大体积混凝土内部降温技术研究.doc

大体积混凝土内部降温技术研究 邱文春 天元建设集团有限公司根据已知条件，通过计算来确定管的直径、间距及水流速度等。 1、根据所选水泥品种、等级可查得水泥的水化热Q水化（kJ/kg），然后再根据配合比可计算出每立方米混凝土中所含的热量为Q水化（kJ/kg）×W水泥（kg/m3）。 2、混凝土中的热量并不是瞬间释放出来的，而是缓慢的。其水泥水化热释放的速度由快逐渐减小，但是混凝土传热的速度基本相同，水泥水化产生的热量不能及时排走，因此混凝土逐渐升温，当水泥水化释放热量的速度小于混凝土热传导散失热量的速度时，混凝土温度就会缓慢降低。 混凝土的绝热温升为： 每立方混凝土中水泥水化热随时间变化关系为： 式中 —混凝土的比热容； —混凝土的质量； —混凝土的温升； —每立方混凝土中水泥的用量； —水泥的水化热。 利用微分原理可推导出水化热释放速度计算公式 KJ/(m3.d) 水泥水化热释放的速度变化曲线如下图所示： 3、通入降温水管后的混凝土热工计算 计算模型 因混凝土厚度较厚，通入降温水管后混凝土水化产生的热量大部分由降温水管中的水带走，降温水管一般成梅花形排列。 假定半径为R长为L的混凝土圆柱体中的热量全部由通过混凝土圆柱中心的半径为r的水管中的水吸收，圆柱体表面与外界无热交换。混凝土浇筑温度与进入水管中的水温相同。 水泥水化释放的热量为： 式中 —混凝土半径（两降温水管距离的一半）； —单位体积混凝土中水泥用量； —水泥的水化热。 冷却水管中的水带走的热量为： 式中 —水的比热容； ρ—水的密度； —水管的半径； —降温水管在混凝土中通过的长度； —水在水管中的平均温升。 假定水管中水的流速为一定值，则水通过长度为L的水管的时间为 式中 —水的流速。 混凝土在与外界绝热的条件下，内部温度各处是相同的，通入降温水管后混凝土内部的热量被水吸收带走，因此，混凝土内部温度距水管越近，温度越低，最终与水温相同，混凝土温度由T砼渐变为ΔT，假定温度变化曲线为直线。 在的时间段内混凝土传递给水的热量为： 式中 λ—混凝土的传热系数 —混凝土的温度 Δ—水在水管中的平均温升。 混凝土传递给水的热量即为降温水管中水吸收的热量，因此，即 因此： （公式一） 从另一个方面，混凝土的温度等于混凝土中的水泥水化释放的热量减去降温水管中的水带走的热量与混凝土的质量及比热容的比值 （公式二） 将公式一带入公式二得： 得出混凝土内部通入降温水管时混凝土温度与时间关系公式如下： 4、降温水管的管径、间距、水泵型号的选择 根据大体积混凝土温度控制要求，混凝土内外温差不得大于25℃，即： ≤25℃（公式三） 依据上式（公式三），本着方便施工和减少工程造价的原则，通过试算，合理确定定降温水管的直径、间距、水的流速等参数，得出一系列组合，水泵的型号依据水的流速和管径确定，从中确定一组最优方案。 这样，钢管的管径、间距及水泵的型号可根据最优经济方案进行选择，只要能保证每立方米混凝土中每秒钟通过的水量即可。 5、以上，按水泥水化产生的热量全部由降温水管中的水带走考虑，混凝土外表面自身散热等有利因素未考虑，因此，。 6、对比 以每立方米混凝土用量390kg/m3为例，降温水管间距1000mm，降温水管直径32mm，水流速1m/s， 普通混凝土水化热温升： 混凝土内部实际最高温度： Tmax=Tj+ξTt 式中 Tj——混凝土浇筑温度，本例中Tj=20℃； Tt——混凝土水化热温升； ξ——不同的浇筑块厚度、不同龄期时的降温系数，见下表： 不同龄期和浇筑厚度的ξ值 浇筑层厚度 （m） 不同龄期（d）时的ξ值 3 6 9 12 15 18 21 24 27 30 2.50 0.65 0.62 0.59 0.48 0.38 0.29 0.23 0.19 0.16 0.15 4.00 0.74 0.73 0.72 0.65 0.55 0.46 0.37 0.30 0.25 0.24 则混凝土温升与使用降温水管后的温升对比如下图。 5 R 2.5m厚普通砼内部实际温度曲线 水化热温升曲线 2.5m厚内部降温砼内部实际温度曲线 4m厚内部降温砼内部实际温度曲线 4m厚普通砼内部实际温度曲线 普通砼水化热温升曲线 混凝土内部实际温度℃ 70 65 60 55 50 45 40 35 30 25 20 6 5 4 3 2 1 160W 150W 140W 130W 120W 110W 100W 90W 80W 70W 60W 50W 40W 30W 20W 10W 0 水泥水化速度同时间关系曲线 15 10 5 0 0 水化热温升℃ 浇筑温度30℃ 浇筑温度25℃ 浇筑温度20℃ 浇筑温度15℃ 浇筑温度10℃ 浇