冬季混凝土施工熱工計(jì)算書

冬季混凝土施工熱工計(jì)算書1）工程簡(jiǎn)況及分析本工程第三、四道支撐結(jié)構(gòu)施工為初冬階段，12月中旬平均氣溫在-2.4℃，基礎(chǔ)底板施工將進(jìn)入深冬施工階段，此時(shí)的旬平均氣溫為-5℃。通過(guò)對(duì)工程結(jié)構(gòu)的梁、板、柱構(gòu)件表面系數(shù)的計(jì)算可知，上述兩個(gè)階段中，樓板的表面系數(shù)最大，屬于薄細(xì)結(jié)構(gòu)范疇，散熱量最大，屬于冬期施工的最不利的部位，砼施工僅對(duì)此進(jìn)行熱工計(jì)算，顯然具有較強(qiáng)的代表性、針對(duì)性。本計(jì)算所涉及的自然條件，即冷卻期間的平均氣溫和結(jié)構(gòu)表面系數(shù)均滿足《建筑工程冬期施工規(guī)程》（JGJ104-2016）的7.3.2規(guī)定要求，即冷卻期間平均氣溫不低于-12℃，結(jié)構(gòu)表面系數(shù)5≤M≤15。本計(jì)算的參數(shù)、系數(shù)等取值，均與冬施方案中即定的封閉保溫措施一致；本計(jì)算考慮摻加早強(qiáng)復(fù)合抗凍劑，按《建筑工程冬期施工規(guī)程》之7.1.1.2要求，當(dāng)室外最低氣溫不低于-15℃時(shí)，其受凍臨界強(qiáng)度不得小于4.0N/mm2（4MPa）。本計(jì)算所涉及的水泥用量等參數(shù)，是參考商品砼攪拌站提供的“C40砼冬季施工配合比”配合比的主要性能指標(biāo)均滿足《建筑工程冬期施工規(guī)程》之7.1.3的規(guī)定要求。即“普通硅酸鹽水泥，水泥強(qiáng)度等級(jí)不低于P.O42.5號(hào)，最少水泥用量不應(yīng)少于300Kg/m3，水灰比不應(yīng)大于0.55”。本計(jì)算所采用的公式、參數(shù)以及公式中的符號(hào)所代表的意義，將盡可能明細(xì)化，不明之處請(qǐng)參閱《建筑工程冬期施工規(guī)程》JGJ104-2016（以下簡(jiǎn)稱規(guī)程）《冬期施工手冊(cè)》中說(shuō)明與解釋。3、基本參數(shù)取值（1）C40冬期施工配合比(每m3用量)水泥（kg）水（kg）砂（kg）石（kg）礦物摻合料（kg）外加劑（kg）水灰比（kg）砂率（kg）31217377210676612.50.4442.0%水泥采用普通硅酸鹽水泥（P.O42.5），粉煤灰及礦粉的水化放熱對(duì)冬施有利，計(jì)算時(shí)暫不考慮。查規(guī)范表B.2.3-1，得，水泥水化累積最終放熱量，水泥水化速度系數(shù)。1）混凝土拌合物理論溫度計(jì)算經(jīng)與祿鑫攪拌站聯(lián)系，冬施混凝土攪拌站原材料加熱通常為水加熱，一般低溫階段水加熱到40℃～50℃，寒冷月水加熱到50℃～60℃，計(jì)算時(shí)水溫按60℃考慮（計(jì)算最冷氣溫考慮）；砂、石子不加熱，露天苫蓋堆放，砂、石子攪拌時(shí)的溫度按大氣平均溫度-5℃考慮；商品混凝土攪拌站的水泥一般為散裝水泥，進(jìn)站時(shí)溫度較高（能達(dá)到70℃～80℃），經(jīng)過(guò)一段時(shí)間放置，攪拌時(shí)溫度通常能保持在30℃左右，計(jì)算時(shí)水泥溫度按30℃考慮?；炷涟韬衔锏睦碚摐囟萒0計(jì)算如下：T0=[0.92(mceTce+msaTsa+mgTg)+4.2Tw(mw－ωsamsa－ωgmg)+c1(ωsamsaTsa+ωgmgTg)－c2(ωsamsa+ωgmg)]/[4.2mw+0.9(mce+msa+mg)]mw、mce、msa、mg——每m3混凝土中水、水泥、砂、石的用量（kg）mw=185kgmce=300kgmsa=766kgmg=1021kgTw、Tce、Tsa、Tg——水、水泥、砂、石的溫度（℃）Tw=60℃Tce=30℃Tsa=-5℃Tg=-5℃ωsa、ωg——砂、石含水率ωsa=3%ωg=1%c1——水的比熱c1=2.1kJ/kg·Kc2——水的溶解熱c2=335kJ/kg所以T0={0.92×[300×30+766×(-5)+1021×(-5)]+4.2×60×(185－766×0.03－1021×0.01)+2.1×[0.03×766×(-5)+0.01×1021×(-5)]－335×(0.03×766+0.01×1021)}÷[4.2×185+0.9×(300+766+1021]=(59.8+38256.1-348.5-11118.7)÷2655.3=26861.4÷2655.3=10.1℃2）混凝土拌合物的出機(jī)溫度T1計(jì)算如下：T1=T0－0.16×(T0－Ti)T0——砼拌合物的理論溫度T0=10.1℃Ti——攪拌棚內(nèi)的溫度Ti=5℃所以T1=10.1－0.16×(10.1-5)=9.3℃3）混凝土拌合物經(jīng)運(yùn)輸?shù)綕仓r(shí)溫度T2（入模溫度）砼拌合物從攪拌站運(yùn)輸至現(xiàn)場(chǎng)為封閉式自卸汽車（即混凝土罐車），到達(dá)現(xiàn)場(chǎng)后再通過(guò)地泵輸送到澆筑部位入模，罐車卸料過(guò)程可認(rèn)為增加了一次倒運(yùn)，混凝土經(jīng)運(yùn)輸?shù)綕仓肽４蠹s需要1.0h?，F(xiàn)按冬期施工要求，砼澆筑時(shí)拌合物的入模溫度不得低于5℃。T2=T1－(αt1+0.032n)×(T1－Ta)T1——砼的出機(jī)溫度T1=9.3℃t1——砼運(yùn)輸時(shí)間按t=1.0h計(jì)n——砼的倒運(yùn)次數(shù)n=2Ta—室外氣溫Ta=-5℃α——溫度損失系數(shù)封閉式自卸汽車α=0.1h-1所以T2=9.3－(0.1×1.0+0.032×2)×(9.3+5)=7.1℃＞5℃4）考慮模板和鋼筋吸熱影響，混凝土澆筑成型完成時(shí)溫度T3計(jì)算如下：T3=(CcmcT2+CfmfTf+CsmsTs)/(Ccmc+Cfmf+Csms)T2——砼的入模溫度T2=7.1℃Cc、Cf、Cs——混凝土、木模板、鋼筋的比熱容（kJ/kg·K）Cc=1.0kJ/kg·KCf=2.51kJ/kg·KCs=0.48kJ/kg·K（查《建筑施工手冊(cè)》第四版第3冊(cè)第1161頁(yè)附錄）mc、mf、ms——每m3混凝土重量以及與每m3混凝土相接觸的模板、鋼筋的重量（kg）mc=2400kgmf=67.5kgms=280kgTf、Ts——模板、鋼筋的溫度（℃）Tf=-5℃Ts=-5℃所以T3=(1.0×2400×7.1－2.51×67.5×5－0.48×280×5)/(1.0×2400+2.51×67.5+0.48×280)=15520.88/2703.83=5.7℃5）考慮模板和鋼筋吸熱影響，混凝土澆筑成型完成時(shí)溫度T3計(jì)算如下：砼養(yǎng)護(hù)采用綜合蓄熱法養(yǎng)護(hù)。砼綜合蓄熱養(yǎng)護(hù)的目的是砼澆筑后，在砼受凍前其強(qiáng)度達(dá)到允許受凍的臨界強(qiáng)度，使混凝土免受凍害，本工程使用的混凝土為摻防凍劑的混凝土，規(guī)范規(guī)定其臨界強(qiáng)度為4Mpa。但考慮到后續(xù)施工混凝土需要高于臨界強(qiáng)度，本工程砼冷卻到0℃前要求實(shí)際強(qiáng)度能達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值的30%，即10.5Mpa。保溫材料為三層阻燃毛氈。采用蓄熱法養(yǎng)護(hù)砼冷卻到0℃的時(shí)間t0計(jì)算如下：t0=(1/Vce)ln(φ/Tm,a)φ--為綜合參數(shù)，φ=(VceQcemce)/(VceCcρc-ωKM)Vce--水泥水化速度系數(shù)，Vce=0.013(h-1)Tm,a—砼蓄熱養(yǎng)護(hù)開始至冷卻到0℃的平均氣溫，Tm,a＝-4.3℃（查《建筑施工手冊(cè)》第四版第3冊(cè)第1082頁(yè)氣象資料）Qce－水泥水化累積最終方熱量，Qce=330KJ/Kgmce—每m3砼水泥用量，mce=300kg/m3Cc－砼的比熱容，Cc=1.0KJ/(Kg·K)ρc—砼的質(zhì)量密度，2400kg/m3ω—透風(fēng)系數(shù)，ω=1.45K—保溫層的總傳熱系數(shù)，單層毛氈的導(dǎo)熱系數(shù)Ki=0.06W/(m·K)（查《建筑施工手冊(cè)》第四版第3冊(cè)第1161頁(yè)附錄），毛氈總厚度30mm：K=3.6/(0.04+3×0.01/0.06)=3.6/0.54=6.67KJ/(m2·h·K)M—結(jié)構(gòu)表面系數(shù)，M=A/V=2×9.09/1=18.18m-1(按板厚11cm計(jì)算)則φ=(0.013×330×300)/(0.013×1.0×2400-1.45×6.67×18.18)=1287/(31.2-175.83)=1287/-144.63=-8.9所以t0=(1/0.013)×ln[(-8.9)/(-4.3)]=76.92×0.73=56.2h采用砼蓄熱養(yǎng)護(hù)開始至砼冷卻到0℃時(shí)間為56.2h，約2.3天。6）砼蓄熱養(yǎng)護(hù)開始至冷卻到0℃在時(shí)間t0內(nèi)的平均溫度Tm計(jì)算如下：Tm=[1/(Vcet0)]×[φe-Vce·t0－(η/θ)×e-θ·Vce·t0+(η/θ)-φ]+Tm,a其中θ、η為綜合參數(shù)，按下式計(jì)算θ=(ωKM)/(VceCcρc)=1.8×3.46×24/(0.013×1.0×2200)=5.23η=T3-Tm,a+φ=8-(-3)+(-17.14)=-6.14所以Tm=[1/(0.013×134)]×[-17.14×2.72(-0.013×134)－(-6.14/5.23)×2.72(-5.23×0.013×134)+(-6.14/5.23)-(