一种应用于绝热条件下水工混凝土水化温升值的计算方法技术

本发明专利技术提供一种应用于水工混凝土绝热条件下水化温升值的计算方法，包括以下具体步骤：步骤1.计算各水泥和掺和料的用量比例：根据单位体积水工混凝土中各水泥和掺和料的质量，分别计算出第i种水泥质量占单位体积水工混凝土中粉体材料总质量的比例Aci，第j种掺和料质量占单位体积水工混凝土中粉体材料总质量的比例Aai：步骤2.计算水工混凝土的最大温升值：步骤3.计算水工混凝土各龄期的温升值：本方法具有较好的精度，综合考虑了原材料类型和特性、施工参数、养护龄期对水工混凝土绝热条件下温升情况的影响，且计算过程简单方便，利用工程推广应用。

A Calculating Method for Hydration Temperature Rise of Hydraulic Concrete Applied to Adiabatic Conditions

【技术实现步骤摘要】
一种应用于绝热条件下水工混凝土水化温升值的计算方法
本专利技术涉及水利工程领域，特别涉及一种应用于绝热条件下水工混凝土水化温升值的计算方法。
技术介绍
混凝土是当今世界上应用最广泛的建筑材料，且在未来可以预见的一段时间内，尚未有其他任何材料能够取代混凝土的地位。利用混凝土修建的水工建筑物特别是水库大坝，可实现坝顶溢流、坝身开孔等功能，具有结构强度高、整体性好、耐久能力强、各部位布置紧凑等优点，因而受到了广泛的关注，形成了如常态混凝土重力坝、碾压混凝土坝、面板混凝土堆石坝等一系列丰富的坝型。与工业厂房、民用住宅、公路桥梁、建设制造等领域的要求不同，水利工程通常规模宏大，对人民生命和财产安全、社会稳定和经济发展的影响都较大，因此对混凝土的质量要求较高，如混凝土原材料的质量、施工浇筑的质量、养护保温的质量等，同时对混凝土的服役性能和耐久能力有较高的要求，但对混凝土的强度和力学性能要求普遍不高，如大坝混凝土的强度普遍在C20、C25和C30左右，形成了原材体系、配制方法和性能特点等较其他领域有差异的水工混凝土。水工混凝土普遍面临温度控制问题，这与混凝土材料的自身属性有关。混凝土在凝结硬化过程中伴随有大量的热量释放，而作为热的不良导体，大量的热无法及时的疏散使得混凝土内部产生较大的温度应力，从而对结构的抗开裂能力造成影响，这点在大体量的水工混凝土建设中更为突出。因此，温度控制是水工混凝土的一个重要难点，由于温控问题而导致的水工混凝土破坏比比皆是，如美国田纳西河流管理局修建的Norris坝，俄罗斯的古马基、马麻康、布赫托明、布拉茨克等坝，我国丹江口大坝都曾出现了十分严重的温度裂缝。因此，采用合适措施来改善水工混凝土的温度控制问题意义重大。常用的控制水工混凝土温度的措施主要包括：降低水工混凝土的浇筑入仓温度、掺加矿物掺和料并减少水泥的用量、改用放热量较低的中热硅酸盐水泥或低热硅酸盐水泥、后期通水冷却等，其中降低水工混凝土的入仓温度需要对砂石骨料、拌合用水等原材料进行降温处理，但在后续拌合、运输过程中极易发生温度的回升；掺加矿物掺和料可以减少水泥的用量，具有较好的经济效益和生态效益，并能改善水工混凝土的后续耐久性能，但导致混凝土拌合生产线复杂，且受地域、运距等因素的现在，掺和料的种类、质量和供应能力差别较大；使用放热量较低的中热硅酸盐水泥和低热硅酸盐水泥能够从源头降低水工混凝土的放热量，但中热硅酸盐水泥和低热硅酸盐水泥的价格普遍较高，但资质约束、市场需求、生产供应都较小，因此水泥厂商生产的较少且一般需要定制供应；后期通冷却水的方法需要在水利工程建设期预埋水管，并在冷却降温结束后灌注水泥净浆填充，这对水工混凝土的浇筑施工和整体性会造成一定的影响，但后期通冷却水的方法效果明显、直观，且能够对将温度的速率进行调整。后期通冷却水对水工混凝土进行降温，控制降温的速率和选择合适的通水时间非常重要，其关键在于对水工混凝土温升情况的准确预估。未解决该问题，广大学者从不同的角度提出了预测水工混凝土温升情况的方法，如专利CN201520671659.X、CN201420035766.9、CN200920205914.6、CN200920096110.7等公开了混凝土绝热温升情况的试验和测量装置；CN201810826374.7、CN201410245084.5、CN201410086731.2等公开混凝土绝热温升的反演和计算方法；CN200910232705.5公开了一种可用于混凝土冷却降温的导流流体；詹树林研究了粉煤灰、矿渣掺和料对混凝土绝热温升和放热峰值出现时间的影响；邹传学等研究混凝土绝热条件下内部温度场的分布情况，并与混凝土强度的发展建立相关关系；李晓芳等采用灰色神经网络预测的方法，建立了混凝土温升的预测模型；王冲等从原材料的角度出发，研究了水泥品种和细度对混凝土温升的影响；贺金仁采用仿真计算的办法，从理论和实践上系统地研究了碾压混凝土的温度场和徐变应力场；赵仲等详细介绍了通水冷却参数对小湾水电站大坝混凝土后期强度发展和耐久性能的影响。上述研究从不同的角度探讨了混凝土温升的预测方法、测量技术、冷却工艺等，但在水工混凝土温升的预测方面仍有不足，特别是随着掺和料的大量使用以及水泥品种多样化，水工混凝土温升预测的偏差越来越大，导致实际中通水冷却制度的确定、时机的选择、水温的控制越来越困难，使得通水冷却方法的系统复杂度、技术成本都不断提高。
技术实现思路
为了克服上述缺陷，本专利技术提供了应用于绝热条件下水工混凝土水化温升值的计算方法，能够较好的对含有不同水泥品种、不同掺和料的水工混凝土的温升情况进行计算，从而有利于水工混凝土温控措施的选择和温控制度的确定。本专利技术的技术方案：一种应用于绝热条件下水工混凝土水化温升值的计算方法，该方法包括以下具体步骤：步骤1.计算各水泥和掺和料的用量比例：根据单位体积水工混凝土中各水泥和掺和料的质量，分别计算出第i种水泥质量占单位体积水工混凝土中粉体材料总质量的比例Aci，第j种掺和料质量占单位体积水工混凝土中粉体材料总质量的比例Aai：公式(1)和(2)中Aci为第i种水泥质量占单位体积水工混凝土中粉体材料总质量的比例；Aaj为第j种掺和料质量占单位体积水工混凝土中粉体材料总质量的比例；Mci为第i种水泥在单位体积水工混凝土中的用量；Maj为第j种掺和料在单位体积水工混凝土中的用量；i＝1～n，j＝1～m,m和n为大于等于1的正整数；步骤2.计算水工混凝土的最大温升值：根据步骤1得到的各种水泥和掺和料的质量占单位体积水工混凝土中粉体材料总质量的比例，计算混凝土在绝热条件下的最大温升值：公式(3)中kci为第i种水泥的换算系数；kaj为第j种掺和料的换算系数；Qcem为基准水泥完全水化时的放热量，Qcem＝375kJ/kg；Tpor为水工混凝土浇筑入仓的温度；ρcon为水工混凝土的密度，Tmax为水工混凝土在绝热情况下水化的最大温升值；Ccon为水工混凝土的比热容；aci为水泥品种的换算系数；步骤3.计算水工混凝土各龄期的温升值：根据步骤2得到的水工混凝土绝热情况下水化的最大温升值，计算水工混凝土在绝热情况下的各龄期的温升情况：公式(4)和(5)中Tage为水工混凝土在绝热情况下水化t时间后的温升值；a为修正系数；t为混凝土的水化时间；M为与水工混凝土浇注温度有关的修正系数；e为自然数，e＝2.718。所述步骤1中水泥品种包括：普通硅酸盐水泥、中热硅酸盐水泥和低热硅酸盐水泥；掺和料品种包括：粉煤灰、矿渣、石粉。所述步骤2中所述的基准水泥为强度等级为42.5的普通硅酸盐水泥。所述的步骤2中所述的水泥的换算系数kci与水泥的强度等级有关：公式(6)中P为水泥的强度等级，分别为32.5、42.5和52.5。所述步骤2中所述的水泥品种的换算系数aci与水泥的品种有关，硅酸盐系水泥的修正系数为1.00，中热水泥的修正系数为0.85，低热水泥的修正系数为0.79。所述步骤2中所述的掺和料的换算系数kai与掺和料的活性指数有关：公式(6)中H为掺和料的28d龄期活性指数，当活性指数H＜0.7时，表明掺和料对混凝土的水化有阻滞作用；活性指数H＝0.7时，表明掺和料为惰性填充料，不具有水化活性；当活性指数H＞0.7时，表本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种应用于绝热条件下水工混凝土水化温升值的计算方法，其特征在于，该方法包括以下具体步骤：步骤1.计算各水泥和掺和料的用量比例：根据单位体积水工混凝土中各水泥和掺和料的质量，分别计算出第i种水泥质量占单位体积水工混凝土中粉体材料总质量的比例Aci，第j种掺和料质量占单位体积水工混凝土中粉体材料总质量的比例Aai：

【技术特征摘要】
1.一种应用于绝热条件下水工混凝土水化温升值的计算方法，其特征在于，该方法包括以下具体步骤：步骤1.计算各水泥和掺和料的用量比例：根据单位体积水工混凝土中各水泥和掺和料的质量，分别计算出第i种水泥质量占单位体积水工混凝土中粉体材料总质量的比例Aci，第j种掺和料质量占单位体积水工混凝土中粉体材料总质量的比例Aai：公式(1)和(2)中Aci为第i种水泥质量占单位体积水工混凝土中粉体材料总质量的比例；Aaj为第j种掺和料质量占单位体积水工混凝土中粉体材料总质量的比例；Mci为第i种水泥在单位体积水工混凝土中的用量；Maj为第j种掺和料在单位体积水工混凝土中的用量；i＝1～n，j＝1～m,m和n为大于等于1的正整数；步骤2.计算水工混凝土的最大温升值：根据步骤1得到的各种水泥和掺和料的质量占单位体积水工混凝土中粉体材料总质量的比例，计算混凝土在绝热条件下的最大温升值：公式(3)中kci为第i种水泥的换算系数；kaj为第j种掺和料的换算系数；Qcem为基准水泥完全水化时的放热量，Qcem＝375kJ/kg；Tpor为水工混凝土浇筑入仓的温度；ρcon为水工混凝土的密度，Tmax为水工混凝土在绝热情况下水化的最大温升值；Ccon为水工混凝土的比热容；aci为水泥品种的换算系数；步骤3.计算水工混凝土各龄期的温升值：根据步骤2得到的水工混凝土绝热情况下水化的最大温升值，计算水工混凝土在绝热情况下的各龄期的温升情况：公式(4)和(5)中Tage为水工混凝土在绝热情况下水化t时间后的温升值；a为修正系数；t为混凝土的水化时间；M为与水工混凝土浇注温度有关的修正系数；e为自然数，e＝2.718。2.根据权利要求1所述的一种...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈文夫，周世华，谭尧升，周孟夏，李响，吕兴栋，刘春风，龚攀，李杨，陈霞，彭子凌，杨梦卉，曹亚，
申请(专利权)人：中国三峡建设管理有限公司，长江水利委员会长江科学院，
类型：发明
国别省市：四川,51