大体积混凝土水化热计算及冷凝管布设方案

大体积混凝土水化热计算及冷凝管布设方案

附件七：

大体积混凝土水化热计算及冷凝管布设方案根据对往年同季节气温进行统计，本地区9月16日~10月15日每天高温一般不超过25℃，10月16日~11月15日每天高温一般不超过15℃。根据本工程施工进度计划，49#和54#两个机位处于9月16日~10月15日期间进行大体积混凝土承台施工，50#~53#机位处于10月16日~11月15日期间进行施工。因此，考虑混凝土水化热环境因素时，49#和54#两个机位按照25℃大气温度进行计算，50#~53#机位按照15℃大气温度进行计算。计算时，考虑海水对流，按照海水温度低于大气温度5℃进行计算。

1、单位系统

质量单位：kg；力的单位：kgf；能量单位：kcal，1kcal=4.186kcal，考虑使用海水降温，使用kcal作为能量单位更利于计算；长度单位：m；温度单位：℃；时间单位：h。

2、混凝土参数

比重：2500kg/m³；导热系数：2.02kcal/(m.h.K)；对流系数：19.84kcal/(㎡.h.K)；比热容：0.23kcal/(kg.K)。

根据以往施工经验，考虑自拌C45混凝土现场养护条件28天强度等级为

50Mpa，达到70%强度（31.5Ma）所需时间为25℃3天，15℃7天。考虑采用普通硅酸盐水泥，胶凝材料根据发热量全部折合成水泥掺量为450kg/m³。C45混凝土在25℃和15℃天气环境下的强度发展曲线如下图左图和右图所示。（备注：图中强度单位为kgf/㎡。）

3、温度要求

（1）混凝土表里温差不得超过25℃，表层温度取混凝土面以内5cm位置，内部温度取混凝土内部最高温度；混凝土表层温度和环境温度差不得超过20℃。降温速度不宜超过2℃/d。

使用midas软件建立模型计算模型。为更加直观的观察混凝土部的温度应力，建模时采用只建立1/2模型，但进行整体对称计算的方式。为简化计算，直接将承台模型简化成圆柱结构。建立的模型如下图所示。

使用软件进行计算，混凝土在25℃、15℃环境下内外温度发展曲线如下图所示。

25

25℃时，混凝土内部最高温度可达到71℃，外表最高温度可以达到36℃，表里最大温差最高可达到40℃，不满足规范要求。

15℃时，混凝土内部最高温度可达到62℃，外表最高温度可以达到23℃，表里最大温差最高可达到42℃，不满足规范要求。

使用同样方法，也可以算出环境温度在10℃时内外温差也不满足规范要求。

综上，需要在混凝土内部采取降温措施来减少混凝土的温度应力，避免混凝土内部发生损伤，避免表面产生裂缝。

4、冷凝管布设方案

针对环境温度不同，采用不同的冷凝管布设方案，以达到经济实用的目的。考虑通用性，两种方案冷凝管采用同种规格，均为DN32管径的PE-RT地暖专用管，使用海水进行冷却，流量为2.5m³/h，取海水通过冷凝管对混凝土的对流系数为320kcal/(㎡.h.K)。冷凝系统如下图所示。

方案一适用于49#和54#机位。冷凝管分5层进行布设，顶层距承台表面

45cm ，层距90cm ，环距75cm ，每层使用1根管，设置出口和入口各一个，如下图所示。

方案二单层布设方式与方案一相同，但层距和层数不同。层数改为3层，首层距离承台顶端1m ，层距为1.5m 。使用midas 软件建立冷凝管模型如下图所示。

通水时间为混凝土浇筑后8~72h ，分别计算两种环境温度下的水化热情况。经计算，25℃时浇筑后8h 在冷凝水通入之前，混凝土内部温度最高为38℃，表层温度为32℃，此时开启冷凝水开始进行降温工作。8h 时温度云图如下。

A

B

通过降温，25℃环境温度下混凝土温度发展曲线如下图所示，最高内部温度为54℃，发生在浇筑后32h，最大表层温度为35℃。表里最大温差为23.5℃，表层和环境最大温差为10℃，满足规范要求。

但浇筑32h后按此方案持续降温会造成降温速度过快，达到4℃/d，因此在达到32小时以后必须根据现场实测温度情况来降低冷凝水的流速。浇筑32小时后关闭冷凝水管的温度变化曲线如下，其最高表里温差为24.5℃，满足规范要求。

通过降温，15℃环境温度下混凝土温度发展曲线如下图所示，最高内部温度为33℃，发生在浇筑后60h，最大表层温度为22.5℃。表里最大温差为25℃，表层和环境最大温差为7.5℃，降温最高速度为1.8℃/d，满足规范要求。

5、说明

（1）方案一仅适用于49#和54#两个机位，开始通水时间为浇筑后8h，理论停水时间为浇筑后32h，流量均为2.5m³/h。

（2）方案二适用于50#~53#四个机位，开始通水时间为浇筑后8h，理论停水时间为浇筑后72h，流量为2.5m³/h。

（3）不管采用何种方案，均需对内部和外部温度进行掌控，根据实测温度对流量进行调节。停水时间根据实际情况进行确定。

（4）温度探头埋设位置：垂直方向布置3层，分别为距离顶面、底面5cm的位置，和方案一第3层和第4层冷凝管之间位置（两方案均布置在该位置）；承台

水平方向布置5处，分别为承台圆心位置，承台1/2R位置1点，以及距离承台侧面5cm处。布置图如下所示。

（5）每隔6h通过调节阀门，实现水流方向变换一次。

（6）冷凝水直接由潜水泵抽取海水进行，排水口同样置于海水水面以下。根据分水器的结构形式、冷凝水管的长度、直径以及回路数量，计算出冷凝水泵的流量不小于12.5m³/h，扬程不小于35m，考虑到水泵的实际工作效率一般在80%左右，选择水泵的实际型号为：流量18m³/h，扬程50m，口径为DN50。