冬季混凝土施工热工计算书

冬季混凝土施工热工计算书1）工程简况及分析本工程第三、四道支撑结构施工为初冬阶段，12月中旬平均气温在-2.4℃，基础底板施工将进入深冬施工阶段，此时的旬平均气温为-5℃。通过对工程结构的梁、板、柱构件表面系数的计算可知，上述两个阶段中，楼板的表面系数最大，属于薄细结构范畴，散热量最大，属于冬期施工的最不利的部位，砼施工仅对此进行热工计算，显然具有较强的代表性、针对性。本计算所涉及的自然条件，即冷却期间的平均气温和结构表面系数均满足《建筑工程冬期施工规程》（JGJ104-2016）的7.3.2规定要求，即冷却期间平均气温不低于-12℃，结构表面系数5≤M≤15。本计算的参数、系数等取值，均与冬施方案中即定的封闭保温措施一致；本计算考虑掺加早强复合抗冻剂，按《建筑工程冬期施工规程》之7.1.1.2要求，当室外最低气温不低于-15℃时，其受冻临界强度不得小于4.0N/mm2（4MPa）。本计算所涉及的水泥用量等参数，是参考商品砼搅拌站提供的“C40砼冬季施工配合比”配合比的主要性能指标均满足《建筑工程冬期施工规程》之7.1.3的规定要求。即“普通硅酸盐水泥，水泥强度等级不低于P.O42.5号，最少水泥用量不应少于300Kg/m³，水灰比不应大于0.55”。本计算所采用的公式、参数以及公式中的符号所代表的意义，将尽可能明细化，不明之处请参阅《建筑工程冬期施工规程》JGJ104-2016（以下简称规程）《冬期施工手册》中说明与解释。3、基本参数取值（1）C40冬期施工配合比(每m³用量)水泥（kg）水（kg）砂（kg）石（kg）矿物掺合料（kg）外加剂（kg）水灰比（kg）砂率（kg）31217377210676612.50.4442.0%水泥采用普通硅酸盐水泥（P.O42.5），粉煤灰及矿粉的水化放热对冬施有利，计算时暂不考虑。查规范表B.2.3-1，得，水泥水化累积最终放热量，水泥水化速度系数。1）混凝土拌合物理论温度计算经与禄鑫搅拌站联系，冬施混凝土搅拌站原材料加热通常为水加热，一般低温阶段水加热到40℃～50℃，寒冷月水加热到50℃～60℃，计算时水温按60℃考虑（计算最冷气温考虑）；砂、石子不加热，露天苫盖堆放，砂、石子搅拌时的温度按大气平均温度-5℃考虑；商品混凝土搅拌站的水泥一般为散装水泥，进站时温度较高（能达到70℃～80℃），经过一段时间放置，搅拌时温度通常能保持在30℃左右，计算时水泥温度按30℃考虑。混凝土拌合物的理论温度T0计算如下：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、石的温度（℃）Tw=60℃Tce=30℃Tsa=-5℃Tg=-5℃ωsa、ωg——砂、石含水率ωsa=3%ωg=1%c1——水的比热c1=2.1kJ/kg·Kc2——水的溶解热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）混凝土拌合物的出机温度T1计算如下：T1=T0－0.16×(T0－Ti)T0——砼拌合物的理论温度T0=10.1℃Ti——搅拌棚内的温度Ti=5℃所以T1=10.1－0.16×(10.1-5)=9.3℃3）混凝土拌合物经运输到浇筑时温度T2（入模温度）砼拌合物从搅拌站运输至现场为封闭式自卸汽车（即混凝土罐车），到达现场后再通过地泵输送到浇筑部位入模，罐车卸料过程可认为增加了一次倒运，混凝土经运输到浇筑入模大约需要1.0h。现按冬期施工要求，砼浇筑时拌合物的入模温度不得低于5℃。T2=T1－(αt1+0.032n)×(T1－Ta)T1——砼的出机温度T1=9.3℃t1——砼运输时间按t=1.0h计n——砼的倒运次数n=2Ta—室外气温Ta=-5℃α——温度损失系数封闭式自卸汽车α=0.1h-1所以T2=9.3－(0.1×1.0+0.032×2)×(9.3+5)=7.1℃＞5℃4）考虑模板和钢筋吸热影响，混凝土浇筑成型完成时温度T3计算如下：T3=(CcmcT2+CfmfTf+CsmsTs)/(Ccmc+Cfmf+Csms)T2——砼的入模温度T2=7.1℃Cc、Cf、Cs——混凝土、木模板、钢筋的比热容（kJ/kg·K）Cc=1.0kJ/kg·KCf=2.51kJ/kg·KCs=0.48kJ/kg·K（查《建筑施工手册》第四版第3册第1161页附录）mc、mf、ms——每m3混凝土重量以及与每m3混凝土相接触的模板、钢筋的重量（kg）mc=2400kgmf=67.5kgms=280kgTf、Ts——模板、钢筋的温度（℃）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）考虑模板和钢筋吸热影响，混凝土浇筑成型完成时温度T3计算如下：砼养护采用综合蓄热法养护。砼综合蓄热养护的目的是砼浇筑后，在砼受冻前其强度达到允许受冻的临界强度，使混凝土免受冻害，本工程使用的混凝土为掺防冻剂的混凝土，规范规定其临界强度为4Mpa。但考虑到后续施工混凝土需要高于临界强度，本工程砼冷却到0℃前要求实际强度能达到设计强度标准值的30%，即10.5Mpa。保温材料为三层阻燃毛毡。采用蓄热法养护砼冷却到0℃的时间t0计算如下：t0=(1/Vce)ln(φ/Tm,a)φ--为综合参数，φ=(VceQcemce)/(VceCcρc-ωKM)Vce--水泥水化速度系数，Vce=0.013(h-1)Tm,a—砼蓄热养护开始至冷却到0℃的平均气温，Tm,a＝-4.3℃（查《建筑施工手册》第四版第3册第1082页气象资料）Qce－水泥水化累积最终方热量，Qce=330KJ/Kgmce—每m3砼水泥用量，mce=300kg/m3Cc－砼的比热容，Cc=1.0KJ/(Kg·K)ρc—砼的质量密度，2400kg/m3ω—透风系数，ω=1.45K—保温层的总传热系数，单层毛毡的导热系数Ki=0.06W/(m·K)（查《建筑施工手册》第四版第3册第1161页附录），毛毡总厚度30mm：K=3.6/(0.04+3×0.01/0.06)=3.6/0.54=6.67KJ/(m2·h·K)M—结构表面系数，M=A/V=2×9.09/1=18.18m-1(按板厚11cm计算)则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采用砼蓄热养护开始至砼冷却到0℃时间为56.2h，约2.3天。6）砼蓄热养护开始至冷却到0℃在时间t0内的平均温度Tm计算如下：Tm=[1/(Vcet0)]×[φe-Vce·t0－(η/θ)×e-θ·Vce·t0+(η/θ)-φ]+Tm,a其中θ、η为综合参数，按下式计算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)-(