多物理场耦合评价下的混凝土温度梯度控制方法技术

本发明专利技术涉及一种多物理场耦合评价下的混凝土温度梯度控制方法，基于预设温度梯度值配制混凝土试样，并以该预设温度梯度值对该混凝土试样进行水化热试验，得到水化热试验结果；通过水化模型耦合计算出水化度场，通过传热模型耦合计算出温度场，并通过水化度场计算出混凝土的力学性能、收缩、徐变的演变，并将该混凝土的力学性能、收缩、徐变的演变和温度场一起通过力学模型计算得到应变和应力场，通过应变和应力场分析混凝土开裂的风险。本发明专利技术解决了现有技术中大体积混凝土内的测温点布置及监测难以满足温度监控要求的技术问题。本方法减小混凝土收缩量，降低混凝土收缩率，避免大体积混凝土开裂，进一步提高混凝土性能。进一步提高混凝土性能。进一步提高混凝土性能。

【技术实现步骤摘要】
多物理场耦合评价下的混凝土温度梯度控制方法


[0001]本专利技术涉及建筑施工领域，尤其涉及一种多物理场耦合评价下的混凝土温度梯度控制方法。

技术介绍

[0002]混凝土结构物实体最小尺寸不小于1m的大体量混凝土，或预计因混凝土中胶凝材料水化引起的温度变化和收缩而导致有害裂缝产生的混凝土为大体积混凝土。工程因其工艺的特殊性，混凝土结构尺寸超大，厚度超厚且大于2m，属典型的大体积混凝土。
[0003]在大体积混凝土温度测控技术规范中，浇筑混凝土厚度均匀时，测位间距为10m～15m；根据大体积混凝土厚度，每个测位布置3
‑
5个测点，分别位于混凝土的表层、中心、底层及中上、中下部位。混凝土表层温度测点布置在距混凝土表面50mm处，底层的温度测点布置在混凝土浇筑体地面以上50
‑
100mm处。需要对混凝土最高温度、表层温度、表里温差、入模温度等进行数据监测。对于混凝土浇筑厚度大于2m的结构体工程，常规的测温点布置及监测难以满足温度监控要求，易导致因温度测量不准确而产生有害裂缝的问题，因此，须提供一种科学、合理的温度监测和控制方法。

技术实现思路

[0004]针对上述现有技术中存着的不足之处，本专利技术提供了一种多物理场耦合评价下的混凝土温度梯度控制方法，解决了现有技术中大体积混凝土内的测温点布置及监测难以满足温度监控要求的技术问题。
[0005]本专利技术公开了一种多物理场耦合评价下的混凝土温度梯度控制方法，包括如下步骤：
[0006]S1、对待浇筑混凝土进行绝热温升试验，并得到试验结果，执行步骤S2；
[0007]S2、基于预设温度梯度值配制混凝土试样，并以该预设温度梯度值对该混凝土试样进行水化热试验，得到水化热试验结果，该水化热试验结果包括水化热量和水化速率；
[0008]S3、根据水化热试验结果计算水化度，并与绝热温升试验结果比较：
[0009]若两个试验的水化度和水化速率一致，则设该预设温度梯度值为临界值，然后执行步骤S4；
[0010]若两个试验的水化度和水化速率不一致，则调整该预设温度梯度值并返回步骤S2；
[0011]S4、根据当前混凝土试样的材料组分配置混凝土，并在浇筑混凝土时通过物理方法控制入模温度，最终将表、底层温度梯度控制在该预设温度梯度值以下，于表层和底层间隔设置测点，并以表层和底层测点的温度差作为温度梯度监控数据。
[0012]本专利技术多物理场耦合评价下的混凝土温度梯度控制方法进一步改进在于，在通过水化模型耦合计算出水化度场包括步骤：
[0013]使用水化度来描述胶凝材料水化的程度，水化度为：
[0014][0015]其中Q(t)为随时间变化的水化放热，Qpot为完全水化反应热，t表示时间；
[0016]水化速率为：
[0017][0018]其中α是水化度，α
max
材料能达到的最大水化度，B1、B2和η表示拟合参数；
[0019]材料能达到的最大水化度α
max
为：
[0020][0021]其中SL和FA分别为矿粉和粉煤灰的掺量，并且Q
max
为水泥在水化过程中所能达到的最大放热量，ω/c表示混凝土试样的最大水化度。
[0022]本专利技术多物理场耦合评价下的混凝土温度梯度控制方法进一步改进在于，在通过力学模型计算包括步骤：
[0023]混凝土的弹性模量ψ按如下公式进行计算：
[0024][0025]其中Ψ
28
为28天时其性能发展的最终值，α为水化度、α0为水化度初始值、α
max
材料能达到的最大水化度；
[0026]传热计算中边界条件为热流边界，垂直于边界方向通过的热流q
con
为：
[0027]q
con
＝H
i
·
(T
ext
‑
T)
[0028]其中H
i
为不同环境传热边界的等效换热系数，T表示环境温度；
[0029]根据浇筑时间，环境气温T
ext
依正弦函数变化，表达式为：T
ext
＝27+ksin[2π(x
‑
0.25[d])]。
[0030]本专利技术多物理场耦合评价下的混凝土温度梯度控制方法进一步改进在于，在执行步骤S2之后且在执行步骤S3之前进行如下步骤：
[0031]对实际混凝土浇筑的过程进行模拟，通过水化模型耦合计算出水化度场，通过传热模型耦合计算出温度场，并通过水化度场计算出混凝土的力学性能、收缩、徐变的演变，并将该混凝土的力学性能、收缩、徐变的演变和温度场一起通过力学模型计算得到应变和应力场，通过应变和应力场分析混凝土开裂的风险，分析计算开裂风险与温度梯度之间的关系，并判断该预设温度梯度值所对应的开裂风险是否超过0.7：若是，则返回步骤S2；若否，则执行步骤S3。
[0032]本专利技术多物理场耦合评价下的混凝土温度梯度控制方法进一步改进在于，通过应变和应力场分析混凝土开裂的风险的方法为：通过第一主应力与抗拉强度平均值的比值σ1/f
atm
进行分析，若第一主应力大于抗拉强度平均值，混凝土将产生裂缝，通过开裂风险的云图体现出混凝土整体开裂风险随时间变化的情况。
[0033]本专利技术多物理场耦合评价下的混凝土温度梯度控制方法进一步改进在于，在于表
层和底层间隔设置测点时，于表层间隔600mm设置测点，于底层间隔800mm设置测点。
[0034]本专利技术和已有技术相比较，其效果是积极和明显的。本专利技术通过多物理耦合评价下C30混凝土温度梯度控制方法得出开裂风险和温度梯度之间的关系，并进行平面中心处沿竖直方向的测温点位置，解决了现有技术中大体积混凝土内的测温点布置及监测难以满足温度监控要求的技术问题。本方法通过优化胶凝材料组分、原材料温度控制、运输过程降温处理、施工现场泵管包裹热反射材料等物理方法控制入模温度，最终将表、底层温度梯度控制在临界值以下，达到温控目标以此减小混凝土收缩量，降低混凝土收缩率，避免大体积混凝土开裂，进一步提高混凝土性能。
附图说明
[0035]为了更清楚地说明本专利技术实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0036]图1为本专利技术的多物理场耦合评价下的混凝土温度梯度控制方法的计算流程示意图。
[0037]图2为本专利技术的多物理场耦合评价下的混凝土温度梯度控制方法的广义Kelvin单元示意图。
[0038]图3为本专利技术的多物理场耦合评价下的混凝土温度梯度控制方法的三次浇筑的网格划分示意图。
[0039]图4为本专利技术的多物理场耦合评价下的混凝土温度梯度控制方法的环境气温变本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种多物理场耦合评价下的混凝土温度梯度控制方法，其特征在于，包括如下步骤：S1、对待浇筑混凝土进行绝热温升试验，并得到试验结果，执行步骤S2；S2、基于预设温度梯度值配制混凝土试样，并以所述预设温度梯度值对所述混凝土试样进行水化热试验，得到水化热试验结果，所述水化热试验结果包括水化热量和水化速率；S3、根据水化热试验结果计算水化度，并与绝热温升试验结果比较：若两个试验的水化度和水化速率一致，则设所述预设温度梯度值为临界值，然后执行步骤S4；若两个试验的水化度和水化速率不一致，则调整所述预设温度梯度值并返回步骤S2；S4、根据当前混凝土试样的材料组分配置混凝土，并在浇筑混凝土时通过物理方法控制入模温度，最终将表、底层温度梯度控制在所述预设温度梯度值以下，于表层和底层间隔设置测点，并以表层和底层测点的温度差作为温度梯度监控数据。2.根据权利要求1所述的多物理场耦合评价下的混凝土温度梯度控制方法，其特征在于，在通过水化模型耦合计算出水化度场包括步骤：使用水化度来描述胶凝材料水化的程度，水化度为：其中Q(t)为随时间变化的水化放热，Qpot为完全水化反应热，t表示时间；水化速率为：其中α是水化度，α
max
材料能达到的最大水化度，B1、B2和η表示拟合参数；材料能达到的最大水化度α
max
为：其中SL和FA分别为矿粉和粉煤灰的掺量，并且Q
max
为水泥在水化过程中所能达到的最大放热量，ω/c表示混凝土试样的最大水化度。3.根据权利要求1所述的多物理场耦合评价下的混凝土温度梯度控制方法，其特征在于，在通过力学模型计算包括步骤：混凝土的弹性模量ψ按如下公式进行计算：其中Ψ
28
为28天时其性能发展的最终值，α为水化度、α0为水化度初始值、α
max
材料能达...

【专利技术属性】
技术研发人员：于海申，李亮，姚文山，李富强，黄志昕，贾永旺，董玉磊，刘飞，张杰，陆远大，张宇婷，李康乐，
申请(专利权)人：中国建筑第八工程局有限公司，
类型：发明
国别省市：