集线盒, 无线发送盒再将传感器采集的信号发送出, 无线接收盒接收信号, 传输到计算机, 再通过Labview平台开发的温控软件, 显示、记录温度数据, 每隔10分钟自动保存一次温度数据。无线温度传感器测量值范围为-20℃~100℃, 测量距离为300m~5000m。
3 测试结果与分析
3.1 钻孔灌注桩混凝土温度
图1显示, 钻孔灌注桩混凝土浇筑后温度变化规律。拌合混凝土的水、砂石料采取冬期施工措施, 混凝土入模平均温度为12℃, 此时桩基所处环境 (土层) 温度为9~10℃。
为观测、分析方便, 将整个观测过程分为4个阶段:a.入模后0~5h, 此时间段内钻孔灌注桩温度逐渐下降、趋近于桩基所处环境温度, 并在5h后达到温度的极小值9.69℃。b.入模后5~25h, 此时间段内水化反应加剧, 混凝土温度快速上升。c.入模后25~65h, 此时间段内混凝土温度进入相对稳定的阶段, 稳定在24℃±1.5℃, 极大值25.06℃。d.入模后65h~此时水化反映速度逐渐减缓, 混凝土温度逐渐缓慢下降。
3.2 理论计算温度
3.2.1 混凝土芯部假设处于绝热环境
由于混凝土为热的不良导体, 所以试作出混凝土芯部处于绝热环境的假设。
最大绝热升温:
Th——混凝土最大绝热升温
mc——混凝土中水泥用量280kg/m3
κ——掺合料折减系数, 粉煤灰取0.26
F——混凝土中粉煤灰用量110kg
Q——水泥28d水化热375k J/kg
c——混凝土比热容0.96k J/ (kg·k)
ρ——混凝土密度2400kg/m3
代入数据, Th=50.23℃
在绝热的假设下混凝土芯部温度计算值T1 (t) =50.23+12=62.23℃
3.2.2 由实测混凝土温度推算混凝土芯部温度
由于传感器绑扎在钢筋笼上, 桩基保护层厚度为10cm, 传感器接近桩基混凝土表层, 所以, 做出传感器在混凝土表层的假设, 理论推算混凝土芯部温度值。
传感器处混凝土温度上升值=实测极大值25.06℃-土层温度值9.5℃=15.56℃
Th′——传感器处混凝土温度上升值15.56℃
h′——h′=κλ/βκ为折减系数, 取2/3, λ为混凝土导热系数, 取2.33W/ (m·K) , β为土层导热系数, 取2.2 W/ (m·K) , h′取0.706
h——混凝土实际厚度, h取桩直径1.0 m
H——混凝土计算厚度, H=h+2h′=2.412
T1 (t) ′——由实测混凝土温度推算出的混凝土芯部温度值
Tq——土层温度值, 取9.5℃
代入数据解方程得:
T1 (t) 与T1 (t) ′相比较, 差值33.94℃。把混凝土芯部假设为绝热环境不合理的, 主要有以下原因:a.桩径为1m, 尺寸较小, 芯部散热较快。b.水化热的释放, 是一个长时间的、连续的放热过程, 持续时间在28d以上, 28d中混凝土与周围环境热交换量不能忽视。
综上, 混凝土芯部温度取由实测混凝土温度推算混凝土芯部温度较合理。
3.3 结果分析
a.混凝土外部温度低, 内部温度高的状态会引起温度应力, 如果超过混凝土抗拉强度, 将导致混凝土开裂。桩基混凝土的实测最高温度出现在混凝土浇筑45h后, 为25.06℃, 最大升温为15.37℃。推算混凝土芯部温度最高温度为28.29℃, 最大升温18.79℃。内外温差为3.23℃。从本试验结果看, 内外温差不大, 因混凝土内外温差引起的应力不会造成桩基混凝土危害。
b.温度上升段曲线斜率较大, 而在温度下降段曲线斜率较小, 这样的温度变化便会在桩身表面留下残余温度拉应力, 这种残余温度拉应力如果超过临界值, 会引起桩基表层混凝土早期开裂。
从本次试验的混凝土配合比来分析:
a.掺入了大量的粉煤灰, 粉煤灰占胶凝材料的28.2%, 减少了水泥用量, 减少了水化放热。
b.掺入了黄河牌高效减水剂, 提高混凝土强度, 减缓水化热释放速率。
4 结论
a.冬期, 严寒地区钻孔灌注桩在保证入模温度的情况下, 可以进行施工。设计桩顶标高在地面2m以下, 钻孔灌注桩的环境温度满足混凝土的抗冻临界值, 能够保证混泥土的抗拉强度和耐久性。
b.桩基混凝土放热量较大, 但由于桩基混凝土所处环境导热速率较快, 所以, 桩基内温度并不是很高, 不会对混凝土的抗拉强度和耐久性造成影响;桩基混凝土径向尺寸不是很大, 混凝土内部、外部温差也不大, 混凝土内外温差引起的应力不会造成桩基混凝土危害;粉煤灰与减水剂的掺入, 减少了混凝土的放热量, 减缓了混凝土水化热的释放速率, 较好地控制了墩身表面残余温度拉应力。
参考文献
[1]马宗磊.客运专线箱梁混凝土水化热温度测控研究[J].铁道建筑, 2008, 6.
[2]冯德飞, 卢文良.混凝土箱梁水化热温度试验研究[J].铁道工程学报, 2006, 11 (第8期) .
[3]吴伯芳.大休积混凝土温度应力与温度控制[M].北京:中国电力出版社, 1999
水化温度 篇4
一、实验处理及方法
试验从3月19日开始, 4月13日结束, 共25天, 每一处理选择30~40厘米长粗壮的根状茎30~40根, 捆成一捆, 用草袋包好, 分别放在温室内、温室背阴处, 15℃恒温箱内, 冰箱和室内。共五个处理, 每天浇一次水, 保持湿润, 除控制恒温外, 其它温度用温度计和自记温度计测定, 每隔五天调查一次发芽率, 测定一次淀粉糖的含量。
二、试验结果 (见表一)
从表一可以看出:休眠芽的萌发生物学下限温度在5℃左右。在室内3月19~23日日平均温度3.9℃的条件下没有萌发, 而在3月24~28日日平均温度5.5℃的条件下发芽3.4%, 在冰箱4.5℃的条件下, 从
3月19日到29日共10天没有萌发, 同样温度又经过10天发芽率仅为1.3%, 直到4月13日试验结束共25天发芽率才达6.6%。
休眠芽的萌发从温室内和室内二个处理看, 温度越高, 萌发速度越快, 发芽率越高。随着芽的萌发和生长, 根状茎中淀粉和糖分含量也随之降低。从温室处理中可以明显看出:当平均温度9.07℃时, 五天发芽为7.3%, 平均温度11.42℃时, 五天发芽为13.4%, 平均温度12.29℃时, 五天发芽为10%, 而当日平均温度升高到13.57℃时, 五天发芽率高达55.7%。随着温度上升和发芽率的增加, 碳水化合物总量是未萌发前的80%, 表现为逐渐下降的趋势, 最后含量仅有36.3%。淀粉的含量也由48.4%下降到18%。
三、讨论
1.
通过研究摸清芦苇根状茎休眠芽在5℃左右的温度条件下开始萌发, 这就进一步了解了芦苇的生长发育特性, 特别是与温度条件的关系。在栽培管理上可以根据生物学下限温度, 采用合理的促控措施, 调节土壤温度。土壤解冻前可以通过旱春灌溉等措施, 使土壤解冻温度上升, 促进苇芽提前萌发。在晚秋则可以采取措施降低土壤温度, 控制苇芽冬前萌发, 减少无益的养分消耗。
2. 芦苇根状茎中的碳水化合物高达80%, 在芦苇萌发过程中要大量消耗。
在不同的温度条件下, 苇芽萌发的速度不同, 其养分消耗也有差别, 但除温度处理外, 其它几个处理的碳水化合物的变化规律不明显, 这还用待于今后进一步试验。
摘要：芦苇的产量形成和土壤肥力, 水分、温度有着密切的关系。促进芦苇高产稳产的重要环节, 就是保证芦苇的单位面积株数, 过稀、过密都不能获得理想的产量。掌握芦苇越冬芽萌发规律, 可促进芦苇早生快发, 从而获得理想的芦苇产量。