混凝土的熱工計算

混凝土的熱工計算

預(yù)混凝土的出機溫度是影響混凝土水化熱的主要因素之一。由于大體積混凝土和冬季施工中不可避免的技術(shù)問題，混凝土的出機溫度直接關(guān)系到混凝土的入模溫度?；炷恋娜肽囟劝醇竟?jié)施工有不同的要求,在夏季和大體積混凝土施工時,要求降低混凝土的入模溫度,是為減少混凝土內(nèi)部水化最高溫度值;而在進入冬施時要求提高混凝土的入模溫度,保證混凝土的水泥水化溫度,來滿足混凝土的臨界強度值,防止凍害發(fā)生。因此在這里討論一下冬季、夏季生產(chǎn)預(yù)拌混凝土熱工計算中溫度的影響因素,可以供施工單位和預(yù)拌混凝土生產(chǎn)企業(yè)在調(diào)控混凝土溫度進行參考。齊市攪拌站近幾年的原材料測定的溫度變化規(guī)律大致是:水泥溫度Tc=60～90℃,粉煤灰溫度Tf=20～50℃,砂石骨料的溫度變化較大,若是隨進料隨使用時,它們的溫度低于大氣溫度5～8℃,若是貯備料,基本上是與大氣溫度接近,拌合水為地下水,常年溫度達到Tw=7～8℃。1混凝土砌塊的溫度計算1.1混凝土的溫度0.42w按JGJ104《建筑工程冬期施工規(guī)程》(新修訂)附錄進行混凝土拌合物的溫度計算。公式如下:T0=0.92(mceTce+msTs+msaTsa+mgTg)+4.2Tw(mw?wsamsa?wgmg)+cw(wsamsaTsa+wgmgTg)?ci(wsamsa+wgmg)4.2mw+0.92(mce+ms+ms+msa+mg)(1)Τ0=0.92(mceΤce+msΤs+msaΤsa+mgΤg)+4.2Τw(mw-wsamsa-wgmg)+cw(wsamsaΤsa+wgmgΤg)-ci(wsamsa+wgmg)4.2mw+0.92(mce+ms+ms+msa+mg)(1)式中,T0為混凝土拌合物溫度,℃;Ts為摻合料的溫度,℃;Tce為水泥的溫度,℃;Tsa為砂子的溫度,℃;Tg為石子的溫度,℃;Tw為水的溫度,℃;mw為拌合水用量,kg;mce為水泥用量,kg;ms為摻合料用量,kg;msa為砂子用量,kg;mg為石子用量,kg;wsa為砂子的含水率,%;wg為石子的含水率,%;cw為水的比熱容,kJ·(kg·K)-1;ci為冰的溶解熱,kJ·kg-1;當骨料溫度大于0℃時:cw=4.2,ci=0;當骨料溫度小于或等于0℃時:cw=2.1,ci=335。1.2混凝土的摩爾比不同強度等級預(yù)拌混凝土配合比如表1所示。1.3原材料的溫度參數(shù)攪拌站在冬季與夏季時原材料的溫度如表2。其中,砂石骨料的含水率為3%。當大氣溫度進入0℃以下時,攪拌站對拌合水進行加熱。1.4預(yù)混混凝土砌塊的溫度影響因素1.4.1混凝土拌合物溫度(1)夏季氣溫為30℃時的拌合物溫度。將表1、表2中的原材料用量及溫度參數(shù)代入公式(1)中進行計算,不同強度等級混凝土拌合物溫度值列于表3。(2)冬季氣溫為5℃時的拌合物溫度。將表1、表2中的原材料用量及溫度參數(shù)代入公式(1)中進行計算,不同強度等級混凝土拌合物溫度值列于表3。由表3中的拌合物溫度值可以看出,①預(yù)拌混凝土的水泥用量越大,混凝土拌合物的溫度越高;②夏季條件下,混凝土的拌合物溫度略高于大氣溫度2～5℃;③冬季氣溫在5℃時,摻入防凍劑,拌合水無需加熱,各強度等級混凝土的拌合溫度可達到10℃以上。但是,據(jù)我們實際跟蹤測溫發(fā)現(xiàn),在夏季條件下,混凝土拌合物溫度有時偏低,有時也偏高于上述計算值4℃左右,這是因為:①砂子從江中抽出,直接送到攪拌站并直接用于生產(chǎn),現(xiàn)進的砂溫度低于大氣溫度5～8℃;②預(yù)拌混凝土使用的散裝水泥溫度偏高,在旺季施工時,水泥溫度有時高達90℃,而其它材料溫度屬正常值范圍內(nèi)。1.4.2同氣溫下的拌合物溫度以C30混凝土為例,將表1、表2中相關(guān)數(shù)據(jù)代入公式(1),得出混凝土不同氣溫下的拌合物溫度,列于表4。因砂石骨料的溫度與大氣溫度相近,即Ta=Tsa=Tg,那么根據(jù)已知的數(shù)據(jù),可將公式(1)簡化如公式(2)如下:根據(jù)此式可知,C30級混凝土隨氣溫每變化10℃,混凝土拌合物溫度變化7.3℃。1.4.3混凝土拌合物溫度約降低仍以C30混凝土為例,將表1、表2中的數(shù)據(jù)代入公式(1),可將公式(1)簡化為公式(3)如下:當水泥溫度變化10℃時,混凝土拌合物溫度約升降1.2℃。1.4.4原材料對混凝土拌合物溫度的影響用同樣的計算方法計算出粉煤灰、砂、石每10℃變化,混凝土拌合物溫度分別變化為0.2、2.9、4.1℃綜上所述,原材料對混凝土拌合物溫度影響排序為:氣溫>石子溫度>砂子溫度>水泥溫度>粉煤灰溫度。2混凝土運輸過程熱交換機理預(yù)拌混凝土的出機溫度可按公式(4)進行計算。式中,T1為混凝土拌合物出機溫度,℃;To為混凝土拌合物溫度,℃;Ti為攪拌站棚內(nèi)溫度,℃。由于預(yù)拌混凝土的攪拌棚都設(shè)有彩鋼板圍護,并設(shè)有通風設(shè)施,棚內(nèi)的溫度接近于大氣溫度;從表4中可以看到,當環(huán)境氣溫在20℃以上時,混凝土拌合物的溫度略高于氣溫2～6℃,通過公式(4)計算所得的出機溫度T1與拌合物溫度To差別不大,因此可以認為T1≈To。3預(yù)拌混凝土在運輸中的溫度影響預(yù)拌混凝土在運輸中的溫度按公式(5)計算。式中,T2為混凝土拌合物運輸?shù)綕仓r溫度,℃;Ta為混凝土拌合物運輸時環(huán)境溫度/℃;a為溫度損失系數(shù)h-1;當用混凝土攪拌車輸送時,a=0.25;t1為混凝土拌合物自運輸?shù)綕仓r間,h;n為混凝土拌合物運轉(zhuǎn)次數(shù)。將公式(5)進行數(shù)學(xué)變換,可轉(zhuǎn)化為以下的公式(6):若按氣溫30℃,運輸時間及等待時間為1h進行計算,可求得混凝土經(jīng)運輸后的溫度變化值是:若按氣溫30℃,運輸時間及等待時間為2h計算,可求得混凝土經(jīng)運輸后的溫度變化值是:由上可以看出,預(yù)拌混凝土在運輸過程中,根據(jù)運輸時間的長短,其溫度約降低1～4℃。但從熱交換原理來分析,預(yù)拌混凝土在運輸過程中,當罐車內(nèi)的混凝土溫度比氣溫高時,混凝土在運輸及等待卸料期間是降溫過程;反之,混凝土溫度比氣溫低時則是升溫過程。當二者溫差1℃時,混凝土溫度升降0.282℃,混凝土在1h運輸后一般溫度約降低或升高0.6～1.7℃。實際跟蹤測定結(jié)果反映出,當夏季高溫時節(jié),混凝土經(jīng)過1h運輸后,一般升溫達到2～3℃,主要原因:一是混凝土在運輸過程中的熱量交換是一個復(fù)雜的過程,如混凝土與罐體的摩擦等,計算只能考慮熱的傳導(dǎo)問題;二是混凝土罐車在高溫下經(jīng)太陽烤曬,罐體溫度大大高于外面的氣溫,使得混凝土是一個吸熱的過程,而不是一個散熱的過程。而在冬季條件下,由于外界環(huán)境氣溫低,混凝土在罐車內(nèi)是屬于一個散熱過程