大体积混凝土墙水化放热温度场分析

为有效进行大体积混凝土施工温度控制，对大体积混凝土施工过程中温度场分布规律进行研究．针对混凝土水化放热过程中内热源随时间变化的问题，采用杜哈美尔定理推导出第三类边界条件下大体积混凝土墙水化放热温度场的解析解．由大体积混凝土墙水化放热温度场解析解可知，混凝土水化放热过程中，混凝土内某一点温度随时间增加先增大后减小，且温度变化近似符合指数函数之和；某一时刻混凝土内温度从核心到表面逐渐降低，且温度分布近似符合三角函数．结合解析解与数值分析方法研究发现，随着混凝土厚度、入模温度、混凝土绝热温升和单方胶凝材料对应系数的增大，混凝土养护阶段核心最高温度升高，导致混凝土里表温差增大；随着表面传热系数增加，混凝土养护阶段核心最高温度和表面温度降低，但是混凝土里表温差增大．混凝土内最大自约束应力正比于里表温差，因此通过分层浇筑、降低混凝土的入模温度、减小混凝土表面传热系数、降低混凝土绝热温升值和单方胶凝材料对应系数等方式可以减小混凝土内最大自约束应力，降低大体积混凝土开裂风险．     

基于管冷系统的大体积混凝土水化热时变温度效应

为研究大体积混凝土水化反应过程中的时变温度效应,以黄土地区亚洲第二高墩天宁沟特大桥为研究对象,建立主墩承台有限元模型,分析大体积混凝土承台水化热时变温度效应;通过数值模拟优化现场管冷系统,并布置温度传感器实测大体积混凝土承台内表时变温度场,验证所建立模型的准确性;在此基础上,分析混凝土入模温度、导热系数和表面对流系数对大体积混凝土承台内部绝热温升、表面温升和内表温差的影响。研究结果表明:有限元计算所得大体积混凝土承台内部绝热温升与实测结果基本吻合,但其出现时间较实测值滞后约60 h;受环境温度和保温措施的影响,大体积混凝土承台表面实测温度波动较大,内表温差也呈波动状态;混凝土入模温度与大体积混凝土承台内表最高温和内表温差线性相关,较低的混凝土入模温度能迅速降低混凝土最大绝热温升,绝热温升越大,混凝土入模温度对其内表最大温升和内表温差的影响越大;大体积混凝土承台最大绝热温升出现时间与混凝土导热系数对数相关,混凝土导热系数越大,其最大绝热温升越大;绝热温升受混凝土表面对流系数的影响较小,但混凝土结构进入降温阶段后,其表面对流系数越大,内部温度降低速率越快;混凝土表面温升受其表面对流系数的影响较大,混凝土表面对流系数越小,其表面最大温升越大,结构进入降温阶段后,混凝土表面温度降低速率越快。     

基于等效时间的混凝土绝热温升

对不同养护温度下的混凝土绝热温升进行了研究,采用化学反应速率描述环境温度对混凝土绝热温升的影响,探讨了化学反应速率与养护温度之间的关系．引入等效时间的概念,根据Arrhenius函数和指数函数研究水化热化学反应速率随温度的变化,最后采用反演分析方法中的最小二乘法回归分析试验数据,确定绝热温升和等效时间的关系式．结果表明,温度对混凝土水化热最高绝热温升影响不大,对于某种混凝土存在唯一的绝热温升与等效时间关系曲线,可以用等效时间描述温度对混凝土绝热温升的影响．     

基于细观尺度的混凝土绝热温升预测

从混凝土的热学性能和细观组成出发,建立混凝土绝热温升和水泥水化程度的关系,将绝热温升表示为水泥水化程度的函数;假定混凝土为随机骨料和水泥净浆组成的二相复合材料,取单元尺寸为100 mm×100 mm的混凝土试件,并将试件剖分为1 mm×1 mm的有限元网格,考虑单个骨料和多个随机骨料2种投放方式,从细观尺度数值模拟混凝土的绝热温升过程,研究混凝土细观结构的温度分布.结果表明,文中给出的模型可较准确地预测混凝土绝热温升;在绝热条件下,由于混凝土细观结构中骨料和砂浆的热学和力学性质差异,试件内部仍会产生温度梯度和温度应力.     

基于迭代算法的水泥水化动力学多元方法研究

为合理确定水化动力学分析的参数和实现研究手段多样化,文章提出一种参数识别迭代算法,并探讨了获取水化热数据的数值试验和替代水化热法的背散射电子(back-scattered electron,BSE)图像识别。针对Krstulovic水化动力学模型,通过迭代算法得出各水化阶段的控制时间,为参数识别提供有效的数据区间;使用COMSOL软件建立与绝热温升试验工况一致的数值仿真试验,并将获得的水化温度曲线和最大水化放热量与试验数据进行了比较;识别不同水化时期水泥浆体BSE图像中水化产物的面积比,作为水化程度来确定水泥水化指数函数方程,并与试验数据对比来评价该方程的预估精度。依据迭代算法获取了合理的水化动力学参数,其生成的水化速率曲线与试验数据具有较好的吻合度;水泥水化数值仿真试验可以用来预测绝热情况下水泥混凝土的温度变化,能替代绝热温升试验;依据BSE图像中水化产物面积比获得的水化指数函数与试验数据的吻合度较好,能替代传统水化热法进行水化动力学分析。     

混凝土水化放热模型的实验分析和计算

大体积混凝土因早期水化热引起的温度场 会导致开裂, 影响结构安全和正常使用, 其中混凝土热学参数的准确性会直接影响混凝土温度场计算的准确性. 从胶凝材料水化反应机理出发, 基于化学反应动力学原理及不同矿物组成的水泥水化热实验数据, 提出了一种考虑粉煤灰掺入和温度影响的混凝土水化放热模型. 该模型可以准确地反映混凝土水化放热量及温升随龄期的变化, 且与实测值吻合良好.     

混凝土绝热温升和热传导方程的新理论

对不同养护温度条件下的混凝土绝热温升进行了研究，并采用化学反应速率来描述时间和温度对混凝土绝热温升的影响，探讨了化学反应速率与养护温度之间的关系。根据混凝土不同养护温度（4．4℃，23．3℃和40．0℃）时绝热温升试验结果的分析，得出如下结论：（a）混凝土绝热温升可以用三参数双曲线函数描述；（b）化学反应速率是混凝土养护温度的非线性函数；（c）只有对混凝土样本化学反应速率作进一步研究，才能正确计算混凝土结构的温度场和应力场。     

混凝土绝热温升计算模型及其应用

混凝土绝热温升计算模型是影响混凝土结构水化热温度场有限元仿真分析精度的关键因素.本文从水泥水化放热反应本质出发,考虑龄期、温度和温度历史影响,提出了一种基于水泥水化度的混凝土绝热温升计算模型.通过对混凝土绝热温升试验数据的拟合,确定模型特征参数及验证模型的准确性,并将模型应用于混凝土温度场有限元仿真分析中.算例结果表明...     

大体积混凝土施工裂缝控制技术

分析研究了大体积混凝土裂缝的成因,提出了优选混凝土原材料、降低水泥水化热、减小混凝土收缩变形;削减温度应力,提高混凝土极限拉伸强度;降低混凝土骨料温度、入模温度、浇筑温度,加强测温工作控制内外温差;掺外加剂和外掺料,主动控制混凝土绝热温升等施工防裂技术措施,结合工程实例探讨了大体积混凝土施工裂缝控制技术。     

钢管混凝土拱桥大型水化温度场试验及数值模拟分析

为了研究钢管混凝土拱肋大体积混凝土水化热问题,避免混凝土内部温度和温度应力剧烈变化导致钢管混凝土脱黏和混凝土开裂的发生.以川藏线重点工程,藏木特大桥为背景,在桥址进行了与实桥同管径的大尺寸试验拱段长期连续温度场监测试验,对核心混凝土水化放热规律、水化放热模型、水化热温度效应及核心混凝土水化放热影响因素进行研究.结果表明...     

含钢渣复合掺合料对混凝土耐久性的影响

研究了掺钢渣、矿渣和粉煤灰复合掺合料混凝土的碳化、氯离子渗透、碱集料反应、抗冻及绝热温升性能.结果表明:在同水胶比下,复合掺合料等量取代水泥后,混凝土的抗碳化性能和抗氯离子渗透性能有明显提高,混凝土碱集料反应膨胀率显著降低,当复合掺合料用量超过50%,混凝土抗冻性有所降低.掺加复合掺合料可显著减小胶凝材料的水化热,以及混凝土的绝热温升值和温升速率.     

水化热引起的大体积混凝土墙温度分析

根据已提出的考虑混凝土化学反应速度的热传导方程新理论，分析了水化热引起的大体积混凝土墙的温度场，给出了该问题非线性热传导方程的解析迭代公式，研究中，绝热温升采用了基于Arrhenius理论的有效时间的函数，从而导致求解非线性热传导方程，从计算结果得出如下结论：（a)浇筑温度对大体积混凝土墙的最高温升有显著影响，浇筑温度越高，混凝土墙的内外最大温差越大；（b)由于混凝土的导热系数低，墙中心的温度高于其表面温度，这将导致混凝土墙横断面上不同位置在不同时刻具有不同的水化热化学反应速率；（c）水化热化学反应速率随温度升高而加快，从而使混凝土硬化速度加快，初凝和最终凝固时间缩短，因此，在炎热气候条件下宜采用低热水泥。     

纤维素纤维对水工混凝土绝热温升影响的试验研究

通过对纤维素纤维水工混凝土绝热温升的试验研究,探讨了纤维素纤维对水工混凝土水化热的影响。结果表明:纤维素纤维在水工混凝土中能降低1 d时间前的绝热温升,升高了1 d后的绝热温升,随着混凝土中纤维素纤维掺量的增加,更能够增加这个趋势。加入纤维素纤维后再加入致密剂,能够降低水工混凝土1 d后绝热温升值。     

温度问题现场反分析与施工反馈

根据现场实测数据所进行的反分析获取温度计算模型和参数，再把反分析得到的模型和参数通过仿真计算预测下一步施工时的温度和应力状况，指导下一步施工，即建立了温度控制反馈机制，并在淮河入海水道淮安立交地涵工程中获得了较好的应用效果，同时还提出了能较准确地表达掺缓凝剂混凝土绝热温升特性的指数双曲线型表达式。     

水化热引起的大体积混凝土墙应力与开裂分析

应用基于Arrhenius理论的混凝土绝热温升和徐变模型，考虑温度对早期混凝土水化热化学反应速率和徐变特性的影响，研究了大体积混凝土墙的温度应力和温度开裂问题，并提出了求解非线性微分方程的半解析法。研究中采用Bazant教授提出的裂缝带模型计算温度裂缝，采用半解析迭代法逐步加载计算温度、应力和裂缝的产生与扩展。研究结果表明，浇筑温度极大地影响材料的热学力学性质和结构的温升、温度应力和开裂。研究还揭示了不同养护地温度、应力和开裂的影响。     

基于对数正态分布的水泥恒温水化动力学模型

首先通过化学反应动力学原理推导出水泥恒温水化反应速率方程,得出利用水泥水化度α表达的水化反应速率方程;然后联合运用两种试验方法测定水泥恒温（20±1℃）养护水化的累计水化反应热,进而推导计算出水化反应速率随水化程度的变化曲线。最后根据曲线的发展变化规律选择合适的函数拟合计算,从而提出吻合度较高的对数正态分布密度Log-noemal模型,并计算出Log-noemal模型与测试结果的相关系数r高达0.937 3,得出Log-noemal模型比较适合评价水泥恒温水化动力学模型（反应速率的变化规律）。     

基于四维温度场理论的大体积混凝土数值分析

为了分析探讨大体积混凝土在浇筑养护的过程中温度应力的分布规律,温度应力主要是由于水泥水化反应放出大量的热量和边界条件的约束而导致的,基于四维温度场理论,根据实际施工过程中温度测点和温控方案,建立较为合理的有限元分析模型,通过考虑混凝土的实际力学性能非线性增长的特性,分析大体积混凝土在施工过程的温度变化过程、温度场分布及应力分布情况,发现数值分析结果与规范吻合较好,其结果可为类似的大体积混凝土工程提供借鉴参考.     

基于等效时间的混凝土水管冷却等效热传导

采用等效时间成熟函数反映不同温度历程下混凝土的水化反应状态,对考虑混凝土水化度的水管冷却等效热传导进行了研究,推导了基于等效时间的混凝土水管冷却等效热传导有阴无计算公式,研制了相关的有限元程序．在计算有热源水管冷却问题的混凝土平均温度时,需要存储各高斯点、各增量步等效时间增量．以获得时间增量区间对应的等效时间增量区间,然后计算考虑混凝土水化度时,该时间区间内的水化热温升增毓．针对采取骨料预冷和通水冷却等温控措施的某实际混凝土工程,分析在高温季节浇筑的混凝土块的温度和徐变应力,结果表明温度变化范围在12－27℃,考虑混凝土水化度时计算的浇筑块温度最大增高1.022℃,但徐变应力差民较小。