桥梁大体积混凝土水化热分析.doc

桥梁大体积混凝土水化热分析
【摘要】：桥梁工程对于城市交通以及居民生活都具有非常重要的作用，大体积混凝土的使用使得桥梁工程发展进入了一个崭新的阶段。水化热是桥梁大体积混凝土施工过程中常见的一种现象，对于桥梁工程而言具有很大的危害。本文主要针对桥梁大体积混凝土水化热问题，分析计算了桥梁大体积水热产生的热量，主要从三个方面进行了详细的计算，包括混凝土搅拌温度和浇筑温度、混凝土中心最高温度的计算以及混凝土内外温差，随后文章对桥梁大体积混凝土水化热的防治给出了三点措施，对于桥梁大体积混凝土水化热问题研究提供了一定的指导意义。
【关键词】：桥梁，大体积混凝土，水化热，防治措施
1引言
在公路桥梁的建设过程中，需要用到大量的混凝土，特别的是在桩基以及桥身的建设过程中，这些混凝土支撑着整个桥梁的建设结构，是桥梁质量的重要影响因素。在建筑工程中，混凝土是一种比较常用的工程材料。混凝土是有多种物质共同组成的，它具有较强的抗压性能，并且有和好的可塑性，能够满足不同形式的工程需要，因此，楼房建造、桥梁工程以及各种土木工程中被广泛的应用。但是，在混凝土工作过程中，如果遇到水就会在混凝土结构中产生大量的热量，这些热量如果过大就会严重影响整体工程的质量。混凝土遇水产生热量的现象成为混凝土的水化热，这在混凝土工程中也是一种常见的现象，特别是在大体积的混凝土中则是一种普遍的现象。由于混凝土水化热改变了混凝土内部的物质组成，破坏了混凝土的整体结构性，因此，分析计算大体积混凝土水化热以及水化热的防治措施具有非常重要的意义和实际价值，对于实际过程有非常大的帮助。
2桥梁大体积混凝土水化热热量计算
在工程混凝土浇筑和工程结构建造过程中，需要首先对混凝土水化热热量进行分析，进而提出一系列的措施。一般在计算过程中分为三部分，一部分是混凝土在制作过程中的搅拌温度和浇筑温度，另一部分是混凝土中心的最高温度，第三部分是混凝土的内外温度差。
2.1混凝土搅拌温度和浇筑温度计算
一般将混凝土的搅拌及浇筑温度统一计算，合称为混凝土的原始温度。混凝土的物质组成较为复杂，包括水泥、水、粗骨料、细骨料、粉煤灰以及缓凝性减水剂。这个物质的组成质量分别为：水泥：334kg/m3；水：190kg/m3；大气温度在30℃，水温在27℃；粗骨料：1010kg/m3；细骨料：731kg/m3；粉煤灰：78kg/m3；缓凝型减水剂：1%。通过计算以及经验表示，其产生的热量以及升高的温度表示为下表1所示。

上表中的各值表现了混凝土的原始制作温度及热量，那么根据计算公式可以得到每立方米混凝土在制作过程中升高的温度，具体计算为：
tc=(∑t*w*c)/(∑w*c)=89405.4/3426.1=26.1℃
在混凝土的运输过程以及外界条件作用下，混凝土一般要比制作温度高4℃左右，所以，在实际的使用时，混凝土水化热温度、大约tk=30.1℃。
2.2混凝土中心最高温度的计算
混凝土的中心最高温度对于混凝土内部结构整体性有非常重要的作用，其计算公式一般表示为
tmax=tk+th*ξ
tk=30.1℃，ξ为散热系数取0.70，th为混凝土最高绝热温升其计算公式为
th=w*q/c/r=350*377/0.973/2321=50.43℃
其中350kg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=tk+th*ξ=30.1+50.43*0.70=67.98℃
由计算可以看到，混凝土内部水化热最高温度达到67.98℃，这对于混凝土正常工作危害非常大，所以要进一步的加以控制。
2.3混凝土内外温差计算
混凝土内外温差的计算对于混凝土工程水化热问题控制具有非常重要的作用，因为了解内外温差可以有效的规划各种方案以此来防止因为内外温差大小而造成的混凝土结构影响。
混凝土表面温度：
tb=tq+4h’(h-h’)△t/h2
式中：
h=h+2h’=3+2*0.07=3.14m；h’=k*λ/β＝0.666*2.33/22＝0.07m；tbmax—混凝土表面最高温度(℃)；tq—大气的平均温度(℃)；h—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；tq为大气环境温度，取30℃，△t=tmax-tq=40.94℃。
故
tb=33.73℃
混凝土内表温度差：
△tc=tmax-tb=70.94-33.73=37.21℃＞20℃
大于20℃的混凝土温差对于混凝工程而言危害