混凝土绝热温升公式的理论推导与试验研究

由固体热传导理论可知,混凝土绝热温升仅与水泥水化放热规律有关。根据笔者研究得出的水泥恒温水化放热规律及水泥水化放热行为的温度效应,可以预测任意温度条件下任一时刻水化放热总量。进而,从理论上推导出混凝土绝热温升表达式;然后,采用10 mm木胶板内衬100 mm聚苯乙烯泡沫板和3 mm胶合板模拟绝热状态,进行试验验证。最后,得出混凝土绝热温升表达式可以采用双曲函数和复合指数函数表达,而双曲函数在形式上要比复合指数函数简单,所以多数人倾向于采用双曲函数表达式。     

水灰比以及水化程度对水泥水化计算模型的影响

为研究水化程度和水灰比对水泥水化放热模型的影响,对试验原材料性能进行了测试,同时分别进行了初始水化温度为25、35、45℃及水灰比为0.24、0.42、0.6等条件下的水泥水化绝热温升模型试验研究。通过试验测定水泥在不同温度、不同水灰比情况下的绝热温升,绘制水泥绝热温度变化曲线,依据已绘制出的水泥绝热温度变化曲线,确定相关参数,进而确定水泥的绝热温升计算模型,然后将几种不同计算模型算出的温度与实测温度进行比较,通过对比得出各个公式的准确性,并在对公式进行校核改进后考虑了水化程度对水化热模型的影响,最后利用综合考虑了龄期、温度、水化程度等因素的水化热公式预测得出了不同初始温度的水泥水化放热情况。试验结果表明:水泥水化绝热温升不但与水泥水化龄期、初始温度有关,还与水泥水化反应程度有很大的关系,考虑水化程度对水化放热影响的水泥绝热温升公式有更好的拟合精度。     

高温后水泥基材料超声检测试验研究

研究了高温作用对水泥砂浆和混凝土的力学性能及超声传导特征的影响,结果表明:高温作用使水泥基材料的力学性能产生劣化,超声脉冲波速发生衰减。通过数据拟合以及进一步的推导发现水泥基材料的强度和超声特征的变化服从一定的函数关系,并根据试验结果给出其函数表达式。     

混凝土绝热温升模型修正的研究

为建立准确、可行的混凝土绝热温升模型,基于指数模型、双曲线模型、复合指数模型与实测值偏差情况,分别引入拟合函数对指数模型、双曲线模型进行回归修正,分析了修正模型绝热温升计算值与实测值符合程度,评价了采用回归修正方法的准确性和可行性。结果表明:直接采用指数模型、双曲线模型的绝热温升计算值与实测值存在一定偏差,并随着混凝土强度等级提高,偏差程度愈加显著;复合指数模型作为指数模型修正计算式,其绝热温升计算值与实测值符合程度较好;修正后双曲线模型与绝热温升实际情况符合程度较高,且整体符合程度优于复合指数模型;而修正后指数模型仍与实际情况偏差较大,所用回归修正方法不适用于指数模型。     

基于不同恒定低温和水灰比的水泥水化程度试验研究

为了从根本上了解低温条件下混凝土内部结构的形成进程和强度增长规律,解决寒冷地区混凝土冻害问题。根据GBT12959—2008《水泥水化热测定方法》中的直接法测定水泥在恒定低温3、10、17℃的条件下水灰比分别为0.24、0.31、0.38时水泥水化热值。试验结果表明:恒定低温下,水泥水化随着水灰比的增大而上升。水灰比一定时,水泥水化随着温度的上升而增大。试分析了恒定低温和水灰比对水泥水化的影响规律,试拟合出了不同恒定低温和水灰比下水泥水化规律曲线函数,通过与试验数据对比,数学函数与恒定低温下不同水灰比水泥水化规律有较高的相符程度。     

水化热抑制剂对水泥水化的调控作用

采用水化热、混凝土绝热温升、混凝土抗压强度、TG-DSC、XRD,分析了水化热抑制剂对水泥水化的调控作用,并采用水泥净浆温升对比了常用缓凝剂与水化热抑制剂的差别。结果表明:水泥净浆温升中,常用缓凝剂仅推迟了温峰时间3～12 h,未明显降低温升,水化热抑制剂推迟温峰时间6 h,降低温升20.5℃;掺入水化热抑制剂,水泥的水化放热速率峰值从0.00259 W/g降至0.00178 W/g,峰时延迟5.7 h;基准、水工混凝土的绝热温升曲线分别在0～1.5 d、0～5 d时间段明显降低,对应的抗压强度分别在0～2d,0～7 d有不同程度降低,但中后期强度增长均略高于空白试样;TG-DSC、XRD分析表明,水化热抑制剂延缓了水泥0～3 d的水化,对3 d后水化有一定促进作用。     

某软土地层深基坑围护结构变形估算方法研究

在已有研究成果和大量实测数据的基础上,对宁波软土地区深基坑围护结构变形估算方法进行研究。根据宁波地区深基坑实际施工经验和大量深基坑工程监测数据的统计分析,给出了宁波软土地区围护结构横向变形的高斯函数表达式及各计算参数的取值范围。以宁波地铁2号线机场站深基坑为例,通过分别开挖至7.5,11,14,16.5m时的计算数据与实测数据对比分析,验证了围护结构高斯函数变形表达式的有效性和实用性。结果表明,计算结果与实测结果数据拟合良好,拟合精度随开挖深度的增加而增高。     

水化热抑制剂对混凝土结构温度场的尺寸效应分析

水化热抑制剂通过改变水泥等胶凝材料的水化历程有利于减小结构的开裂风险,借助midas Civil有限元软件分析了不同截面尺寸的混凝土结构掺水化热抑制剂前后的温度场,通过比对温峰、降温速率、里表温差等指数的差异,发现水化热抑制剂具有很好的延迟温峰时间、降低温峰的效果,可以将降温速率和里表温差控制在标准范围内,有效控制结构的开裂风险。     

水泥水化过程的微观结构模型与数值计算

从微观角度建立了水泥水化过程的三维模型,并根据最小理论水灰比推导出了水化程度α与水化半径R之间的函数表达式。通过对不同水灰比(0.20,0.25,0.30,0.35和0.40)的算例做了水化程度α与水化半径R的数值计算,并与试验数据进行比较。结果表明,该模型能够从微观角度模拟水泥水化过程的组分变化情况。     

大体积橡胶集料混凝土水化热温升初探

将橡胶颗粒掺入到大体积混凝土是一种崭新的尝试和探索,文中通过缩尺模型实验,对大体积橡胶集料混凝土和普通混凝土进行水化热温升监测,得出了大体积橡胶集料混凝土水泥的水化反应较普通混凝土更加趋于平缓,水化热温升相对较低,为橡胶集料混凝土在基础底板上的应用提供了理论和实践依据。     

基于点阵式测量的混凝土箱梁水化热温度场原位试验

在混凝土箱梁模型上布设479个温度测点,对箱梁在水化热期间的温度变化规律进行精密测量。通过德洛内三角网格算法,建立用于混凝土箱梁温度测量的温度传感器点阵,绘制箱梁全截面在水化热期间的温度场云图,进而分析混凝土箱梁的水化热温度发展规律。研究结果表明：箱梁的水化热温度场基本呈对称分布,其中腹板水化热温度变化最大,最高温度为64.8℃,顶板、底板与腹板的最大平均温升比值约为1∶1.1∶1.4;底板水化热温度最先达到峰值,为混凝土浇筑后11h;腹板的平均温度峰值出现在浇筑后12h;顶板温度峰值相对滞后,为混凝土浇筑后13h;箱梁各板沿厚度方向的水化热温度服从高斯分布形式;顶板、底板沿宽度方向水化热温度呈双峰对称分布,服从二项组合式的高斯分布模型,而腹板的水化热温度沿板高可认为常量。此外,文中给出了箱梁模型关键位置在水化热期间的温度数据,可用于指导混凝土箱梁水化热温度试验的测点布置,并且为箱梁的水化热温度控制和设计提供参考。     

大体积混凝土水化热温度场的数值计算

以考虑温度影响的混凝土水化放热为基础,通过试验获得混凝土的绝热温升数据,在此基础上建立三维有限元模型,对大体积混凝土足尺模型浇筑后60d内的温度场进行了计算,并与实测数据进行比较。结果表明,混凝土内部最大温升约为40℃,5~7d达到峰值;任意两点间的温度差不超过25℃;在竖直方向上,上下表面温度梯度最大,且出现在混凝土自身放热完毕并开始向环境中散热的初期。     

混凝土绝热温升的影响因素

研究了混凝土的初始入模温度、流动度和掺加粉煤灰等因素对混凝土绝热温升值和温升速率的影响,同时还研究了所用胶凝材料的水化动力学。研究结果表明,提高混凝土初始入模温度将加速胶凝材料的水化,并缩短水化反应持续时间。这对低强度等级混凝土所用胶凝材料的水化程度影响不大,因而对其绝热温升值影响不显著;但却会明显降低高强度等级混凝土所用胶凝材料的水化程度,使其绝热温升值下降。掺加粉煤灰或改变混凝土的工作性也会影响混凝土的绝热温升值和温升速率。     

公铁两用长江大桥承台大体积混凝土温控防裂研究

采用低水化热的32.5MPa矿渣水泥,掺适量粉煤灰与缓凝高效减水剂配制混凝土,可有效地降低大体积混凝土内部的温升。通过采用Midas Civil软件模拟计算温度场,可提前预测混凝土内部最大温升和发生的时间,同时,结合现场温控巡检仪的监测记录,有利于施工单位及时采取措施,防止温升过高导致混凝土开裂。     

单室箱梁电热器养护温度场及温度应力分析

考虑工期及场地原因,为提高重型箱梁的现场预制效率,采用箱梁孔内布置电热器对梁体加热,外部覆盖保温层的养护方法;基于热量传导理论使用有限元软件Abaqus,模拟现场工况,建立有限元分析模型对箱梁温度场和应力场进行数值分析,并与实测数据进行对比。表明箱梁水化热反应剧烈,经历了较短的升温阶段达到峰值后缓慢降温,所采用的数值分析方法可以真实反应该养护下的箱梁混凝土水化热温度场;温度应力发展达到峰值后减小,其温度应力峰值未超过混凝土抗拉强度。混凝土试块试验结果表明箱梁的抗压强度和弹性模量达到施加预应力的要求。该养护方法确保了现场预制箱梁的安全、高效。     

Modeling of hydration kinetics in cement based materials considering the effects of curing temperature and applied pressure

Portland cement is the most widely used cement in the world. In the industrial by-products suitable for use as mineral admixtures in Portland concrete are ashes produced from the combustion of coal and granulated slag in metal industries. However, comparing such ashes with Portland cement, determining the hydration of this concrete is much more complex because of the reaction between calcium hydroxide and fly ash or slag. In this paper, the production of calcium hydroxide in cement hydration and its consumption in the reaction of mineral admixtures are considered in order to develop a numerical model for simulating the hydration of concrete, which contains fly ash or slag. The proposed numerical model includes the effects of water to binder ratios, slag or fly ash replacement ratios, curing temperature, and applied pressure. The heat evolution rate of fly ash- or slag-blended concrete is determined by the contribution of both cement hydration and the reaction of mineral admixtures. Furthermore, an adiabatic temperature rise in hardened blended concrete is evaluated based on the degree of hydration of the cement and mineral admixtures. The proposed model is verified through experimental data obtained from the concrete with different water-to-cement ratios and mineral admixture substitution ratios at elevated temperature and high pressure.     

节段预制箱梁后浇横隔墙的水化热效应分析

结合某实桥工程背景,对节段预制箱梁进行后浇横隔墙施工过程的水化热效应进行了研究,使用有限元软件ANSYS建模,根据三维瞬态温度场理论,进行了水化热效应的仿真模拟,分析了箱体温度场和应力场的分布及随时间变化情况,揭示了水化热温度应力使预制箱体腹板外表面受拉、内侧受压的规律及峰值拉应力区域,指出容易开裂的位置;分析了水泥品种、混合材料用量、入模温度3个参数对应力场的影响规律及影响程度.结果表明:水泥品种对水化热效应的影响最大,其次是混合材料用量的影响,入模温度对水化热效应的影响最小.     

基于FWD的沥青路面动态弯沉温度修正系数

基于不同沥青路面的结构厚度和温度参数,对FWD实测的动态弯沉计算结果进行修正研究。按照分阶段函数拟合方法,建立弯沉修正系数与路面结构厚度、温度的两参数关系模型;该模型充分考虑沥青混合料模量的温度敏感性,可以保证当结构层厚度为0℃或温度为20℃时, 弯沉修正系数为1,当温度升高或降低时,修正系数趋于一个稳定的最小值或最大值。此模型具有明确的物理意义,可更好地反映出路面材料实际力学状态,使弯沉参数的判断和评价更为科学、有效。     

高强大体积混凝土桥墩的温度变化与控制措施

水泥的水化反应除生成一系列水化产物外,还会产生大量的水化热,因此,在进行大体积混凝土施工时,混凝土结构往往会因为内部温升过高而出现温度裂缝,不利于工程质量的控制。文章结合了客运专线某特大桥C50桥墩温度控制施工的实践,对大体积混凝土内部温度的变化规律进行监测,同时对相应的温度控制措施进行探讨。