混凝土水化热分析
混凝土水化热产生机理＼危害与防治对策分析
混凝土水化热产生机理＼危害与防治对策分析【摘要】大体积混凝土产生裂缝的原因是多方面的，必须从结构设计、温度控制、原材料选择、施工安排和施工质量等方面采取综合性措施。
由于温度变化和混凝土收缩而产生的温度应力和是导致大体积混凝土出现裂缝的主要原因，所以在制定温控措施时，必须把控制混凝土的最高温度作为主要方面。
这就要从降低混凝土出机口温度和降低水化热温升入手，抓住主要矛盾的主要方向，从而结合工程的实际情况，采取切实可行的具体措施。
在降低水化热温升方面：可以采用混凝土“双掺”（掺粉煤灰、掺外加剂），合理选择混凝土配合比，尽量降低单位水泥用量，尽量选用低流态和大级配混凝土。
在降低混凝土出机口温度方面：主要从降低对混凝土出机口温度影响最大的石子温度和拌和水温度方面下功夫。
经验表明：石子温度每下降1℃，混凝土出机口温度大约可降低0.55℃，水温下降1℃，混凝土温度可下降0.2℃。
同时在制定温控措施时,必须结合工地实际情况,采用技术上可行、操作上简便实用、经济上节省的措施。
运输上，采用混凝土罐车，尽量减少曝晒时间和停歇，从而降低温升。
【关键词】大体积混凝土;施工裂缝;控制0.引言混凝土：水化热在桥梁及大型设备基础等大体积混凝土施工中较为常见。
由于混凝土凝结、硬化过程中，水泥的水化反应，产生大量的水化热，水化热积聚在内部不易散发，使内部温度上升，内外温差引起巨大的内应力和温度变形，使混凝土产生裂缝、变形，甚至破坏，因此，水化热对大体积混凝土工程是十分不利的。
混凝土水化热源于水泥等胶凝材料水化产生的热量，其危害在大体积混凝土中尤为突出。
本文分析了混凝土水化热产生机理、危害与防治对策。
1.水化热产生机理与危害水泥水化释放的热量是混凝土水化热的来源。
水泥熟料主要由硅酸三钙( 3CaO．SiO2)、硅酸二钙( 2CaO．Si O2)、铝酸三钙(3CaO．Al2O3)和铁铝酸四钙(4CaO．Al2O3．Fe2O3)等矿物组成。
大体积混凝土水化热计算
大体积混凝土水化热计算混凝土的水化热是指在混凝土浆体中水和水泥反应生成水化产物时所释放出的热量。
水化热是混凝土在初凝和硬化过程中产生的主要热源之一，它对混凝土的温度变化和内部应力的发展具有重要的影响。
混凝土的水化反应是一个复杂的过程，其中涉及到水泥和水之间的化学反应、水泥水化产物的形成和生长等。
一般来说，混凝土的水化反应可以分为三个阶段：溶胶-凝胶转变阶段、凝胶形成和凝结阶段以及结构的形成和强化阶段。
在混凝土的水化反应中，水化热的产生量与混凝土配合比、水泥的种类和含量、温度等因素直接相关。
下面以大体积混凝土的水化热计算为例进行分析。
1.确定混凝土的配合比和水泥的种类和含量。
配合比是混凝土设计的基本要素，它决定了混凝土中水化反应发生的程度和热能释放量的大小。
混凝土配合比可以根据工程要求和试验数据进行确定。
水泥的种类和含量也对水化热产生量有直接影响，一般来说，大体积混凝土中常使用硅酸盐水泥。
2.计算混凝土中的水化热产生量。
根据混凝土的配合比和水泥的含量，可以计算出混凝土中水化热的产生量。
水化热的计算可以采用经验公式或者直接通过实验测定得出。
其中，主要的参数包括水化热生成率、水化热影响深度、混凝土总质量等。
3.分析混凝土的温度变化和内部应力的发展。
混凝土在水化过程中释放的热量会导致温度的升高，进而引起混凝土内部的应力发展。
通过数值计算或者实验分析，可以得到混凝土温度的变化规律和内部应力的发展情况。
这对混凝土的性能评价和施工安全有着重要的意义。
4.采取措施控制混凝土的温度和内部应力。
针对混凝土水化热引起的温度和内部应力的变化，可以采取一系列的措施进行控制。
例如，通过选用低热水泥、添加矿渣等对水化热进行调控；采用降温剂、遮阳措施等对温度进行控制；通过配置喷水降温系统、采用预应力等对内部应力进行控制。
这些措施能够有效地降低混凝土的温度升高和内部应力的发展，从而提高混凝土的耐久性和安全性。
总之，大体积混凝土的水化热计算是一个复杂的过程，需要综合考虑混凝土的配合比、水泥的种类和含量、温度等因素。
混凝土水化热试验研究
混凝土水化热试验研究混凝土是一种重要的建筑材料，广泛应用于各类建筑结构中。
在混凝土制作过程中，常常会出现水化热的问题。
水化热是指混凝土在硬化过程中由于水化反应释放的热量，其大小与混凝土中水化反应的速率有关。
由于混凝土的热胀冷缩性能较差，不良的水化热会导致混凝土表面开裂、变形等问题，甚至可能影响混凝土的力学性能和耐久性。
为了研究混凝土的水化热问题，通常采用混凝土水化热试验。
混凝土水化热试验的目的是通过模拟混凝土硬化过程中的水化反应，测定混凝土在不同时间段内的水化热释放量，以及分析水化热对混凝土性能的影响。
下面将从试验样品制备、试验方法与步骤、试验结果分析三个方面进行混凝土水化热试验研究的探讨。
首先，试验样品的制备是混凝土水化热试验的关键环节之一、为了确保试验结果的准确性和可靠性，试验样品应该符合相关标准要求，并且具备代表性。
混凝土水化热试验通常采用圆柱形样品，直径为100mm，高度为200mm。
制备混凝土样品时，应注意控制原材料配合比、搅拌时间和坍落度等因素，以保证样品的一致性和可比性。
其次，混凝土水化热试验的方法与步骤主要包括试验装置的选择和试验条件的确定。
常见的试验装置有绝热式试验装置和非绝热式试验装置。
绝热式试验装置适用于研究混凝土水化热的总释放量，而非绝热式试验装置适用于研究混凝土水化热的释放速率。
试验条件的确定需要考虑混凝土类型、环境温度和湿度等因素，以保证试验结果的可靠性和可比性。
最后，根据混凝土水化热试验的结果进行分析。
试验结果通常包括水化热释放曲线和水化热释放量。
通过分析水化热释放曲线，可以确定混凝土水化反应的早期和后期活度，评估混凝土的适用性。
通过分析水化热释放量，可以评估混凝土的热胀冷缩性能，判断混凝土表面开裂的潜在风险。
综上所述，混凝土水化热试验是研究混凝土性能的重要手段。
通过混凝土水化热试验，可以评估混凝土的热胀冷缩性能和表面开裂的风险，为混凝土的设计和应用提供参考依据。
同时，混凝土水化热试验也为混凝土的改性和优化提供了理论基础和技术支持。
混凝土水化热检测方法
混凝土水化热检测方法一、前言混凝土是建筑中常用的一种材料，其强度和耐久性直接影响着建筑物的使用寿命和安全性。
混凝土的水化过程是影响混凝土强度和耐久性的关键因素之一。
水化热是混凝土在水化过程中放出的热量，如果水化热过高会导致混凝土产生裂缝等问题，因此对混凝土的水化热进行检测具有重要意义。
本文将详细介绍混凝土水化热检测的方法，包括检测仪器、样品制备、检测步骤和数据分析等内容，以帮助读者更好地了解混凝土水化热检测技术。
二、检测仪器1.水化热仪：水化热仪是一种专门用于检测混凝土水化热的仪器，其结构一般由控制系统、温度探针、加热系统、混凝土试样搭载系统和数据采集系统等组成。
2.温度计：温度计用于检测混凝土试样内部的温度变化，常用的温度计有热电偶和温度计。
3.电子天平：电子天平用于精确称重混凝土试样和混凝土掺和物。
4.保温箱：保温箱用于保持混凝土试样在检测过程中的温度恒定。
三、样品制备1.试样制备：将混凝土样品制成标准的试样，其尺寸为（70±0.2）mm×（70±0.2）mm×（70±0.2）mm，试样表面应平整，无空鼓、裂纹和凸起等缺陷。
2.试样养护：试样在制备完成后，应在20℃±1℃的环境中养护，养护时间一般为28天。
四、检测步骤1.试样称重：使用电子天平精确称重试样，记录其质量。
2.试样放置：将试样放置在水化热仪中，确保试样与温度探针紧密贴合。
3.试样加热：将试样加热至20℃±1℃，保持30min，使试样内部温度均匀。
4.试样加水：将试样表面喷水，使其表面湿润，待水渗透至试样内部后开始记录试样温度。
5.温度记录：使用温度计记录试样内部温度变化，以1h为一个记录间隔，记录时间为72h。
6.数据处理：将温度数据输入计算机，使用专门的软件对数据进行处理，绘制出混凝土试样水化热曲线图。
五、数据分析通过水化热曲线图可以了解混凝土水化过程中的温度变化，进而分析混凝土的水化热特性。
混凝土的水化热分析
混凝土的水化热分析混凝土是广泛应用于建筑和基础设施领域的一种常见材料。
在混凝土的制作过程中，水化反应是一个关键的过程，其产生的水化热对混凝土的性能和耐久性有着重要影响。
本文将对混凝土的水化热进行分析，并探讨其对混凝土性能的影响。
一、混凝土的水化过程混凝土的水化过程是指水泥与水反应生成水化产物的过程。
水化过程是一个复杂的化学反应过程，涉及到水化产物的形成和结构的演变。
一般来说，混凝土的水化过程可以分为初期水化和后期水化两个阶段。
1. 初期水化阶段初期水化阶段指的是混凝土刚刚形成后的几天到几周的时间段。
在此阶段，混凝土内的水化反应比较剧烈，产生大量的水化热。
这是因为水化反应速度较快，水泥中的矿物质与水迅速反应生成水化产物。
初期水化阶段对混凝土的强度发展有着重要影响。
2. 后期水化阶段后期水化阶段是指混凝土中水化反应逐渐减慢的阶段。
在此阶段，水化反应的速率逐渐降低，混凝土中的水化产物逐渐形成并发展。
尽管水化反应速率较慢，但仍然会持续一段时间。
后期水化阶段对混凝土的持久性和耐久性具有重要意义。
二、水化热对混凝土的影响混凝土的水化反应产生的热量是不可避免的。
这种水化热会对混凝土的性能和耐久性产生影响。
1. 早期温升在初期水化阶段，大量的水化热会产生，导致混凝土温度升高。
这种早期温升对混凝土的强度发展和导热性能有着重要的影响。
高温可能导致混凝土内的微观孔隙产生闭合，从而改变了混凝土的结构和性能。
2. 收缩和开裂水化热引起的混凝土温度升高可能导致混凝土在水化过程中产生收缩，进而导致混凝土开裂。
这种收缩和开裂现象对混凝土的耐久性和外观质量产生负面影响。
因此，对混凝土的水化热进行合理控制，是减少混凝土开裂的关键。
3. 内应力和变形水化热引起的温度升高还会导致混凝土内部产生应力和变形。
这些应力和变形可能对混凝土的结构稳定性和力学性能造成影响。
因此，在设计和制造混凝土结构时，需要充分考虑水化热对结构的影响，并采取适当的措施来降低内应力和变形。
混凝土水化热释放及其控制方法
混凝土水化热释放及其控制方法一、前言混凝土是建筑中常用的一种材料，由于其优异的性能和广泛的应用，混凝土已经成为了建筑中不可或缺的一部分。
混凝土的基本材料主要是水泥、砂、石和水等，其中水泥在混凝土中起到了重要的作用。
水泥水化反应是混凝土硬化的关键过程之一，水化反应不仅决定了混凝土的力学性能，而且对混凝土的耐久性、变形性等性能也有着重要的影响。
然而，水泥水化反应会产生热量，这种热量的释放会引起混凝土的温升，从而可能会引起混凝土内部的裂缝和变形，降低混凝土的强度和耐久性。
因此，混凝土水化热释放及其控制方法成为了混凝土技术中一个非常重要的研究课题。
二、混凝土水化热释放原理1.水泥水化反应水泥水化反应是混凝土硬化过程中最为关键的过程。
水泥水化反应是指水泥中的矿物质与水发生化学反应，形成水化产物的过程。
在水泥水化反应中，水泥中的四种主要矿物质——三钙硅酸盐(C3S)、双钙硅酸盐(C2S)、三钙酸铝盐(C3A)和四钙酸铁盐(C4AF)都会参与反应，但是C3S和C2S的水化反应是最为重要的。
水泥水化反应是一个复杂的过程，反应过程中会释放水化热和生成水化产物。
水泥水化反应的化学方程式如下：C3S + 6H → C3S2H3 + 3CHC2S + 4H → C3S2H3 + CH其中，C3S和C2S分别代表三钙硅酸盐和双钙硅酸盐，H代表水，C3S2H3代表水化三钙硅酸盐，CH代表水化钙。
2.混凝土水化热释放水泥水化反应会产生水化热，这种水化热会通过混凝土中的水逐渐传递到混凝土中，引起混凝土温度的升高。
混凝土水化热释放是指混凝土在水泥水化反应过程中所释放出的热量。
混凝土水化热释放是由于水泥水化反应所产生的热量造成的，每克水泥水化反应所释放的热量约为400J。
混凝土水化热释放的峰值出现在混凝土初期，通常在混凝土浇筑后的24小时内。
混凝土水化热释放的产生会引起混凝土内部温度的升高，高温会改变混凝土的物理和化学性质，从而影响混凝土的强度和耐久性。
大体积混凝土水化热分析
大体积混凝土水化热分析在大规模混凝土施工中，水化热是一个关键的因素，对混凝土的性能和耐久性都有着重要影响。
本文将对大体积混凝土的水化热进行分析，并探讨其对混凝土结构的影响。
一、水化热的定义及影响因素水化热是指混凝土在水化反应中释放出的热量。
它主要来源于水泥与水发生化学反应所释放的能量。
水化热的大小与混凝土中水泥的用量成正比，与水泥的硅酸盐含量和活性物质的多少有关。
在混凝土施工过程中，水化热的释放速率及其产热峰值与结构尺寸、温度等因素密切相关。
二、大体积混凝土的特点大体积混凝土是指构件体积大于规定尺寸的混凝土，常见于大型水电站、桥梁和地下工程等工程中。
与普通混凝土相比，大体积混凝土具有以下几个特点：1. 热物性差：由于混凝土的大体积和厚度，其散热能力较差，容易引发水化热集中释放，导致温度升高。
2. 温度控制难度大：由于混凝土的散热难度，大体积混凝土施工过程中的温度控制比较困难，容易导致温度变化较大，影响混凝土的性能和耐久性。
3. 混凝土质量不均匀：由于施工的长持续时间和大块混凝土的浇筑，大体积混凝土的质量分布不均匀，可能引发温度应力和裂缝问题。
三、大体积混凝土水化热的分析1. 温度变化分析：根据混凝土中水化反应放热量和散热系数的关系，可以通过数学模型计算得出混凝土中温度的变化规律。
根据具体工程情况，可以对不同时间段内混凝土的温度变化进行模拟和分析。
2. 热应力分析：根据混凝土的温度变化和热收缩系数的关系，可以通过有限元分析等方法得出混凝土中温度引起的热应力分布。
根据分析结果，可以判断混凝土中可能出现的开裂问题，并采取相应措施进行预防和修复。
3. 混凝土性能分析：通过对大体积混凝土中水化热的分析，可以预测混凝土的强度发展规律、收缩变形等性能。
并结合具体工程要求，进行相应的调整和优化，以提高混凝土的整体性能和耐久性。
四、大体积混凝土中水化热的控制和预防措施为了控制和预防大体积混凝土中的水化热问题，可以采取以下几个方面的措施：1. 降低水化热产热速率：适当控制混凝土中水泥的用量，减少混凝土水化反应的放热量；选用硅酸盐普通水泥替代硅酸盐高性能水泥，以降低混凝土的活性。
大体积混凝土水化热分析-FEA
1、模型建立
首先，如果模型为轴对称或者双轴对称模型，可将其进行简 化为1/2或1/4模型，如不能简化，则画整体
1/4模型
• 选定单位，画线框
• 建立网格区域
画边框
交叉线
分区域
尺寸控制-播种
映射网格或自动网 格
延伸网格 注意隐藏曲线和 网点找到水管平面 • 数据：直径、对流系数、比热、密度、入口温度、流量 • 2、布置水管-通过节点、布置路径、添加、使用
5、定义水化热阶段
6、分析工况
7、计算求解、数据后处理
• 1、徐变收缩 数据：28天抗压强度、相对湿度、构件理论厚度、水泥种类、开始收缩 时间 2、抗压强度 数据：混凝土28天抗压强度、混凝土抗压强度系数a，b 3、材料 数据：弹性模量、泊松比、容重（密度）、热膨胀系数、热传导率、比 热、 4、特性 分配实体单元材料
3、边界条件
1、约束-根据块体所受约束决定 2、对流系数函数-对流系数 3、环境温度函数-环境温度 4、单元对流边界和固定温度边界 5、热源函数—最大绝热温升、导温系数（水泥类型、浇注温度、水 泥用量/每方） • 6、定义热源区域 • • • • •
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例题大体积混凝土水化热分析2 例题. 大体积混凝土水化热分析概要此例题将介绍利用MIDAS/Gen做大体积混凝土水化热分析的整个过程，以及查看分析结果的方法。
此例题的步骤如下：1.简要2.设定操作环境及定义材料3.定义材料时间依存特性4.建立实体模型5.组的定义6.定义边界条件7.输入水化热分析控制数据8.输入环境温度9.输入对流函数10.定义单元对流边界11.定义固定温度12.输入热源函数及分配热源13.输入管冷数据14.定义施工阶段15.运行分析16.查看结果例题大体积混凝土水化热分析1.简要本例题介绍使用MIDAS/Gen 的水化热模块来进行大体积混凝土水化热分析的方法。
例题模型为板式基础结构，对于浇筑混凝土后的1000个小时进行了水化热分析，其中管冷作用于前100个小时。
(该例题数据仅供参考)基本数据如下：地基：17.6 x 12.8 x 2.4 m板式基础：11.2 x 8.0 x 1.8 m水泥种类：低热硅酸盐水泥（Type IV）板式基础地基1/4模型图1 分析模型3例题大体积混凝土水化热分析4 2.设定操作环境及定义材料在建立模型之前先设定环境及定义材料1.主菜单选择文件>新项目2.主菜单选择文件>保存：输入文件名并保存3.主菜单选择工具>单位体系：长度 m，力 kN图2 定义单位体系4.主菜单选择模型>材料和截面特性>材料：添加：定义新材料材料号：1 名称：基础规范：GB(RC)混凝土：C30 材料类型：各向同性材料号：2 名称：地基设计类型：用户定义材料类型：各向同性弹性模量：1e6 泊松比：0.2 线膨胀系数：1e-5 容重：185.主菜单选择工具>单位体系：长度 m，力 kgf，热度 kcal6.主菜单选择模型>材料和截面特性>材料：注：也可以通过程序右下角随时更改单位。
例题 大体积混凝土水化热分析5编辑：修改材料热特性数据 基础 比热：0.25 热传导率：2.3 地基 比热：0.2 热传导率：1.7图3 定义材料3.定义材料时间依存特性1. 主菜单选择 模型>材料和截面特性>时间依存性材料（抗压强度）：添加：定义基础的时间依存特性名称：强度发展 类型：设计规范 规范：ACI混凝土28天抗压强度：3e4 KN/m 2混凝土抗压强度系数a 4.5 b 0.95 2. 主菜单选择 模型>材料和截面特性>时间依存性材料连接：强度进展：强度发展 选择指定的材料：1.基础 添加例题大体积混凝土水化热分析6图4 定义材料时间依存特性图5 时间依存性材料连接4.建立实体模型1.主菜单选择模型>节点>建立：坐标1（0 0 0） 2（8.8 0 0） 3（8.8 6.4 0） 4（0 6.4 0）2.主菜单选择主菜单选择模型>单元>建立：单元类型：板 4节点类型：厚板材料：1:基础厚度：1节点连接：1 2 3 4注：材料的收缩徐变特性在水化热分析控制中定义。
例题 大体积混凝土水化热分析73. 主菜单选择 主菜单选择 模型>单元>扩展：选择板单元扩展类型：平面单元—>实体单元 目标：删除 单元类型：实体单元 材料：1:基础 生成形式：复制和移动 复制和移动：等间距 dxdydz ：0 0 4.2 复制次数：1图6 生成节点和临时板单元图7 生成实体模型单元细分及部分单元删除： 1.主菜单选择 模型>单元>分割：选择实体单元 单元类型：实体单元 等间距 x 11 y 8 z 7 2.主菜单选择 模型>单元>删除：选择Front view 中单元 类型：选择 包括自由节点注：此处无需定义真实板厚，只是用于扩展成实体单元。
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例题大体积混凝土水化热分析10图10 修改地基材料特性5.组的定义主菜单选择模型>组>定义结构组：名称：基础添加名称：地基添加在模型窗口中利用拖放功能分配各个组的单元图11 定义结构组及分配单元1：主菜单选择模型>组>定义边界组：名称：约束条件添加名称：对称条件添加名称：固定温度条件添加名称：对流边界添加例题大体积混凝土水化热分析6.定义边界条件1.主菜单选择窗口>新窗口2.主菜单选择窗口>水平排序3.主菜单选择模型>边界条件>一般支承：边界组名称：约束条件添加 D-all注：实体单元每个节点只有三个平动自由度。
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Front view Left view例题 大体积混凝土水化热分析13 主菜单选择 荷载>水化热分析数据>环境温度函数： 函数名称：环境温度 函数类型：常量 温度：20oc图15 输入环境温度函数9.输入对流函数主菜单选择 荷载>水化热分析数据>对流系数函数：函数名称：对流系数 函数类型：常量 对流系数：12 kcal/m 2*hr*[C]图16 输入对流系数函数例题大体积混凝土水化热分析14 10.定义单元对流边界1.主菜单选择窗口>新窗口2.主菜单选择窗口>水平排序3.主菜单选择荷载>水化热分析数据>单元对流边界：边界组名称：对流边界对流系数函数：对流系数环境温度函数：环境温度选择：根据选择的节点图17 定义单元对流边界11.定义固定温度主菜单选择荷载>水化热分析数据>固定温度：边界组名称：固定温度条件温度：20o c例题 大体积混凝土水化热分析15图18 定义固定温度12.输入热源函数及分配热源1.主菜单选择 荷载>水化热分析数据>热源函数：函数名称：热源函数 函数类型：设计标准 最大绝热温升：41 导温系数：759 2.主菜单选择 荷载>水化热分析数据>分配热源： 热源：热源函数图19 定义热源函数Front viewLeft view例题大体积混凝土水化热分析16图20 分配热源13.输入管冷数据这里假设把冷却管设置在距基础底部0.9m高的位置。
为了输入数据的方便，将相应位置的节点选择后激活。
主菜单选择荷载>水化热分析数据>管冷：名称：管冷比热：1 kcal*g/KN*[C] 容重：1000 KN/m3流入温度：15[C] 流量：1.2 m3/hr 流入时间：开始 CS1 0 hr 结束 CS1 100 hr管径：0.027 m 对流系数：319.55 kcal/m2*hr*[C] 选择：两点图21 激活管冷节点例题 大体积混凝土水化热分析17图22 定义管冷14.定义施工阶段主菜单选择 荷载>水化热分析数据>定义水化热分析施工阶段：名称：CS1 初始温度：20oc 时间：10 20 30 45 60 80 100 130 170 250 350 500 700 1000 添加单元：地基 基础 边界：约束条件 对称条件 固定温度条件 对流边界图23 定义施工阶段例题大体积混凝土水化热分析18 15.运行分析主菜单选择分析>运行分析16.查看结果主菜单选择结果>水化热分析>温度图24 温度分布主菜单选择结果>分析结果表格>水化热分析>管冷节点温度图25 管冷冷却水的温度变化表格例题 大体积混凝土水化热分析19主菜单选择 结果>水化热分析>应力图26 应力分布主菜单选择 结果>水化热分析>图表图27 混凝土内部时程应力图表。