水泥水化热对混凝土早期开裂影响
水泥水化热对混凝土早期开裂影响
【来源：水泥工艺网】【2011年09月13日】
0 引言
对于预拌混凝土应用过程出现的早期开裂现象，有些混凝土专家归因于水泥比表面积太大和早期强度太高；而水泥界则认为，我国目前水泥的比表面积和早期强度并不比国外的高，混凝土的早期开裂主要是混凝土施工和养护不当所致。笔者认为，必须通过混凝土生产者和水泥生产商沟通，对早期裂缝的成因达成共识，在水泥生产、混凝土配制及施工养护等环节共同采取措施加以解决。“高强早强、高比表面积”及“水泥磨得太细”，这些都是表面现象，其本质是早期水化热太高及混凝土温度应力大的缘故。
1 水化热高是混凝土早期开裂的重要原因
混凝土早期开裂主要是由于初凝前后干燥失水引起的收缩应变和水化热产生的热应变所引起。关于混凝土的开裂，大家都已接受如下认识：抗拉强度越高，则混凝土开裂的危险性越小；弹性模量大、收缩大则开裂的危险性大；徐变大则开裂的危险性小。弹性模量越低，一定收缩量（或应变）产生的拉应力越小。混凝土处于塑性状态时弹性模量几乎为零，任何收缩或应变都不会产生拉应力，只有凝结固化具有一定强度后才有弹性模量，混凝土弹性模量随强度增加而增大。因此，混凝土强度的发展既有利于减少混凝土的开裂又因弹性模量增大而增加混凝土的开裂性。根据美国ＡＣＩ建筑法规，混凝土弹性模量与标准圆柱体２８ｄ抗压强度的平方根成正比。混凝土徐变越大，应力松弛量越大，纯拉应力越小。因此，弹性模量低、徐变大及收缩小的混凝土开裂的危险小。高强混凝土因收缩较大和徐变较小而较易开裂，而低强混凝土可能因收缩小和徐变大，而往往裂缝
较少。关于干燥收缩及其避免或减少收缩的措施，大家都已达成共识，本文不拟赘述，但对于温度应变引起的应力往往认识不足。
温度应力是目前预拌混凝土早期开裂的一个很重要的因素。Ｒ．Ｓｐｒｉｎｇｅｎｓｃｈｍｉｄ认为，混凝土的２／３应力来自于温度变化，1／３来自干缩和湿胀。水泥水化热是混凝土早期温度应力的主要来源。按照瑞典学者Ｊ．Ｂｙｆｏｒｓ的观点，“混凝土拌和物成型的最初几个小时，还没有形成凝聚结构，此时主要表现为黏塑性。随着水化进行，塑性减少，弹性模量增大，成型后４～８ｈ，弹性模量从１０～１０２ＭＰａ迅速增长至１０４～１０５ＭＰａ，增加了３个数量级，而此期间抗压和抗拉强度以正常速度增长，因此极限抗拉应变由２ｈ的４．０×１０－３急剧下降至６～８ｈ的０.０４×１０－３左右，即极限应变减小到原来的１／１００，因此成型后６～８ｈ极限抗拉应变达到最低值”。在混凝土终凝时，抗压强度只有０.７ＭＰａ，抗拉强度只有０.０７ＭＰａ，混凝土弹性模量按１．０×１０４ＭＰａ计，只要产生大于０．０７／（１．０×１０４）＝７×１０－６的应变即可使混凝土开裂。混凝土的热膨胀系数为１０×１０－６／℃，只要混凝土内外温差为１℃就足可使此时混凝土开裂。国外为使混凝土的早期不开裂，要求１２ｈ抗压强度不大于６ＭＰａ，相应的抗拉强度约０．６ＭＰａ，即使弹性模量仍按１．０×１０４ＭＰａ计，此时应变不应大于６×１０－５，相当于内外温度梯度不大于６℃。而国内学者要求２４ｈ抗压强度不大于１２ＭＰａ，相应的抗拉强度约１．２ＭＰａ，此时应变不应大于１２×１０－５，相当于内外温差不大于１２℃。不幸的是，水泥的水化热释放主要集中在早期，水泥加水拌和后，立即出现放热（称为第一个放热峰），持续几分钟，这可能是铝酸盐和硫酸盐的溶解热。下一阶段是形成钙矾石所放出的热量，对于大部分波特兰水泥，大约在４～８ｈ后，会达到第二个放热峰顶点，除钙矾石形
成热外它也包括Ｃ３Ｓ的一些溶解热和Ｃ－Ｓ－Ｈ的形成热。典型的波特兰水泥在开始３ｄ内大致会放出５０％的水化热。某Ｐ·Ｏ４２．５水泥１ｄ水化热为１８８ｋＪ／ｋｇ，３ｄ为２３１ｋＪ／ｋｇ，按混凝土密度２４００ｋｇ／ｍ３、比热０．９６ｋＪ／（ｋｇ·℃）计，混凝土１ｄ和３ｄ的绝热温升相应为２４．４℃和３０．１℃。混凝土温升的高峰一般出现在浇注后的３～４ｄ，掺粉煤灰后可推迟至第５～６ｄ，因此，从减少混凝土早期温度应变出发，应尽量减少水泥水化热。笔者认为，国内外混凝土专家要求混凝土１ｄ抗压强度不大于１２ＭＰａ或１２ｈ抗压强度不大于６ＭＰａ，其实质是降低早期水化速率和水化热，减少温度应变所产生的应力。有些施工人员反映细度太细强度太高的水泥配制的混凝土容易开裂，其实质也是这些水泥早期水化快，水化热大，使混凝土温度应力大的结果。混凝土成型后盖湿麻袋养护不开裂是因为它起到保湿保温的作用。
综上所述，对混凝土的早期开裂必须具体分析，不能一概归咎于水泥。笔者认为，对于低强度等级的混凝土特别是Ｃ３０以下的混凝土，其早期开裂主要是由于养护不当所引起，而对低水胶比高强度等级的混凝土，除此之外，水泥水化热也起着重要的作用。
2 减少水泥水化热和混凝土温升的重要途径
２．１减少水泥水化热的措施
水泥水化热的大小和放热速率与熟料的矿物组成有关。Ｃ
３
Ａ的水化热和水
化放热速率最大，Ｃ
３Ｓ和Ｃ
４
ＡＦ次之，Ｃ
２
Ｓ的水化热最小，放热速率
最慢。因此减少Ｃ
３Ａ相应增加Ｃ
４
ＡＦ、减少Ｃ
３
Ｓ相应增加Ｃ
２
Ｓ均能
降低水化热。但高Ｃ
３Ｓ、高Ｃ
３
Ａ是水泥高强早强和预分解窑熟料工艺煅烧
所需，因此降低熟料矿物中的Ｃ
３Ｓ和Ｃ
３
Ａ有一定难度。尽管已有预分解窑
生产出中热硅酸盐水泥熟料，但仍不普遍。笔者认为，高温煅烧快速冷却、调
整硫酸盐饱和度、减少碱含量、掺入混合材、优化水泥颗粒级配以及对水泥进行冷却等降低水泥水化热的措施均是切实可行的。
１）高温煅烧快速冷却是减少水泥熟料Ｃ
３
Ａ含量的有效途径。我们通常
所讲的Ｃ
３
Ａ含量是根据熟料的化学成分计算而得的潜在含量或称理论含量。
实际上，在硅酸盐水泥熟料煅烧过程中，一部分Ａｌ
２Ｏ
３
固溶于Ｃ
３
Ｓ中，
使实际生成的Ｃ
３Ａ减少；另外高温煅烧使铁相以Ｃ
６
Ａ
２
Ｆ形式存在，也
使实际生成的Ｃ
３
Ａ减少；特别是预分解窑出窑熟料于１３５０～１２８
０℃时在篦冷机上骤冷，使一部分Ｃ
３
Ａ以玻璃体形式存在。因此预分解窑熟
料中的Ｃ
３
Ａ实际含量要比理论计算的少。
２）除Ｃ
３Ａ实际含量外，Ｃ
３
Ａ晶型对其活性有显著影响，从而影响
其水化热和水化放热速率。据文献报道，使用Ｘ射线衍射法的Ｒｉｅｔｖｅ
ｌｄ法能够快速准确地测出熟料各矿物的实际含量。测试结果表明，由于使用
二次燃料造成熟料中ＳＯ
３
含量降低，碱的硫酸盐饱和度降低，多余的碱进
入Ｃ
３Ａ晶格，使立方晶型的Ｃ
３
Ａ含量下降，斜方晶型的Ｃ
３
Ａ含量增加，
而斜方晶型的Ｃ
３
Ａ活性特别高，因此其水化速率及水化热增加，水泥凝结
时间大为缩短，对聚酯类超塑化剂的匹配产生影响。某厂使用二次燃料后硫酸
盐饱和度从６０％降为４０％，熟料中立方晶型的Ｃ
３
Ａ含量从５．３％降
为２．２％，而斜方晶型的Ｃ
３
Ａ含量从６．０％增加到１０．０％，水泥初凝时间从３ｈ２０ｍｉｎ降为２ｈ０５ｍｉｎ。因此，熟料煅烧时一定要注意硫酸盐饱和度变化对矿物晶型的影响，从配料或燃料方面调整硫酸盐饱和度。３）碱使水泥水化加速，早期水化热增加，增大早期的温度应力。Ｒ．Ｗ．Ｂｕｒｒｏｗｓ认为，碱是影响混凝土抗裂性能的最重要因素。“碱不但增大混凝土的收缩率，即使水泥的水化速率和自由收缩值相同，碱也使混凝
土的抗裂性能明显下降。低碱水泥有良好的抗开裂性能，特别是当碱钠当量低于０．６％时，抗裂性大幅度提高”。Ｒ．Ｓｐｒｉｎｇｅｎｓｃｈｍｉｄ也认为，碱使高速公路出现表面开裂。他在给Ｂｕｒｒｏｗｓ的信中写到：“我们因５％高速公路出现表面开裂而遇到很大的困难，这只限于那些含碱钠当量
（Ｎａ
２Ｏ＋０．６５８Ｋ
２
Ｏ）超过１．０％水泥的路段，有时碱钠当量达１.
３％，……”。文献报道，德国“道路建筑通函”１８／１９９８（ＡＲＳ１
８／１９９８）规定，用于高速公路的混凝土路面的水泥“总碱含量Ｎａ
２Ｏ当量≤０．８４％”，“最近又将使用ＣＥＭＩ和ＣＥＭⅡ／Ａ类水泥
时的总碱含量降为Ｎａ
２
Ｏ当量≤０.８０％”。由此看来，碱对水泥混凝土的收缩开裂性能影响很大，在水泥生产和应用过程中必须控制。我国北方某些厂的水泥碱含量偏高，在用于混凝土路面或飞机场跑道时应加以注意。不过，南方地区由于土壤经常有雨水冲洗，碱含量不高。
４）水泥越细，水化越快，放热速率越大，早期水化热越集中，产生的温度应力越大，越容易产生早期开裂。但掺入混合材细粉，既可改善水泥级配，减小水泥标准稠度用水量又可减少水化热。
美国混凝土学会２０７委员会认为，当用火山灰代替部分水泥时，要初估水泥发热量，一个颇为实用的方法是假定火山灰的发热量为所取代的水泥发热量的５０％，即ＨＰ＝ＨＯ（１－０.５Ｐ），式中Ｈｐ和ＨＯ分别为火山灰取代后和取代前的水化热，Ｐ为火山灰取代量。蔡正咏根据刘家峡和三门峡的经验得到ＨＰ＝ＨＯ（１－０．５５Ｐ）。据报道，某粉煤灰３ｄ、７ｄ水化热分别为１１．７ｋＪ／ｇ和２０．５ｋＪ／ｇ，用它分别取代２０％、４０％、６０％和８０％的水泥后，水化热３ｄ分别下降到原来的７５．１％、７２．８％、５４．６％和３１．４％；７ｄ分别下降到原来的８０．７％、６９．２％、５２．７％和３１．８％。用比表面积４００ｍ２／
ｋｇ的矿渣粉取代３５％的某普通水泥时，３ｄ水化热从２３５ｋＪ／ｋｇ下降至１６０ｋＪ／ｋｇ，水化热减少了３２％。尽管混合材取代水泥后水化热下降情况随水泥品种和工程实际情况变化较大，但减少水化热的趋势是确定无疑的。因此，就减少水化热而论，生产掺混合材的水泥是十分有效的。
５）增加混合材掺量虽然可以降低水泥的水化速度和水化热，但水泥以及所配混凝土的早期强度也随之降低，从而影响拆模时间和施工进度。对于该问题，可以从以下两方面认识和解决：①廉慧珍等认为，早期强度过高的水泥所配混凝土的后期强度增长率下降甚至倒缩，对混凝土的耐久性不利。吴笑梅等认为，“水泥的３ｄ强度是施工的要求，水泥的２８ｄ强度是混凝土设计强度的需要，而远龄期强度指标则是混凝土耐久性（强度补充及自愈合）的需要。合理或较低的早期强度，较高的后期及远龄期强度是优质水泥重要的性能指标之一”。因此，应将混凝土耐久性放在第一位，施工进度应服从混凝土耐久性的需要，掺入混合材后水泥的早期强度适当降低是可以接受的。②在不增加水化热的情况下，可以通过调整胶凝材料的颗粒级配来提高早期强度。硬化浆体的强度取决于材料的原始堆积密度和水泥水化产物对原始空隙的填充程度，在不提高水泥水化速度即早期水化产物数量的情况下，降低胶凝材料的原始空隙率即提高其堆积密度，可以提高其强度特别是早期强度。张大康的研究表明，在Ｐ·Ｉ４２．５Ｒ硅酸盐水泥（比表面积３３３ｍ２／ｋｇ），中掺入４％的高细石灰石粉（比表面积１１９４ｍ２／ｋｇ）和２６％的矿渣粉（比表面积４１４ｍ２／ｋｇ），与单掺３０％矿渣粉相比较，水泥３ｄ抗压强度显著增加（从２４．６ＭＰａ增加至２９．４ＭＰａ）；与母体水泥（Ｐ·Ｉ４２．５Ｒ）比较，３ｄ抗压强度只有很少的降低，２８ｄ抗压强度提高了９．４ＭＰａ，其原因与高细石灰石粉的填充作用有很大关系。可见可以通过调整颗粒级配，在混合材掺量不变的情况下提高水泥的早期强度，
或者在水泥的３ｄ强度基本保持不变的情况下，掺入较多混合材。朱宝林等的试验表明，当水泥堆积密度从０．６０６２增加至０．６６８５时，达到相同净浆流动度时的水泥水灰比从０．１９６降低到０．１５０，降幅达２３．５％，在相同水泥用量及工作性能的情况下，混凝土的强度必然随之增加。由此可见应设法提高水泥颗粒的堆积密度。据报道，最佳堆积密度的理想筛析曲线可用Ｆｕｌｌｅｒ曲线来表示，其颗粒分布特点是比较宽，以８０μｍ为最大颗粒计算，其＜１μｍ的颗粒含量约为１７％，＜３μｍ的颗粒含量约为２７％，而＞３２μｍ的颗粒含量约为３１％。但从充分发挥熟料的胶凝作用来说，其颗粒分布应尽量集中在３～３２μｍ（＞６５％），＜１μｍ的颗粒含量最好为０，即颗粒分布尽量窄一些。为了满足颗粒最佳堆积密度和充分发挥熟料的胶凝作用这两方面的要求，可以单独粉磨熟料，使其颗粒分布尽量集中在３～３２μｍ，再掺入颗粒分布适当的混合材，使混合后的水泥颗粒级配尽量靠近Ｆｕｌｌｅｒ曲线，由于配制出的水泥中＜３μｍ的熟料颗粒含量低，因此其水化热比较低；
由于掺入混合材后水泥颗粒堆积密实了，因此其早期强度不会明显降低。赵东镐将３～３０μｍ颗粒含量为６８％、＜３μｍ的颗粒含量为９．５％的水泥（Ｘ′＝２１．４μｍ，ｎ＝１．１７）与Ｆｕｌｌｅｒ曲线进行了对比，发现前者＜２．７μｍ及＞４２．２μｍ的颗粒含量分别比后者约低１５％和１８％，而２．７～４２．２μｍ的颗粒含量则相应比后者高３３％。进而提出用硅酸盐水泥配制胶凝材料时，用硅灰来补充＜０．１μｍ的颗粒，用风选粉煤灰、磨细粉煤灰、磨细矿渣、磨细石灰石和磨细火山灰质材料来补充０．１～２．７μｍ的颗粒，用风选后的粗粉煤灰、粗磨钢渣等来补充＞４２．２μｍ的颗粒，并可以通过计算求出各种混合材的掺量，使胶凝材料的颗粒分
布尽量接近Ｆｕｌｌｅｒ曲线。当然，除了在生产水泥时通过掺加混合材的形式调整水泥颗粒级配外，也可在配制混凝土时通过掺入矿物掺合料进行调整。
６）另外，对水泥进行冷却也可使水泥使用时的水化热降低。因为温度提高水化加快，另外温度高使混凝土拌和物温度提高。国内外的实践表明，采用水泥冷却器可使成品水泥从１００～１２０℃冷却至６０～７０℃。
７）水泥的均匀性影响混凝土中水泥的用量，从而影响混凝土的温升。水泥的强度直接影响混凝土中水泥的用量，稳定性不好的水泥（水泥的强度、水化热及需水量等标准偏差大），设计混凝土配比时为了构件的安全只能按水泥强度的低限值计算水泥掺量，这样对于处于强度上限附近的水泥掺入量相对过多，强度过高，水化热也相对增大，从而影响混凝土的温升。因此，水泥技术指标的标准偏差过大，既影响水泥企业的经济效益，又对混凝土的温升造成不利影响，水泥企业应采取措施确保出厂水泥的均匀性。
２．２减少混凝土温度应力的措施减少混凝土温度应力的措施有掺矿物掺合料和缓凝剂。前者可减少水泥水化热和水泥碱含量，后者可推迟放热峰出现的时间，这已在很多实践中得到证实。但混凝土的养护问题尚未引起人们的充分重视。ＧＢ５０２０４—２００２《混凝土结构工程施工质量验收规范》第７．４．７条规定：“应在混凝土浇注完毕后１２ｈ以内对混凝土加以覆盖并保湿养护；混凝土浇注养护时间不得少于１４ｄ，浇水次数应能保持混凝土处于潮湿状态；采用塑料布覆盖养护的混凝土，其敞开的全部产品应覆盖严密，并保持塑料布内有凝结水”。目前的混凝土有多少工程按照规范对混凝土养护１４ｄ？混凝土的早期开裂，恐怕与养护不好有很大关系。又如，ＪＴＧＦ３０—２００３《公路水泥混凝土路面施工技术规范》第９．３．５条规定，水泥混凝土路面“应特别注意前７ｄ的养生。一般养生天数宜为１４～２１ｄ，
高温天不宜少于１４ｄ，低温天不宜少于２１ｄ。掺粉煤灰的混凝土路面，最短养生时间不宜少于２８ｄ，低温天气适当延长”。恐怕就更少有人做到了。笔者认为，浇注完毕后应加塑料膜覆盖避免混凝土的早期水分损失，另外在塑料膜上盖麻袋或草袋保温，避免混凝土内外温差过大，减少表面与内部之间过大的温度梯度引起的应力。根据国外经验，普通混凝土浇注后第３～４ｄ内部温度达到峰值，掺粉煤灰后可推迟至第５～６ｄ，因此不要在浇注后的头几天直接向裸露的混凝土表面浇冷水，因为温度高的混凝土表面骤然遇冷水会产生大的温差应力使表面出现裂缝；若要喷水，应将水在太阳照射下晒热。降低混凝土原材料的温度是降低温度应力的另一重要措施。一般地，混凝土从塑性状态转变为弹性状态时，其浇注温度越低，越少出现开裂倾向。就水泥而论，目前大型新型干法窑出磨水泥温度较高，加上贮存库体积大，水泥热量很难散失，库内水泥温度可高达９０～１００℃，搅拌站水泥库容量一般偏小，水泥多为随到随用，造成混凝土拌和物出机和入模温度高，加剧了混凝土的早期温升，使温度应力更大。为此ＪＴＧＦ３０—２００３《公路水泥混凝土路面施工技术规范》第３．１．４条规定，“散装水泥的夏季出厂温度：南方不宜高于６５℃，北方不宜高于５５℃；混凝土搅拌时的水泥温度：南方不宜高于６０℃；北方不宜高于５０℃”。只要遵守这些规定，混凝土的早期开裂将会大大减少。至于降低砂石和水的温度的方法，大家很熟悉，不再详述。
３结束语
要减少混凝土的早期开裂除减少早期的干燥收缩外，还必须减少其早期温度应变。水泥水化热对混凝土的早期开裂影响很大，水泥生产企业可以通过高温煅烧快速冷却、调整硫酸盐饱和度、减少碱含量、掺入混合材、优化水泥颗粒级配、对水泥进行冷却等措施降低水泥水化热；在配制混凝土时可以掺入矿物掺合料和高效缓凝剂、降低混凝土搅拌时水泥的温度和浇注后覆盖保温层养护
等，以有利于减少混凝土的早期温度应变。另外，混凝土结构和配方设计也要改革，应根据工程需要选用合适的水泥品种和水泥用量，根据水泥品种调整膨胀缝的间距，根据水泥的颗粒级配调整细集料的用量和颗粒级配，在满足混凝土各项性能的前提下，尽量减少水泥及外加剂用量、降低水灰比，从而减少混凝土的开裂倾向。
水化热讲解
第一章设计说明
第二章大体积混凝土承台水化热有限元分析 2.1 概论 2.1.1 大体积混凝土定义 目前国际上对大体积混凝土仍无一个统一的定义。就如美国混凝土学会的定义：任何就地现浇的混凝土，其尺寸到达必须解决水化热及随之引起的体积变形问题，以最大限度减少开裂的，称之为大体积混凝土。又如日本建筑学会对大体积混凝土的标准定义：结构断面最小尺寸在80cm以上；水热化引起混凝土内的最高温度与外界气温之差，预计超过25℃的混凝土。而我国《大体积混凝土施工规范》认为，混凝土结构物实体最小几何尺寸不小于1m的大体量混凝土，或预计会因混凝土中胶凝材料水化引起的温度变化和收缩而导致有害裂缝产生的混凝土属于大体积混凝土。 由以上可见，大体积混凝土主要是依靠结构物的断面尺寸和水化热引起的温度变化来定性的。 2.1.2 大体积混凝土温度裂缝成因 施工期间水泥的水化热作用，在其浇筑后将经历升温期、降温期和稳定期三个阶段。大体积混凝土自身有一定的保温性能，因此在升温期其内部温升幅度较其表层的温升幅度要大得多,而在降温期内部降温速度又比其表层慢得多,在这些阶段中，混凝土各部分的温度变形及由于其相互约束及外界环境温度约束的作用，在混凝土内产生的温度应力是相当复杂的。由于混凝土的抗拉能力比较弱，一旦温度应力超过混凝土所能承受的拉力极限值时，混凝土就会出现裂缝。 因此必需掌握其水化热的变化规律，从而为混凝土配合比的修改及养护方案的制定提供依据。 2.1.3 本章研究的主要内容 (一)利用MADIS有限元软件建立大体积混凝土承台模型，并对其进行仿 真水化热计算。 (二)对其水化热进行参数分析。
水泥混凝土强度的检测方法
水泥混凝土强度的检测方法 1、水泥砼抗压强度 测定砼抗压强度是评定砼品质的主要指标。目前，砼抗压强度试件以边长为150mm的正立方体为标准试件，砼强度以该试件标准养护到28天，按规定方法 测得的强度为准。 当砼抗压强度采用非标准试件时，其集料粒径要求及抗压强度尺寸换算系数如下： 集料粒径要求及抗压强度换算系数 集料最大粒径 试件尺寸（mm）尺寸换算系数 （mm） 30 100×100×100 0.95 40 150×150×150 1.00 60 200×200×200 1.05
砼立方体试件抗压强度计算：R=P/A 其中：R—砼抗压强度（MPa）P—极限荷载（N）A—受压面积（mm2）注：①以3个试件测值的算术平均值为测定值。如任一个测值与中间值的差值超过中间值的15%，则取中间值为测定值；如有两个测值与中间值的差值均超过上述规定时，则该组试验结果无效。②结果计算至0.1MPa。③非标准试件的 抗压强度应乘以尺寸换算系数。 2、砼抗折（抗弯拉）强度 测定砼抗（抗弯拉）极限强度，是为了提供水泥砼路面设计参数，检查水泥砼路面施工品质和确定抗折弹性模量试验加荷标准。 水泥砼抗折强度是以150mm×150mm×550mm的梁形试件，在标准养护条件下，达到规定龄期后，在净跨450mm，双支点荷载作用下的弯拉破坏，并按规定的计算方法得到的强度值。 砼抗折强度计算：Rb=PL/bha 其中：Rb—抗折强度（MPa）；P—极限荷载（N）；L—支座间距（L=450mm）；b—试件宽度（mm）；h—试件高度（mm）。 注：①如断面位于加荷点外侧，则该试件之结果无效；如两根试件无效，则该组结果作废。断面位置在试件断块短边一侧的底面中轴线上量得。②以3个试件测值的算术平均值为测定值。如任一个测值与中间值的差值超过中间值的15%，则取中间值为测定值；如有两个测值与中间值的差值均超过上述规定时，则该组试验结果无效。③结果计算至0.01MPa。④采用100mm×100mm×400mm非标准试件时，所取得的抗折强度值应乘以尺寸换算系数0.85。
大体积混凝土水化热计算
10.3 球磨机混凝土水化热温度计算 1、最大绝热温升 （1）Th=(mc+K·F)Q/c·ρ (2) Th=mc·Q/c·ρ(1-eˉ-mt) 式中 Th----混凝土最大绝热温升（℃） mc---混凝土中水泥用量(kg/m3) F----混凝土活性掺合料用量(kg/m3) K----掺合料折减系数.取0.25～0.30 Q----水泥28d水化热(kJ/kg)见下表 ρ—混凝土密度,取2400(kg/m3) e----为常数,取2.718 t-----混凝土的龄期(d) m----系数,随浇筑温度改变,见下表 T1（t）=Tj+ Th·ε(t) 式中 T1（t）----t龄期混凝土中心温度（℃） Tj--------混凝土浇筑温度（℃） ε(t)----t龄期降温系数,见下表
3、球磨机基础底板第一步混凝土浇筑厚度为1.6m，温度计算如下。 已知混凝土内部达到最高温度一般发生在浇筑后3-5天。所以取三天降温系数0.49计算Tmax。 混凝土的最终绝热温升计算： Tn=mc*Q/(c*p) (1) 不同龄期混凝土的绝热温升可按下式计算： Tt=Tn(1-e-mt) (2) 式中：Tt：t龄期时混凝土的绝热温升（℃）； Tn：混凝土最终绝热温升（℃）； M:随水泥品种及浇筑温度而异，取m＝0.362； T：龄期； mf：掺和料用量； Q：单位水泥水化热，Q=375kj/kg； mc：单位水泥用量；（430kg/m3） c：混凝土的比热，c=0.97kj/(kg*k); p:混凝土的密度，p=2400kg/m3;得混凝土最终绝热温升： 代入（1）得；Tn=mc*Q/(c*p)=430*375/（0.9*2400）=69.3℃ 代入（2）得: T3=69.3*0.662=45.88℃； T4=69.3*0.765=53.01℃； T5=69.3*0.836=57.93℃； T7=69.3*0.92=63.76℃； 4、球磨机底板混凝土内部最高温度计算： Tmax=Tj+Tt*δ=20+63.76*0.44=48.05℃ Tmax:混凝土内部最高温度（℃）； Tj：混凝土浇筑温度，根据天气条件下底板混凝土施工实测平均结果，假定为20℃； Tt：t龄期时的绝热温升；
大体积混凝土水化热温度检测方案
大体积混凝土水化热温度检测方案
大体积混凝土水化热温度 检 测 方 案 方案编制人： 方案批准人： XX工程质量检测有限责任公司 20 年月日
目录 封面 (1) 一、测温描述 (3) 二、工程概况 (4) 三、依据标准规范及温控指标 (5) 四、测温仪器及设备 (5) 五、测温点的布置 (5) 六、温度测试元件的安装及保护 (7) 七、测温时间 (7) 八、温控措施与建议 (8) 九、监测程序 (9) 十、安全、文明措施 (9) 十一、质量保证体系及服务承诺 (10) 十二、委托单位的配合工作 (11) 十三、测温点布置图………………………………………附图页
XX名都工程2#、3#楼筏板基础 大体积混凝土水化热温度和温差 监测方案 一、测温描述 因大体积混凝土的截面尺寸较大，由荷载引起裂缝的可能性较小，但由于温度产生的变形对大体积混凝土却极为不利。 在混凝土硬化初期，水泥水化释放出较多热量，而混凝土与周围环境的热交换较慢，故混凝土内部的热量不断增加，使其内部温度不断升高，混凝土的体积膨胀变大。随着混凝土水化速度减慢，释放的热量也越来越少，积聚在混凝土中的热量由于热交换的进行慢慢减少，混凝土的温度降低，混凝土产生收缩。当此收缩受到约束时，混凝土内部产生拉应力（此应力简称为温度应力），此时混凝土的强度较低，如不足抵抗拉应力时，混凝土内部就产生了裂缝。 此外，混凝土的导热系数较小。混凝土内部热量不易散失，而表面热量易与周边环境进行热交换而减少，从而温度降低，就形成了混凝土里表温差。如温差较大，则混凝土表里收缩不一致，也使混凝土开裂。 因此，在大体积混凝土中，必须考虑温度应力和温差引起的不均匀收缩应力（简称温差应力）的影响。而温度应力和温差应力大小，又涉及到结构的平面尺寸，结构厚度，约束条件，周边环境情况，含筋率，混凝土各种组成材料的特性和物理力学性能，施工工艺等许多因素影响。故为了保证大体积混凝土施工质量，
大体积混凝土水化热计算和混凝土抗裂验算(泰康人寿)
大体积混凝土水化热计算和混凝土抗裂验算 工程名称：泰康人寿工程 施工单位：中建一局集团建设发展有限公司 砼供应单位：北京铁建永泰新型建材有限公司 混凝土水化热计算 1 热工计算 1.1混凝土入模温度控制计算 （1）混凝土拌合温度宜按下列公式计算： T0=［0.92（m ce T ce＋m s T s＋m sa T sa＋m g T g）＋4.2T w（m w－ωsa m sa－ωg m g）＋C w（ωsa m sa T sa＋ωg m g T g）－C i（ωsa m sa＋ωg m g）］ ÷［4.2m w＋0.92（m ce＋m sa＋m s＋m g）］…………（1.1）式中T0 —混凝土拌合物温度(℃)； m w---水用量(Kg)； m ce---水泥用量(Kg)； m s---掺合料用量(Kg)； m sa---砂子用量(Kg)； m g---石子用量(Kg)； T w---水的温度(℃)； T ce---水泥的温度(℃)； T s---掺合料的温度(℃)； T sa---砂子的温度(℃)； T g---石子的温度(℃)； ωsa---砂子的含水率(%)； ωg---石子的含水率(%)； C w---水的比热容(Kj/Kg.K)； C i---冰的溶解热(Kj/Kg)； 当骨料温度大于0℃时, C w=4.2, C i =0； 当骨料温度小于或等于0℃时，C w=2.1, C i=335。
（2）C40P6混凝土配比如下: 根据我搅拌站的设备及生产、材料情况，取T w =16℃，T ce=40℃，T s=35℃，ωsa=5.0%，ωg=0%， T sa=10℃，T g=10℃，C1=4.2，C i =0 则T0=［0.92（280×40＋175×35＋723×10＋1041×10）＋4.2×16（165－ 5.0%×723－0%×1041）＋4.2（5.0%×723×10＋0%×1041×0）－0 （ωsa m sa＋ωg m g）］÷［4.2×165＋0.92（280＋175＋723＋1041）］=[0.92*(11200+6125+7230+10410)+67.2*(165-36.2-0)+4.2*(361.5+0)-0]/[693+ 0.92*2219] =[0.92*34965+67.2*128.8+4.2*361.5]/2734 =[32167.8+8655.4+1518.3]/2730=42341.5/2734=15.5℃ （3）混凝土拌合物出机温度宜按下列公式计算： T1=T0－0.16（T0－T i） 式中T1—混凝土拌合物出机温度（℃）； T i—搅拌机棚内温度（℃）。 取T i =16℃，代入式1.2得 T1=15.5-0.16（15.5-16） =15.4℃ （4）混凝土拌合物经运输到浇筑时温度宜按下列公式计算： T2=T1－（αt1＋0.032n）（T1-T a）（1.3） 式中T2—混凝土拌合物运输到浇筑时的温度（℃）； t1—混凝土拌合物自运输到浇筑时的时间（h）； n—混凝土拌合物运转次数； T a—混凝土拌合物运输时环境温度（℃）； α—温度损失系数（h-1） 当用混凝土搅拌车输送时，α=0.25； 取t1=0.3h，n=1，α=0.25 ，T a =15℃，代入式1.3得： T2=15.4－（0.25×0.3＋0.032×1）×(15.4-15) =15.4-0.107*（-0.4）≈15.4℃
水泥水化热对混凝土早期开裂影响资料
水泥水化热对混凝土早期开裂影响 【来源：水泥工艺网】【2011年09月13日】 0 引言 对于预拌混凝土应用过程出现的早期开裂现象，有些混凝土专家归因于水泥比表面积太大和早期强度太高；而水泥界则认为，我国目前水泥的比表面积和早期强度并不比国外的高，混凝土的早期开裂主要是混凝土施工和养护不当所致。笔者认为，必须通过混凝土生产者和水泥生产商沟通，对早期裂缝的成因达成共识，在水泥生产、混凝土配制及施工养护等环节共同采取措施加以解决。“高强早强、高比表面积”及“水泥磨得太细”，这些都是表面现象，其本质是早期水化热太高及混凝土温度应力大的缘故。 1 水化热高是混凝土早期开裂的重要原因 混凝土早期开裂主要是由于初凝前后干燥失水引起的收缩应变和水化热产生的热应变所引起。关于混凝土的开裂，大家都已接受如下认识：抗拉强度越高，则混凝土开裂的危险性越小；弹性模量大、收缩大则开裂的危险性大；徐变大则开裂的危险性小。弹性模量越低，一定收缩量（或应变）产生的拉应力越小。混凝土处于塑性状态时弹性模量几乎为零，任何收缩或应变都不会产生拉应力，只有凝结固化具有一定强度后才有弹性模量，混凝土弹性模量随强度增加而增大。因此，混凝土强度的发展既有利于减少混凝土的开裂又因弹性模量增大而增加混凝土的开裂性。根据美国ＡＣＩ建筑法规，混凝土弹性模量与标准圆柱体２８ｄ抗压强度的平方根成正比。混凝土徐变越大，应力松弛量越大，纯拉应力越小。因此，弹性模量低、徐变大及收缩小的混凝土开裂的危险小。高强混凝土因收缩
较大和徐变较小而较易开裂，而低强混凝土可能因收缩小和徐变大，而往往裂缝较少。关于干燥收缩及其避免或减少收缩的措施，大家都已达成共识，本文不拟赘述，但对于温度应变引起的应力往往认识不足。 温度应力是目前预拌混凝土早期开裂的一个很重要的因素。Ｒ．Ｓｐｒｉｎｇｅｎｓｃｈｍｉｄ认为，混凝土的２／３应力来自于温度变化，1／３来自干缩和湿胀。水泥水化热是混凝土早期温度应力的主要来源。按照瑞典学者Ｊ．Ｂｙｆｏｒｓ的观点，“混凝土拌和物成型的最初几个小时，还没有形成凝聚结构，此时主要表现为黏塑性。随着水化进行，塑性减少，弹性模量增大，成型后４～８ｈ，弹性模量从１０～１０２ＭＰａ迅速增长至１０４～１０５ＭＰａ，增加了３个数量级，而此期间抗压和抗拉强度以正常速度增长，因此极限抗拉应变由２ｈ的４．０×１０－３急剧下降至６～８ｈ的０.０４×１０－３左右，即极限应变减小到原来的１／１００，因此成型后６～８ｈ极限抗拉应变达到最低值”。在混凝土终凝时，抗压强度只有０.７ＭＰａ，抗拉强度只有０.０７ＭＰａ，混凝土弹性模量按１．０×１０４ＭＰａ计，只要产生大于０．０７／（１．０×１０４）＝７×１０－６的应变即可使混凝土开裂。混凝土的热膨胀系数为１０×１０－６／℃，只要混凝土内外温差为１℃就足可使此时混凝土开裂。国外为使混凝土的早期不开裂，要求１２ｈ抗压强度不大于６ＭＰａ，相应的抗拉强度约０．６ＭＰａ，即使弹性模量仍按１．０×１０４ＭＰａ计，此时应变不应大于６×１０－５，相当于内外温度梯度不大于６℃。而国内学者要求２４ｈ抗压强度不大于１２ＭＰａ，相应的抗拉强度约１．２ＭＰａ，此时应变不应大于１２×１０－５，相当于内外温差不大于１２℃。不幸的是，水泥的水化热释放主要集中在早期，水泥加水拌和后，立即出现放热（称为第一个放热峰），持续几分钟，这可能是铝酸盐和硫酸盐的溶解热。下一阶段是形成钙矾石所放出的热量，对于大部分
水泥混凝土抗弯拉强度试验方法
水泥混凝土抗弯拉强度试验方法 双击自动滚屏 发布者： tmsx发布时间：2006-12-29阅读：1030次 1目的、适用范围和引用标准 本方法规定了测定水泥混凝土抗弯拉极限强度的方法，以提供设计参数，检查水泥混凝土施工品质和确定抗弯拉弹性模量试验加荷标准。 本方法适用于各类水泥混凝土棱柱体试件。 引用标准： CB/T2611—1992《试验机通用技术要求》 CB/T3722一1992《液压式压力试验机》 T0551—2005《水泥混凝土试件制作与硬化水泥混凝土现场取样方法》 2仪器设备 (1)压力机或万能试验机： 应符合T055lxx 2.3的规定。 (2)抗弯拉试验装置(即三 分点处双点xx和三点自由 支承式混凝土抗弯拉强度与 抗弯拉弹性模量试验装置)： 如图T0558-1所示
3试件制备和养护 3.1试件尺寸应符合T0551中表T0551-1的规定，同时在试件长向中部区段内表面不得有直径超过5mm、深度超过2mm的孔洞。 3.2混凝土抗弯拉强度试件应取同龄期者为一组，每组3根同条件制作和养护的试件。 4试验步骤 4.1试件取出后，用湿毛巾覆盖并及时进行试验，保持试件干湿状态不变。在试件中部量出其宽度和高度，精确至lmm。 4.2调整两个可移动支座，将试件安放在支座上，试件成型时的侧面朝上，几何对中后，务必使支座及承压面与活动船形垫块的接触面平稳、均匀，否则应垫平。 4.3加荷时，应保持均匀、连续。当混凝土的强度等级小于C30时，加荷速度为 0.02MPa/s～ 0.05MPa/s；当混凝土的强度等级大于等于C30且小于C60时，加荷速度为 0.05MPa/s～ 0.08MPa/s；当混凝土的强度等级大于等于C60时，加荷速度为 0.08MPa/s～ 0.10MPa/s。当试件接近破坏而开始迅速变形时，不得调整试验机油门，直至试件破坏，记下破坏极限荷载F(N)。 4.4记录下最大荷载和试件下边缘断裂的位置。5试验结果 5.1当断面发生在两个加荷点之间时，抗弯拉强度按下式计算： 式中：
大体积混凝土水化热计算
球磨机混凝土水化热温度计算 1、最大绝热温升 （1）Th=(mc+K·F)Q/c·ρ (2) Th=mc·Q/c·ρ(1-eˉ-mt) 式中 Th----混凝土最大绝热温升（℃） mc---混凝土中水泥用量(kg/m3) F----混凝土活性掺合料用量(kg/m3) K----掺合料折减系数.取～ Q----水泥28d水化热(kJ/kg)见下表 C---混凝土比热,取(kJ/kg·K) ρ—混凝土密度,取2400(kg/m3) e----为常数,取 t-----混凝土的龄期(d) m----系数,随浇筑温度改变,见下表 2、混凝土中心温度计算 T1（t）=Tj+ Th·ε(t) 式中 T1（t）----t龄期混凝土中心温度（℃） Tj--------混凝土浇筑温度（℃） ε(t)----t龄期降温系数,见下表
3、球磨机基础底板第一步混凝土浇筑厚度为，温度计算如下。 已知混凝土内部达到最高温度一般发生在浇筑后3-5天。所以取三天降温系数计算Tmax。 混凝土的最终绝热温升计算： Tn=mc*Q/(c*p) (1) 不同龄期混凝土的绝热温升可按下式计算： Tt=Tn(1-e-mt) (2) 式中：Tt：t龄期时混凝土的绝热温升（℃）； Tn：混凝土最终绝热温升（℃）； M:随水泥品种及浇筑温度而异，取m＝； T：龄期； mf：掺和料用量； Q：单位水泥水化热，Q=375kj/kg； mc：单位水泥用量；（430kg/m3） c：混凝土的比热，c=(kg*k); p:混凝土的密度，p=2400kg/m3;得混凝土最终绝热温升： 代入（1）得；Tn=mc*Q/(c*p)=430*375/（*2400）=℃ 代入（2）得: T3=*=℃； T4=*=℃； T5=*=℃； T7=*=℃； 4、球磨机底板混凝土内部最高温度计算： Tmax=Tj+Tt*δ=20+*=℃ Tmax:混凝土内部最高温度（℃）； Tj：混凝土浇筑温度，根据天气条件下底板混凝土施工实测平均结果，假定为20℃； Tt：t龄期时的绝热温升；
大体积混凝土水化热计算公式
九、基础混凝土浇筑专项施工方案 江苏广兴建设集团有限公司 基础混凝土浇筑专项施工方案 工程名称：镇江新区平昌新城配套公建工程 编制： 审核： 批准：
江苏广兴建设集团有限公司 镇江新区平昌新城配套公建工程项目部 2012年3月14日 基础混凝土浇筑专项施工方案 第一节、工程概况 一、工程概况 【本方案针对重要施工技术措施节点的分部分项工程的特点及要求进行编写】镇江新区平昌新城配套公建工程；工程建设地点：镇江新区平昌新城平昌路；属于框剪结构；地上12层；地下1层；建筑高度：44.65m；标准层层高：3.6m ；总建筑面积：25000平方米；总工期：450天。 本工程由镇江瑞城房地产开发有限公司投资建设，常州市规划设计院设计，镇江市勘察设计院地质勘察，镇江兴华工程建设监理有限责任公司监理，江苏广兴集团有限公司组织施工；由胡金祥担任项目经理，周道良担任技术负责人。 本工程地下室基础为带人防核6防6、二级防水等级要求的人防地下室，地下室主体结构混凝土强度等级：基础底板为C35，地下室顶板、梁为C30，地下室墙、柱均为C40，地下车道底板混凝土为C35，侧壁为C40。地下室底板、外墙、地下车道底板及侧板、单层车库顶板、覆土顶板及水池围护结构均需采用P6抗渗混凝土，地下室底板、外墙、顶板采用补偿收缩混凝土，后浇带采用膨胀混凝土，地下室混凝土在混凝土中掺入抗裂纤维。本工程地下室底板厚度600mm/800mm （主楼位置），地下室板墙厚度分别为200mm/250mm/300mm/450mm（详见地下
结施13墙定位及配筋图），板墙浇筑高度3.8m/4.4m（详见顶板施工图）。 【本工程地下室基础混凝土标号众多，抗渗、膨胀、纤维等外加剂的参数以及使用位置，不同型号混凝土浇筑节点处的处理要严格参照图纸结构总说明中4.1.3要求进行施工】 二、施工要求 1、确保混凝土施工在浇筑时期内安全、质量、进度都达到优质工程标准。 2、本工程混凝土浇筑施工质量技术措施控制重点：（1）、大体积混凝土水化热的处理；（2）、地下室后浇带防水措施。 第二节、编制依据 《混凝土结构工程施工质量验收规范》GB50204-2002 《混凝土外加剂应用技术规范》GB50119-2003 《地下工程防水做法》苏J02-2003 及江苏广兴集团有限公司以往类似工程的施工方案和本工程相关施工设计图纸等。 第三节、施工计划 材料与设备计划 本工程基础混凝土按后浇带划分三个区域：（1）以3#楼为主，2-F轴以北后浇带划分；（2）以2#楼为主，2-A轴以北后浇带划分；（3）以1#楼为主，2-A轴以南后浇带划分。 1、混凝土浇筑以商品混凝土泵送浇捣，投入4台振动棒，2台平板振动器，1台混凝土收光机，水泵4台，自吸泵2台等其他小型工具。机修人员必须在机械使用前对所有机械进行检查养护，在浇筑混凝土过程中，安排人员进行定时检修。 2、养护混凝土使用的塑料薄膜以及覆盖用的草袋，水管等养护材料。 3、对预拌混凝土的要求 与预拌混凝土搅拌站签订供应合同，对原材、外加剂、混凝土坍落度、初凝时间、混凝土罐车在路上运输等作出严格要求。 A、对预拌混凝土坍落度的要求 混凝土搅拌站根据气温条件、运输时间、运输道路的距离、混凝土原材料（水泥品种、外加剂品种等）变化、混凝土坍落度损失等情况来适当地调整原配合比，确保混凝土浇筑时的坍落度能够满足施工生产需要，确保混凝土供应质量。 当气候变化时，要求混凝土预拌站提供不同温度下、单位时间内坍落度损失值，以便现场能够掌握混凝土罐车在现场的停置时间。并且可以根据混凝土浇筑情况随时调整混凝土罐车的频率。浇筑混凝土时，搅拌站派一名调度现场调配车辆。同时鉴于现场处的特殊地理位置，项目安排人员协调现场内外的交通问题。 对到场的混凝土实行每车必测坍落度，实验员负责对当天施工的混凝土坍落度实行抽测，混凝土工长组织人员对每车坍落度进行测试，负责检查每车的坍落度是否符合预定预拌混凝土坍落度的要求，并做好坍落度测试记录。如遇不符合要求的，退回搅拌站，严禁使用。 B、对预拌混凝土的添加剂的要求
水化热参数化分析
一．概要 1. 水化热分析 浇筑混凝土时，水泥在水化过程中产生大量热量会使混凝土的温度升高。虽然随时间的推移混凝土的温度会慢慢冷却，但结构各个位置的温度下降速度不均匀，结构不同位置将发生相对温差，此温差会使混凝土发生温度应力。 温度裂缝发生类型 混凝土浇筑初期，因内部温度升高将发生膨胀，但混凝土表面的温度下降较快，相对应变较小，从而使混凝土表面产生拉应力。 混凝土内部不同的温度分布引起的不同的体积变化而导致的应力称为内部约束应力。此类拉应力裂缝主要发生在构件尺寸比较大的结构。 混凝土在高温状态下温度下降会发生收缩，但受到与其接触的已浇筑混凝土或者地基等的约束而产生的拉力，像这样变形受外部边界约束的状态称为外部约束。此类应力主要发生在像墙这样约束度比较大的结构中。 利用温度裂缝指数预测温度裂缝 韩国混凝土规范中使用温度裂缝指数（抗拉强度与发生的温度应力之比）i 值预测是否发生裂缝。 一般采用下面的值。 FEA 程序的水化热分析 水化热分析主要分为热传导分析和热应力分析。. 热传导分析主要计算水泥的水化过程中发热、传导、对流等引起的随时间变化的节点温度。将得到的节点温度作为荷载加载后，计算随时间变化的应力称为热应力分析。 因此通过查看温度分布可以看出输入数据是否有误，如果温度分布没有问题可说明输出的应力结果也是正确的。 2. 水化热参数化分析 水化热分析必须进行反复计算 大体积混凝土的温度裂缝可以利用温度裂缝指数(Crack Ratio, Icr) 来验 算。温度裂缝指数要满足结构的重要 性、功能、环境条件等因素的要求。 温度裂缝指数受水泥的类型、浇筑温度、养生方法等多因素的影响，所以需要对多种条件进行反复分析以找出最佳的浇筑方法。 参数化分析功能 为比较多种条件的分析结果需要建立 多个模型进行分析，分析结束后需要整理大量的分析结果、还要进行结果保存、对比等工作。 通过FEA 的水化热参数化分析功能，可以实现一个模型多种条件分析。可以大大减少单纯繁琐的反复分析过程，从而提高工作效率。 参数化分析的使用方法 首先建立一个基本模型，在基本模型里使用替换变量的方式定义分析工况。下图是把材料作为变量条件的示例，“Case I ”为将混凝土C24变更为C30的工况，“Case II ”为将混凝土C35变更为C40的工况。 | 参数化分析的构成 | 参数化分析里可以考虑的变量 在水化热参数化分析的功能里可以调整的变量有五个，较常用的调整方法具体如下。 ? 施工阶段： 降低浇筑高度缩小各阶段的温度差。浇筑间距过小的话很难 达到分段浇筑的效果，但如果太大分界面会产生较大的温差。. ? 对流边界：对流系数较低时，热量不容易对外流失，可以减少内外温差。 ? 材料：使用弹性模量大的材料时，抗拉强度也较大，可增大裂缝指数。 ? 发热特性：是变量中最为敏感的因素, 定义水化过程中发生的热量。 ? 是否考虑自重：使混凝土产生压应力的荷载，在一定程度上可以减少拉应力，但效果不明显。 温度裂缝指数与裂缝发生几率 | 裂缝指数(i) = 混凝土抗拉强度 发生的温度应力 ? 防止裂缝发生时：1.5 以上 ? 限制裂缝发生时：1.2 ~ 1.5 ? 限制有害裂缝发生时：0.7 ~ 1.2 | 内部约束产生的裂缝（放热时）| | 外部约束产生的裂缝（冷却时）|
混凝土温度计算
作者：曹运周董佳佳王程锋赵永峰 【摘要】大体积混凝土工程由于结构截面大，混凝土浇注后，水泥放出大量水化热，混凝土温度升高，而且混凝土导热不良，相对散热较小。因此，混凝土内部水化热积聚不易散发，外部则散热较快，很容易由于温度的不均衡分布产生应力，故而产生温度裂缝。本文详细地介绍了大体积混凝土产生裂缝的机理，并从材料、设计、施工方面提出控制手段，引用具体实例进行论证。 【关键词】大体积混凝土施工；裂缝；温度应力；测温 1.前言 近几年来，全国各地工程规模日趋扩大，结构形式日益复杂，工业与民用建筑中对大体积混凝土需求越来越多。由于其体积大，表面小，水泥水化热释放比较集中，内部温升比较快，当混凝土内外温差较大时，会使混凝土产生温度裂缝，影响结构安全和正常使用，所以必须从根本上分析它，来保证施工的质量。 2.裂缝成因分析 大体积混凝土一般是指实体截面最小尺寸大于或等于1m的混凝土构件。它的表面系数比较小，水泥水化热释放比较集中，内部温升比较快。混凝土内外温差较大时，会使混凝土产生温度裂缝，影响结构安全和正常使用 混凝土裂缝分为以下几种类型：弯距剪力等外力荷载引起的裂缝；干燥收缩引起的裂缝；混凝土自身收缩引起的裂缝；温度裂缝。 大体积混凝土工程，水泥用量多，结构截面大，因此，混凝土浇注后，水泥放出大量水化热，混凝土温度升高。由于混凝土导热不良，体积过大，相对散热较小。因此，混凝土内部水化热积聚不易散发，外部则散热较快，依据热胀冷缩的原理，结构自身约束由伴随温度变化引起的建筑物体积变化产生应力，一但拉伸应力＞抗拉强度则混凝土产生裂缝。 故控制大体积混凝土开裂必须从两方面入手。一方面，提高混凝土的抗拉强度，使其足够大，大到各种因素引起的开裂应小于它，另一方面，控制温度应力，使其尽可能小，永远小于混凝土的抗拉强度。 3.裂缝控制手段 要避免混凝土裂缝的产生需从材料、设计、施工上来进行控制。 3.1材料控制 (1)水泥：使用水化热较低的水泥以及尽量降低单位水泥用量；水泥在水化过程中要释放出一定的热量，而大体积混凝土结构断面较厚，表面系数相对较小，所以水泥发生的热量聚集在结构内部不易散失。这样混凝土内部的水化热无法及时散发出去，以至于越积越高，使内外温差增大。单位时间混凝土释放的水泥水化热，与混凝土单位体积中水泥用量和水泥品种有关，并随混凝土的龄期而增长。由于混凝土结构表面可以自然散热，普通混凝土内部的最高温度，多数发生在浇筑后的最初3~7天。 (2)掺合料和外加剂：在混凝土中掺入水泥用量0.25%的减水剂，可同时减少10%的水泥用量，从而降低水化热的产生；在混凝土中掺入粉煤灰，不仅可代替水泥用量，而且可大大改善混凝土的可泵性和工作性，从而降低水化热的产生；在混凝土中掺入膨胀剂，混凝土在硬化过程中产生体积膨胀，可以部分或全部补偿硬化过程中冷缩和干缩，减免混凝土的开裂。 (3)粗细骨料：在钢筋间距和泵车输送管的允许下，尽量选用粒径大的骨料，一般中、粗砂比使用细砂每平方米混凝土减少用水量20~25Kg左右，水泥相应也减少28~35Kg,从而降低混凝土的干缩，条件允许的情况下，可以采用设计毛石大体积混凝土基础。 (4)石子级配：石子级配对节约水泥及保证具有良好的和易性关系很大,大体积混凝土宜采用
大体积混凝土水化热及温度计算
大体积混凝土水化热及温度计算 水泥：334kg/m3； 水：190kg/m3；大气温度在30℃，水温在27℃ 粗骨料：1010 kg/m3； 细骨料：731kg/m3； 粉煤灰：78kg/m3； 缓凝型减水剂：1%。 3) 混凝土温度计算 a 搅拌温度计算和浇筑温度 混凝土拌和温度计算: T c=∑T i*W*c/∑W*c=89405.4/3426.1=26.1℃。 考虑到混凝土运输过程中受日晒等因素，入模温度比搅拌温度约高4℃。混凝土入模温度约T j =30.1℃。 b 混凝土中心最高温度 Tmax=T j+T h*ξ
T j=33.04℃(入模温度)，ξ散热系数取0.70 混凝土最高绝热温升T h=W*Q/c/r=350*377/0.973/2321=50.43℃ 其中350 Kg为水泥用量；377KJ/Kg为单位水泥水化热；0.973KJ/Kg.℃为水泥比热；2321Kg/m3为混凝土密度。 则Tmax=T j+T h*ξ=33.04+50.43*0.70=70.94℃。 c 混凝土内外温差 混凝土表面温度(未考虑覆盖)： T b=T q+4h’(H-h’)△T/H2。 H=h+2h’=3+2*0.07=3.14m， h’=k*λ/β＝0.666*2.33/22＝0.07m 式中T bmax--混凝土表面最高温度(℃)； T q--大气的平均温度(℃)； H－一混凝土的计算厚度； h’--混凝土的虚厚度； h--混凝土的实际厚度； ΔT－－混凝土中心温度与外界气温之差的最大值； λ--混凝土的导热系数，此处可取2.33W／m·K； K--计算折减系数，根据试验资料可取0.666； β--混凝土模板及保温层的传热系数(W/m*m·K)，取22 T q为大气环境温度，取30℃，△T= Tmax-T q=40.94℃ 故T b=33.73℃。 混凝土内表温度差：△T c=Tmax-T b=70.94-33.73=37.21℃＞20℃ 2.温度应力计算 计算温度应力的假定： ①混凝土等级为C30，水泥用量较大311 kg/m3；
大体积混凝土水化热计算及冷凝管布设方案
附件七： 大体积混凝土水化热计算及冷凝管布设方案根据对往年同季节气温进行统计，本地区9月16日~10月15日每天高温一般不超过25℃，10月16日~11月15日每天高温一般不超过15℃。根据本工程施工进度计划，49#和54#两个机位处于9月16日~10月15日期间进行大体积混凝土承台施工，50#~53#机位处于10月16日~11月15日期间进行施工。因此，考虑混凝土水化热环境因素时，49#和54#两个机位按照25℃大气温度进行计算，50#~53#机位按照15℃大气温度进行计算。计算时，考虑海水对流，按照海水温度低于大气温度5℃进行计算。 1、单位系统 质量单位：kg；力的单位：kgf；能量单位：kcal，1kcal=4.186kcal，考虑使用海水降温，使用kcal作为能量单位更利于计算；长度单位：m；温度单位：℃；时间单位：h。 2、混凝土参数 比重：2500kg/m3；导热系数：2.02kcal/(m.h.K)；对流系数：19.84kcal/(㎡.h.K)；比热容：0.23kcal/(kg.K)。 根据以往施工经验，考虑自拌C45混凝土现场养护条件28天强度等级为 50Mpa，达到70%强度（31.5Ma）所需时间为25℃3天，15℃7天。考虑采用普通硅酸盐水泥，胶凝材料根据发热量全部折合成水泥掺量为450kg/m3。C45混凝土在25℃和15℃天气环境下的强度发展曲线如下图左图和右图所示。（备注：图中强度单位为kgf/㎡。）
3、温度要求 （1）混凝土表里温差不得超过25℃，表层温度取混凝土面以内5cm位置，内部温度取混凝土内部最高温度；混凝土表层温度和环境温度差不得超过20℃。降温速度不宜超过2℃/d。 使用midas软件建立模型计算模型。为更加直观的观察混凝土部的温度应力，建模时采用只建立1/2模型，但进行整体对称计算的方式。为简化计算，直接将承台模型简化成圆柱结构。建立的模型如下图所示。 使用软件进行计算，混凝土在25℃、15℃环境下内外温度发展曲线如下图所示。 25℃
大体积混凝土水化热计算
大体积混凝土水化热计 算 标准化管理部编码-[99968T-6889628-J68568-1689N]
10.3 球磨机混凝土水化热温度计算 1、最大绝热温升 （1）Th=(mc+K·F)Q/c·ρ (2) Th=mc·Q/c·ρ(1-eˉ-mt) 式中 Th----混凝土最大绝热温升（℃） mc---混凝土中水泥用量(kg/m3) F----混凝土活性掺合料用量(kg/m3) K----掺合料折减系数.取0.25～0.30 Q----水泥28d水化热(kJ/kg)见下表 C---混凝土比热,取0.97(kJ/kg·K) ρ—混凝土密度,取2400(kg/m3) e----为常数,取2.718 t-----混凝土的龄期(d) m----系数,随浇筑温度改变,见下表 2、混凝土中心温度计算 T1（t）=Tj+ Th·ε(t) 式中 T1（t）----t龄期混凝土中心温度（℃） Tj--------混凝土浇筑温度（℃） ε(t)----t龄期降温系数,见下表
3、球磨机基础底板第一步混凝土浇筑厚度为1.6m，温度计算如下。 已知混凝土内部达到最高温度一般发生在浇筑后3-5天。所以取三天降温系数0.49计算Tmax。 混凝土的最终绝热温升计算： Tn=mc*Q/(c*p) (1) 不同龄期混凝土的绝热温升可按下式计算： Tt=Tn(1-e-mt) (2) 式中：Tt：t龄期时混凝土的绝热温升（℃）； Tn：混凝土最终绝热温升（℃）； M:随水泥品种及浇筑温度而异，取m＝0.362； T：龄期； mf：掺和料用量； Q：单位水泥水化热，Q=375kj/kg； mc：单位水泥用量；（430kg/m3） c：混凝土的比热，c=0.97kj/(kg*k); p:混凝土的密度，p=2400kg/m3;得混凝土最终绝热温升： 代入（1）得；Tn=mc*Q/(c*p)=430*375/（0.9*2400）=69.3℃ 代入（2）得: T3=69.3*0.662=45.88℃； T4=69.3*0.765=53.01℃； T5=69.3*0.836=57.93℃； T7=69.3*0.92=63.76℃； 4、球磨机底板混凝土内部最高温度计算： Tmax=Tj+Tt*δ=20+63.76*0.44=48.05℃ Tmax:混凝土内部最高温度（℃）； Tj：混凝土浇筑温度，根据天气条件下底板混凝土施工实测平均结果，假定为20℃； Tt：t龄期时的绝热温升；
水化热参数化分析
一．概要 1. 水化热分析 浇筑混凝土时，水泥在水化过程中产生大量热量会使混凝土的温度升高。虽然随时间的推移混凝土的温度会慢慢冷却，但结构各个位置的温度下降速度不均匀，结构不同位置将发生相对温差，此温差会使混凝土发生温度应力。 温度裂缝发生类型 混凝土浇筑初期，因内部温度升高将发生膨胀，但混凝土表面的温度下降较快，相对应变较小，从而使混凝土表面产生拉应力。 混凝土内部不同的温度分布引起的不同的体积变化而导致的应力称为内部约束应力。此类拉应力裂缝主要发生在构件尺寸比较大的结构。 混凝土在高温状态下温度下降会发生收缩，但受到与其接触的已浇筑混凝土或者地基等的约束而产生的拉力，像这样变形受外部边界约束的状态称为外部约束。此类应力主要发生在像墙这样约束度比较大的结构中。 利用温度裂缝指数预测温度裂缝 韩国混凝土规范中使用温度裂缝指数（抗拉强度与发生的温度应力之比）i 值预测是否发生裂缝。 一般采用下面的值。 FEA程序的水化热分析 水化热分析主要分为热传导分析和热应力分析。. 热传导分析主要计算水泥的水化过程中发热、传导、对流等引起的随时间变化的节点温度。将得到的节点温度作为荷载加载后，计算随时间变化的应力称为热应力分析。 因此通过查看温度分布可以看出输入数据是否有误，如果温度分布没有问题可说明输出的应力结果也是正确的。 2. 水化热参数化分析 水化热分析必须进行反复计算 大体积混凝土的温度裂缝可以利用温 度裂缝指数(Crack Ratio, Icr) 来验 算。温度裂缝指数要满足结构的重要 性、功能、环境条件等因素的要求。 温度裂缝指数受水泥的类型、浇筑温 度、养生方法等多因素的影响，所以 需要对多种条件进行反复分析以找出 最佳的浇筑方法。 参数化分析功能 为比较多种条件的分析结果需要建立多个模型进行分析，分析结束后需要整理大量的分析结果、还要进行结果保存、对比等工作。 通过FEA的水化热参数化分析功能，可以实现一个模型多种条件分析。可以大大减少单纯繁琐的反复分析过程，从而提高工作效率。 参数化分析的使用方法 首先建立一个基本模型，在基本模型里使用替换变量的方式定义分析工况。下图是把材料作为变量条件的示例，“Case I”为将混凝土C24变更为C30的工况，“Case II”为将混凝土C35变更为C40的工况。 | 参数化分析的构成| 参数化分析里可以考虑的变量 在水化热参数化分析的功能里可以调整的变量有五个，较常用的调整方法具体如下。 ?施工阶段：降低浇筑高度缩小各阶段的温度差。浇筑间距过小的话很难达到分段浇筑的效果，但如果太大分界面会产生较大的温差。. ?对流边界：对流系数较低时，热量不容易对外流失，可以减少内外温差。 ?材料：使用弹性模量大的材料时，抗拉强度也较大，可增大裂缝指数。?发热特性：是变量中最为敏感的因素, 定义水化过程中发生的热量。?是否考虑自重：使混凝土产生压应力的荷载，在一定程度上可以减少拉应力，但效果不明显。 |温度裂缝指数与裂缝发生几率| 裂缝指数(i) = 混凝土抗拉强度 发生的温度应力 ?防止裂缝发生时：1.5 以上 ?限制裂缝发生时：1.2 ~ 1.5 ?限制有害裂缝发生时：0.7 ~ 1.2 输入混凝土的散热特性 及浇筑条件等 混凝土的温度 应力 裂缝指数 END Yes No | 内部约束产生的裂缝（放热时）| | 外部约束产生的裂缝（冷却时）|
防止水化热的不利影响措施
防止水化热的不利影响措施 计划基础底板混凝土浇灌时间为一个日历天数。大体积混凝土的施工技术要求比较高，特别在施工中要防止混凝土因水泥水化热引起的温度差产生温度应力裂缝。因此需要从材料选择上、技术措施等有关环节做好充分的准备工作，才能保证基础底板大体积混凝土顺利施工。 1、材料选择 （1）水泥：考虑普通水泥水化热较高，特别是应用到大体积混凝土中，大量水泥水化热不易散发，在混凝土内部温度过高，与混凝土表面产生较大的温度差，便混凝土内部产生压应力，表面产生拉应力。当表面拉应力超过早期混凝土抗拉强度时就会产生温度裂缝，因此确定采用水化热比较低的矿渣硅酸盐水泥，标号为525#，通过掺加合适的外加剂可以改善混凝土的性能，提高混凝土的抗渗能力。 （2）粗骨料：采用碎石，粒径5-25mm，含泥量不大于1。选用粒径较大、级配良好的石子配制的混凝土，和易性较好，抗压强度较高，同时可以减少用水量及水泥用量，从而使水泥水化热减少，降低混凝土温升。（3）细骨料：采用中砂，平均粒径大于0.5mm，含泥量不大于5。选用平均粒径较大的中、粗砂拌制的混凝土比采用细砂拌制的混凝土可减少用水量10%左右，同时相应减少水泥用量，使水泥水化热减少，降低混凝土温升，并可减少混凝土收缩。 （4）粉煤灰：由于混凝土的浇筑方式为泵送，为了改善混凝土的和易性便于泵送，考虑掺加适量的粉煤灰。按照规范要求，采用矿渣硅酸盐水泥拌制大体积粉煤灰混凝土时，其粉煤灰取代水泥的最大限量为25%。粉煤灰对水化热、改善混凝土和易性有利，但掺加粉煤灰的混凝土早期极限抗拉值均有所降低，对混凝土抗渗抗裂不利，因此粉煤灰的掺量控制在10以内，采用外掺法，即不减少配合比中的水泥用量。按配合比要求计算出每立方米混凝土所掺加粉煤灰量。 （5）外加剂：设计无具体要求，通过分析比较及过去在其它工程上的使用经验，混凝土确定采用(减水剂)，每立方米混凝土2kg，减水剂可降低水化热峰值，对混凝土收缩有补偿功能，可提高混凝土的抗裂性。2、混凝土配合比 （1）混凝土采用由搅拌站供应的商品混凝土，因此要求混凝土搅拌站根据现场提出的技术要求，提前做好混凝土试配。 （2）混凝土配合比应提高试配确定。按照国家现行《混凝土结构工程施工及验收规范》、《普通混凝土配合比设计规程》及《粉煤灰混凝土应用技术规范》中的有关技术要求进行设计。 （3）粉煤灰采用外掺法时仅在砂料中扣除同体积的砂量。另外应考虑到水泥的供应情况，以满足施工的要求。 3、现场准备工作 （1）基础底板钢筋及柱、墙插筋应分段尽快施工完毕，并进行隐蔽工程验收。 （2）基础底板上的地坑、积水坑采用组合钢模板支模，不合模数部位采用木模板支模。 （3）将基础底板上表面标高抄测在柱、墙钢筋上，并作明显标记，供浇筑混凝土时找平用。 （4）浇筑混凝土时预埋的测温管及保温随需的塑料薄膜、草席等应提前准备好。 （5）项目经理部应与建设单位联系好施工用电，以保证混凝土振捣及施工照明用。 （6）管理人员、施工人员、后勤人员、保卫人员等昼夜排班，坚守岗位，各负其责，保证混凝土连续浇灌的顺利进行。 三、大体积混凝土温度和温度应力计算 (计附后) 根据业主及设计要求，对基础底板混凝土进行温度检测；基础底板混凝土中部中心点的温升高峰值，该温升值一般略小于绝热温升值。一般在混凝土浇筑后3d左右产生，以后趋于稳定不在升温，并且开始逐步降温。规范规定，对大体积混凝土养护，应根据气候条件采取控温措施，并按需要测定浇筑后的混凝土表面和内部温度，将温差控制在设计要求的范围内;当设计无具体，要求时，温差不宜超过25度;本工程设计无具体要求，即按规范执行。表面温度的控制可采取调整保温层的厚度。