水的温度与体积的变化关系范例(12篇)

水的温度与体积的变化关系范文篇1

关键词：超长大体积混凝土，裂缝，极限变形，跳仓法

Abstract:thispaperintroducesthelongbigvolumeconcretecrackapproximatecalculationtheoryandcrackcontrolpreventivemeasures.

Keywords:longmassconcrete,cracks,limitdeformation,jumpwarehousemethod

中图分类号：TV543文献标识码：A文章编号：

1.前言

工业与民用建筑领域中的混凝土结构裂缝问题是一个相当普遍的质量问题，近年来它引起许多使用者的不满于投诉，是目前困扰广大工程技术人员的最大技术难题。特别是随着建设规模的日趋增大，超长超厚混凝土结构日益增多，工程裂缝控制技术难度更高，人们不得不采取一些特殊的方法解决问题。

多年的建设实践表明，大量的工程裂缝出现在承受外荷载作用之前，主要由“变形作用”引起，包括温度、湿度、地基变形等。这类裂缝几乎占总裂缝数量的80%以上，特别是现代化大型公共建筑超长超厚大体积钢筋混凝土结构，控制变形作用引起的裂缝问题是确保工程质量的急待解决的主要技术问题。

2超长大体积混凝土的定义

现代工业与民用建筑结构、市政运输桥梁、地下工程、核电及其他结构，虽然体积不像水工结构那么大，但由于混凝土和水混的材料高强化发展，泵送商品混凝土的现浇施工工艺，结构刚度的不断强化等，结构的水化热及收缩应力引起的裂缝已相当普遍，必须采取综合措施（设计、施工、材料及管理）加以控制。因此，大体积混凝土不再以截面尺寸具体大小来定义“大体积混凝土”而是以控制温度收缩裂缝的必要性作为定义的依据。

美国ACI116R(1985)定义：任意体量的混凝土其尺寸之大，足以必须采取措施控制由于水化热和相伴的体积变化而引起的裂缝者，称为大体积混凝土。

结合工程实践情况，可定义“大体积混凝土”为：由于水化热及体积稳定性（收缩及其它变形作用），必须考虑控制温度收缩应力而引起的裂缝者，称之为“具有大体积混凝土性质的结构”。

3超长大体积混凝土裂缝的近似计算理论

根据专家多项工程现场长期监测，监测结果和处理工程裂缝的经验和参考有关资料，连续式约束提出新的假定，假定基础或地基为可变形体，通过剪力与水平位移的线性关系：………(1)

地基水平阻力系数通过现场实物实验和裂缝工程反演，给出定量结果，推导出连续式约束应力近似计算方法，连续式约束条件下，引起竖向裂缝的水平正应力：

==-E………(2)

最大值在中部：

X=0，=-E………(3)

考虑徐变引起的应力松弛：

=-EH(t,)………(4)

端部剪应力：

sh………(5)

为了较为确切地计算早期混凝土的温度应力，考虑弹性模量的变化及松弛系数随时间的变化，将温差分为许多区段，各段内将及H(t,)看做常量，最后叠加得考虑徐变作用的应力（一般大块或厚板均属二维平面应力），具龄期按时间增量法：

==(t)(t，)………(6)式中：；

为n段，为第i段温差；

(t)---混凝土处于第i段降温时的弹性模量；

(t，)----由时间t至的应力松弛系数，t为由峰值温度降至周围气温的时间，为第i段龄期；

应用上述公式可计算任意时间的应力状态，根据裂缝出现的实践经验，浇筑后3天至30天出现较为不利的应力状态，可对此阶段进行验算。

4抗裂基本理论

从公式（1）可看出：底板的最大控制应力同温差、收缩差、弹性模量及线膨胀系数成正比，为线性比例关系。与长度呈非线底板的弹性模量增加，应力增加；底板受地基的约束程度，即地基对底板的阻力系数增加，应力增加；底板的厚度增加，应力降低。但所有这些关系都不是线性比例关系，增加或减少的速度呈非线性变化。最大应力不仅与高长比（H/L）有关，而且与底板长度绝对尺寸有关。长度增加，应力增加，但不是线性关系。在较短的范围内，长度对应力影响较大，超过一定长度后，影响变微，其后逐渐趋近于一常数，即长度无论如何增加，应力不变。所以，伸缩缝作于工民建筑中控制裂缝的主要措施之一，只在较短的间距范围对消减温度收缩应力起显著作用，超过一定长度，即使设置伸缩也没有意义，留和不留是一样的，总而言之，“留伸缩缝，宜短些；若过长，则失去效用”。

如果想在超长或加长（理论上可以无限长）的底板上不设置伸缩缝，而又想控制不开裂，是否可能呢？公式（2）给出回答是肯定的，那就要调整公式中的其他因素，只要所得出的拉应力（或最大约束应变）≤结构材料的抗拉强度（或极限拉伸）就可以保证结构不会开裂，任意长度的无缝工程完全可以实现，这就是以“抗”为主的基本依据。

从公式（3）可看出，温度应力首先和温差及弹性模量成正比，升温T为正，应力为负，即引起压应力；降温T为负，应力为正，即引起拉应力；将混凝土的收缩值换算为当量温差，此当量温差永远为负值，应力为拉应力，因此混凝土结构的降温与收缩同时发生时，混凝土结构将承受叠加的拉应力，容易开裂，所以夏季、春秋干燥季节施工的工程较冬季施工的工程更容易开裂。

水平法向应力（t）超过抗拉强度，在中部出现第一条裂缝，一块分成两块，每块板又有自己的水平应力分布，且其图形完全相似，但其最大值由于长度减少了一半而减少，如果该值仍然超过抗拉强度，则形成第二批裂缝，每块板再分成两块，共四块板三条裂缝。如此持续下去一直到最后那块板中部最大水平应力小于或等于抗拉强度，裂缝便稳定，不再增加。这就是混凝土结构的“开裂有序性”。

5极限变形控制伸缩缝间距

用极限变形概念研究伸缩缝的作用，并作为一种实用计算方法推导出裂缝间距公式：

在该式中混凝土极限拉伸值可考虑配筋影响及徐变影响；温差T中包括水化热温差、气温差、收缩当量温差。

由上式可以看出：地基对底板的阻力系数变化时，伸缩缝间距也随着变化，当0时，即地基对底板几乎不产生阻力，底板接近自由变形时，伸缩缝间距可任意长，即可不设伸缩缝。还可看出，温差或收缩相对变形与结构材料的极限拉伸之间的关系（即）很重要，一般总是大于，他们的差别越大，伸缩缝间距越小；差别越小，伸缩缝间距越大。如果采取措施使值趋近于，趋近于∞，则完全无需伸缩缝。这就需要降低温差或收缩，提高混凝土的极限拉伸应变。

在工程实践中，遇到形状复杂，结构变化多端，其应力状态，难以严格求解，则可采用温差（包括收缩）变形小于或等于极限拉伸应变的原则控制裂缝：≤，即所谓“抗”的原则。

5“抗放原理”，后浇带法的发展

目前，后浇带取代永久性伸缩缝的方法已相当成熟，应用广泛，但是后浇带间歇时间较长，影响工期，后浇带中清理垃圾困难。考虑到早期（7~10天）温差及收缩差较大，同时我们应用“抗与放”的设计原则，采取“抗放兼施，以抗为主”的具体方法，地下环境温度及湿度变化较小，钢筋混凝土具有一定抗拉能力（抗拉强度及极限拉伸），并根据温度应力与长度呈非线性关系，很多工程实例采用“跳仓法”对超长超大钢筋混凝土地下工程都取得了不错的效果。

“跳仓法”是一项一看就懂，经济合理，施工周期短，容易推广和应用的“普通混凝土好好打的技术”。跳仓法施工技术，简单讲就是将结构分成约30~40m左右的块体跳仓浇筑，块体间歇7~10天，施工缝设止水钢板或膨胀胶条避免渗漏或企口施工缝。这是一种抗放结合，先放后抗，以抗为主的方法。

跳仓法施工主要需注意以下几个施工工艺：a）设计上合理选择混凝土强度等级（C25~C30），可利用后期强度；b）合理加强构造配筋；c）优选混凝土配合比，有利于抗拉性能，严格控制砂石骨料含泥量，优选外加剂及掺合料，有利于体积稳定性；d）严格控制水灰比及现场塌落度（12±2cm）；e）根据气候条件，加强保温保湿养护（采取测温措施，实行温控）；f）加强振捣，采用二次压光技术；g）控制拆模时间，拆模后继续养护至混凝土里表温差趋于稳定为止（20天左右）。

6小结

大量工程实践经验表明，控制混凝土的裂缝，只须掌握现代化泵送混凝土和温度收缩的基本知识，实行“设计、材料、施工三结合”的技术措施，就可以达到控制不出现有害裂缝的目的，关键是“切记严格执行”。

参考文献

水的温度与体积的变化关系范文

1.1日照对玉米气象产量的影响

1981—2009年期间河曲地区的日照时数以61.0h/10a的速度递减，其中，1997—2007年日照时数连续减少，2007年减少到历史最低值（1055h）；玉米气象产量以9.2kg/10a的速度递增，1995年达到历史最低值（-171kg）（图2-A）。日照时数与玉米气象产量在1981—1982，1986—1989，1990—1994，1996—1998，1999—2000，2001—2003，2004—2005，2006—2009年8个阶段变化趋势相反，29a期间有17a二者间变化趋势相反，其余时间变化趋势一致。1981—2009年期间五寨地区日照时数以54.8h/10a的速度递减，2005—2008年日照连续减少，2008年减少到历史最低值（943h），玉米气象产量以20.2kg/10a的速度递减，2006—2008年玉米气象产量连续增加（图2-B）。日照时数与玉米气象产量在1986—1989，1991—1992，1995—1997，1999—2003，2004—2005，2006—2009年6个阶段变化趋势相反，29a期间总共有14a二者之间变化趋势相反，其中，2007年以来，日照时数与玉米产量变化趋势明显相反。1982—2009年期间五台地区日照时数以10.8h/10a的速度递减，当地玉米气象产量以4.9kg/10a的速度递减，1999年达到历史最低值（-226kg）（图2-C）。日照时数与玉米气象产量在1983—1988，1990—1991，1992—1994，1995—1998，2000—2003，2004—2007，2008—2009年7个阶段变化趋势相反，28a间有18a二者变化趋势相反。1981—2009年期间繁峙地区日照时数以66.9h/10a的速度递减，在1995—2009年除1998，2000，2005年外日照均处于减少状态，2003年减少到历史最低值（1030h），玉米气象产量以27.0kg/10a的速度递增（图2-D）。1981—2009年忻府区日照时数以67.4h/10a的速度递减，玉米气象产量以8.0kg/10a的速度递增（图2-E）。综上所述，近29a来，本研究所选5个气候代表站中，日照时数与玉米气象产量五寨、五台和河曲总体呈正相关，繁峙和忻府区呈负相关，但不同年份或时期日照时数和玉米气象产量又会出现正负相关更替的情况，说明玉米气象产量是与日照时数并非单调的正相关或负相关。

1.2平均气温对玉米气象产量的影响

1981—2009年河曲地区平均气温以0.47℃/10a的速度递增，玉米气象产量以6.8kg/10a的速度递增，1995年玉米气象产量达到历史最低值（-171kg）（图3-A）。平均温度与玉米气象产量在1981—1988，1989—1992，1993—1994，1996—2003，2004—2005，2008—2009年6个阶段变化趋势相反，29a有20a二者之间变化趋势明显相反。1981—2009年五寨地区平均气温以0.42℃/10a的速度递增，玉米气象产量以15.3kg/10a的速度递增（图3-B）。平均气温与玉米气象产量只在1981—1982，2003—2004年2个阶段变化趋势一致。29a期间有26a二者变化趋势相反或不一致。1982—2009年期间五台地区平均气温以0.19℃/10a的速度递增，1999年达到历史最高值（18.8℃），玉米气象产量以0.82kg/10a的速度递减。平均气温与玉米气象产量在1985—1989，1990—1991，1996—1997，1998—2005，2006—2007，2008—2009年6个阶段变化趋势相反，28a间有15a二者呈相反变化趋势（图3-C）。1981—2009年繁峙地区平均气温以0.42℃/10a的速度递增，玉米气象产量以平均25.6kg/10a的速度递减。平均气温与玉米气象产量在1984—1992，1996—1997，1998—2007，2008—2009年4个阶段变化趋势相反，29a间有19a二者变化趋势相反（图3-D）。1981—2009年期间，忻府区平均气温以0.31℃/10a的速度递增，玉米气象产量以平均3.8kg/10a的速度递减。忻府区平均气温对玉米气象产量无明显影响（图3-E）。综上所述，近29a来，五寨、五台和河曲平均气温与玉米气象产量总体呈正相关，繁峙和忻府区呈负相关，但不同年份或时期平均气温和玉米气象产量又会出现正负相关更替的情况，说明玉米气象产量与日照时数并非单调的正相关或负相关。

1.3降水量对玉米气象产量的影响

1981—2009年河曲降水量以4.42mm/10a的速度递减，玉米气象产量以6.8kg/10a的速度递增（图4-A）。降水量与玉米气象产量在1982—1985，1986—1990，1991—1993，1996—1999，2002—2005，2006—2007，2008—2009年7个阶段变化趋势一致，28a有17a二者之间变化趋势一致。1981—2009年期间五寨降水量以2.6mm/10a的速度递增，玉米气象产量以15.3kg/10a的速度递增，降水量在1995年达到最大值（597mm），2001年达到最小值（243mm）（图4-B）。降水量与玉米气象产量在1981—1983，1986—1992，1993—1994，1996—2007，2008—2009年5个阶段变化趋势一致，29a期间有21a二者变化趋势一致。1982—2009年期间五台降水量以1.27mm/10a的速度递增，玉米气象产量以0.82kg/10a的速度递减。降水量与玉米气象产量在1982—1988，1992—1995，1996—1997，1998—2000，2001—2002，2003—2004，2005—2007，2008—2009年8个阶段变化趋势一致（图4-C），28a间有17a二者变化趋势一致。1981—2009年繁峙降水量以6.07mm/10a的速度递增，玉米气象产量以25.6kg/10a的速度递减。降水量与玉米气象产量在1981—1988，1990—1995，1998—2002，2003—2005，2008—2009年5个阶段变化趋势一致（图4-D），29a间共有19a二者变化趋势一致。1981—2009年期间忻府区降水量以平均12.1mm/10a的速度递增，玉米气象产量以平均3.8kg/10a的速度递减。从降水量与玉米气象产量折线图上看，二者之间变化趋势非常一致（图4-E）。综上所述，近29a来，5个站点历年降水量与玉米气象产量总体呈正相关，但不同年份或时期降水量和玉米气象产量又会出现正负相关更替的情况，说明玉米气象产量与降水量并非单调的正相关或负相关。

1.4≥10℃积温对玉米气象产量的影响

1981—2009年河曲≥10℃积温以9.6℃/10a的速度递增，玉米气象产量以6.8kg/10a的速度递增（图5-A），总体表现为很好的正相关。1981—2009年期间五寨≥10℃积温以110.4℃/10a的速度递增，且≥10℃积温在1998年达到最大值（3023℃），在2004年达到最小值（2200℃）（图5-B）。玉米气象产量以15.3kg/10a的速度递增，≥10℃积温与玉米气象产量在1982—1987，1989—1990，1992—1994，1996—1997，2001—2003，2004—2005，2006—2009年7个阶段变化趋势相反，29a间共有15a二者变化趋势相反。1982—2009年五台≥10℃积温以44.9℃/10a的速度递增，并在1998年达到历史最高值（3215℃），玉米气象产量以0.82kg/10a的速度递减（图5-C），28a间共有17a二者之间变化趋势一致。1981—2009年繁峙≥10℃积温以115.6℃/10a的速度递增，玉米气象产量以25.6kg/10a的速度递减（图5-D）。≥10℃积温与玉米气象产量在1983—1985，1986—1987，1988—1990，1991—1999，2003—2004，2005—2008年6个阶段变化趋势一致，29a间共有15a二者变化趋势一致。1981—2009年期间忻府区≥10℃积温以54.4℃/10a的速度递增，玉米气象产量以3.8kg/10a的速度递减（图5-E），29a间共有17a二者变化趋势一致。综上所述，近29a来，河曲、五台和忻府区≥10℃积温与玉米气象产量总体呈正相关，五寨和繁峙为负相关关系，但不同年份或时期≥10℃积温和玉米气象产量又会出现正负相关更替的情况，说明玉米气象产量与≥10℃积温并非单调的正相关或负相关。

2气候变化对玉米气象产量的综合影响

（1）近29a来，日照时数与玉米气象产量五寨、五台和河曲总体呈正相关，繁峙和忻府区为负相关关系；平均气温与玉米气象产量五寨、五台和河曲总体呈正相关，繁峙和忻府区为负相关关系；5个区历年降水量与玉米气象产量总体呈正相关；≥10℃积温与玉米气象产量河曲、五台和忻府区总体呈正相关，五寨和繁峙为负相关关系。但不同年份或时期气象要素和玉米气象产量又会出现正负相关更替的情况，说明玉米气象产量与气象要素并非单调的正相关或负相关。

（2）不同的地理气候区域，气象要素影响的程度不同。从5个区多元回归模型看，对玉米气象产量影响最大的均为平均气温，其效果也最明显；五寨、河曲和繁峙对玉米气象产量影响排第2位的为年降水量；五台对玉米气象产量影响排第2位的为日照时数；忻府区对玉米气象产量影响排第2位的为≥10℃积温，表明不同代表区气象要素对玉米气象产量的影响不尽相同。

（3）不同的气候因子对不同代表区玉米气象产量有着不同的影响。较多的日照时数有利于五寨、河曲地区玉米气象产量的增加，而对于五台、繁峙、忻府区则相反；较高的平均温度对于五台和忻府区玉米气象产量的增加非常有利，对于五寨、河曲、繁峙则相反；除忻府区外，其余4个代表区均表现为随降水量的增加玉米气象产量增加；≥10℃积温增加有利于繁峙、河曲玉米气象产量的增加，对于五寨、五台、忻府区玉米气象产量则表现为减产。

（4）通过分析各代表区回归模型的系数，可从各气候因子系数的大小、正负等判断影响该地区气象产量气候因子的正负和大小。较低的平均气温、较大的降水量、较弱的日照可以促进五寨地区玉米气象产量的增加；较低的温度、较弱的日照可以促进河曲地区玉米气象产量的增加；较低的温度、较强的降水量可以促进繁峙地区玉米气象产量的增加；较高的温度有利于忻府区玉米气象产量的增加，其他气象因子对其影响不大。

水的温度与体积的变化关系范文1篇3

关键词：GIS基础；裂缝；防治措施

中图分类号：TV543+.6文献标识码：A文章编号：

大体积混凝土是指混凝土结构物实体最小几何尺寸不小于1m的大体量混凝土，或预计会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[1]。

大体积混凝土具有尺寸大、施工复杂、水泥水化热不易释放而导致的混凝土内外温差大、整体要求高、不得留置施工缝等特征。

1背景简介

某220kV变电站新建工程，容量2×180MVA，GIS设备基础为长方体钢筋混凝土结构，长13m，宽9.45m，高1m，分三段施工，总长40m，为大体积混凝土工程。混凝土强度C30，浇筑总方量378m³。

1.1工程特点：

1.1.1GIS设备基础用于承受来自设备自身重量带来的压力，而GIS设备价值高，为满足抗压要求，底板钢筋分布密集，给基础施工带来困难。

1.1.2GIS基础底板混凝土体积大、预埋件数量多、精度要求高，因此对施工工艺要求较高。

2变电站GIS基础裂缝原因分析

2.1裂缝产生原因

大体积混凝土施工阶段产生的温度裂缝,是其内部矛盾发展的结果,一方面是由于内外温差的作用,使混凝土产生拉应力和拉应变；另一方面是由于结构受到外约束(基础)或内约束(混凝土内部各质点的相互约束)将阻止这种拉应力和拉应变,一旦温度应力产生的拉应力超过混凝土的极限抗拉强度就会使混凝土产生不同程度的裂缝，大体积混凝土产生的裂缝主要原因如下：

2.1.1温度应力原因

GIS设备基础，设计要求混凝土一次浇筑完成，不允许留设垂直施工缝，且不经设计允许，也不得留设水平施工缝。水泥水化释放大量热量，热量聚集在混凝土结构内部不易释放，引起内部温度和表面的温度相差大。水化热引起的温度升高，与单位体积混凝土中水泥用量及品种有关，并与混凝土龄期按指数关系正比例增长。混凝土内部温升变化大多发生在浇筑的初期，初期混凝土强度上升较慢，对水化热升温的反应不明显。随着强度的不断提高，对内部收缩变形的约束增大，导致产生较大的温度应力，产生裂缝。

2.1.2内外约束条件的原因

混凝土内部，水化热产生的热量不易散发；而混凝土表面热量散发较快，使得混凝土内部体积膨胀受到表面混凝土约束产生拉应力。

2.1.3环境温度的原因

混凝土内部温度还受到浇筑温度的影响，外部温度高，混凝土内部温度也高，而当外界温度骤降，外层混凝土与内部混凝土的温度梯度较大，易出现裂缝。

2.1.4原材料的原因

原材料、外加剂、掺合料的品种及用量、骨料的级配、混凝土配合比等也会使混凝土产生裂缝。

3GIS基础裂缝控制

3.1施工工艺预控措施

GIS基础施工应连续浇筑，一次成型；混凝土运输、浇筑过程中，应控制混凝土不离析、不分层，组成成分不发生变化，并应保证施工所必须的稠度，按照要求做塌落度检测并及时送检。本工程混凝土浇筑现场实测塌落度75-90mm左右。

混凝土内部温度取决于浇筑温度、水化热释放热量及浇筑后温度三个因素，采取措施控制骨料温度、混凝土入模温度和浇筑温度，是控制混凝土裂缝的有效措施。

3.1.1骨料降温

采取降低冷却水温度或对骨料进行冷却处理或可达到降温目的。

1kg水温升1℃时吸收4.18KJ,冷水的吸热效率比冷骨料（或水泥）大约高5倍；水泥与骨料的温度升高0.6℃，仅吸收0.511KJ/kg[2]。由此可见，冷却水是比较有效的措施，使用冰屑进行混凝土搅拌，是比较常用的措施。

水在混凝土中所占热容的较小，单凭冷却水不足以满足要求，还需对骨料进行冷却预处理，如拌合前进行喷水处理，增加遮阴网覆盖等措施。预冷效果表见表1。

表1预冷各种原材料冷却效果[3]

水的比热最大，但其占单位体积混凝土的质量最小；石子温度每降低1℃，其所散失的热量比其余原材料大；砂、石所占比重大，其比热与比重的乘积占混凝土的比重较大，其对混凝土降温影响巨大。

3.1.2控制入模温度

入模温度与运输工具、施工温度等因素有关，应尽量减少转运，并在温度凉爽时进行施工。

3.1.3控制浇筑温度

按ACI207建议，避免在大体积混凝土中热开裂的最大因素之一为控制浇筑温度[2]，一般情况下，混凝土由塑态变为弹性状态时，浇筑温度低时不宜开裂。

图1浇筑温度对混凝土结构物温度的影响[4]

水泥300kg/m³，厚度为1.2m

3.2在混凝土中预留孔洞

经过应力计算，在允许的范围内在混凝土浇筑时预留钢管，在初凝后将钢管取出，在混凝土内部预留孔洞以利于内部热量的扩热，以减小温度应力。

3.3做好养护措施，最大限度减小温度应力对裂缝的影响

混凝土浇筑完成后，应进行温控计算确定其保温或降温措施，并设置测温孔测定混凝土内部和表面的温度，使温度控制在设计要求的范围内，设计无要求时，温差不超过25℃。笔者所在地区变电站GIS基础浇筑一般于7-8月份进行，应采取遮光布覆盖、浇水等措施进行降温处理。

3.4原材料的选择

3.4.1水泥

根据各种类水泥的特点及大体积混凝土的施工需要，应选择水化热低、后期强度高、凝结时间较长、早起放热速度慢、放热量少的粉煤灰硅酸盐水泥、矿渣硅酸盐及火山灰硅酸盐水泥,但其抗冻性差，不适于抗冻性要求高的工程。本工程采用32.5矿渣硅酸盐水泥。经过实践，水泥用量最好控制在320kg/m3,最大不超过35Okg/m3。

3.4.2骨料

粗骨料应选择极限拉伸强度高,热胀系数小、级配良好的骨料,如石灰岩、玄武岩、辉绿岩、花岗岩等，可减少水泥使用量，降低温升，提高抗裂性能；细骨料一般选用粗砂，且小于0.315mm的颗粒≥15%,最好＜20%,砂的颗粒级配还应符合我国规范所规定的细骨料颗粒级配图。本工程粗骨料为5-31.5mm连续粒级卵石，表观密度2620kg/m³，堆积密度1570kg/m³，空隙率40%，含泥量0.3%，强度压碎指标5.5%；砂为中砂，细度模数2.3，颗粒级配Ⅱ级，表观密度2610kg/m³，堆积密度14501570kg/m³，含泥量11%，泥块含量0.5%，空隙率44%，氯离子含量0.001%。

3.4.3外加剂、掺合料

应根据施工需要、混凝土性能等选择外加剂及掺合料，并进行试验、论证和经济技术比较厚方可确定品种及使用量。本工程采用JZ型混凝土普通减水剂。

大体积混凝土裂缝的防治，预防为主，兼用以上防治措施，并在施工中不断发现并解决问题，进行分析总结，将可以控制大体积混凝土裂缝问题。

参考文献：

[1]《大体积混凝土施工规范》（GB50496-2009），中华人民共和国国家标准，中国计划出版社，2009.10；

[2]CollingandInsulatingSystemforMassConcrete，ACIcommittee207；

[3]杨和礼，原材料对基础大体积混凝土裂缝的影响与控制，博士论文，2004.10；

水的温度与体积的变化关系范文篇4

摘要：运用三维有限元分析软件MIDAS/CIVIL对大体积混凝土承台进行水化热分析，按照实际冷却水管的布置、水流情况、边界条件、实际施工过程等因素进行了全程水化热温度场的仿真分析，并与实测数据进行比较。结果表明仿真分析很好的反映了水化热变化规律，可供类似大体积混凝土施工借鉴参考。

关键词：有限元承台水化热

1.工程概况

重庆快速路三纵线红岩村嘉陵江大桥至五台山立交段工程是重庆市快速路网的重要组成部分，在红岩村处设立的红岩村嘉陵江大桥为路轨两用桥，北与建新西路、北滨路、红石路、盘溪路衔接，南与嘉陵路、牛滴路衔接，为高低塔双索面钢桁梁斜拉桥，主桥全长720m，主跨375m，主塔基础为混凝土桩、承台结构。P3主塔承台采用圆形截面，直径24m，高度6m，一次性浇注混凝土量达到2700m3，混凝土设计强度为C30，为防止大体积混凝土在浇注过程中产生裂缝，需要进行混凝土浇注的水化热分析。

2.结构建模与计算分析

本模型采用大型有限元分析软件MIDAS/CIVIL模拟P3主塔承台，承台下为围堰的封底混凝土（C20）。热源函数是重要的水化热计算参数，其的准确定义是计算分析的前提，正确建立承台与环境热对流、传导模式是计算分析的关键。热源函数最大绝热温升系数（K）和导温系数（A）与水泥种类有关，本工程承台采用42.5号低热硅酸盐水泥，每立方米体积水泥用量282kg，考虑气温，浇注温度为25oC，因此可确定热源函数系数：K=41，A=0.759。相关的计算参数见表1。

表1混凝土热工计算参数

项目数值

比热kcal/（kg*[C]）0.25

容重kN/m325

热传导率kcal/（m*h[C]）2.3

对流系数kcal/（m2*h[C]）顶面：8，侧面：20

28d抗压强度（MPa）30

28d弹性模量（MPa）3.0×104

热膨胀系数1.0×10-5

泊松比0.18

热源函数系数K=41，A=0.759

实际承台施工在已施工的2m厚封底混凝土之上，在建模的同时建立封底混凝土模型，但不考虑封底混凝土热源系数，如图1所示；承台除顶面外露于空中外，底面和侧面均位于水中，由双壁钢围堰直接作模板，考虑流水和钢模板的对流传导作用及流水温度，底面、侧面对流系数取20kcal/（m2*h*oC），环境温度25oC；顶面对流系数取8kcal/（m2*h*oC），环境温度25oC。为减小内外温差，承台均匀布置了6层φ38mm冷却管，冷却水管的布置见图2。

图1：1/2计算模型图（上层承台，下层封底混凝土）

图2：冷却管布置示意图

大体积混凝土的温度应力是由于浇注混凝土后，水泥的水化反应导致的混凝土体积的收缩或膨胀，在受到内部或外部的约束时产生的。混凝土水化热引起的应力分为内部约束应力和外部约束应力两大类。内部约束应力是由于混凝土内部不同的温度分布引起的不同的体积变化而导致的应力，即，水化反应初期由于中心部分温度比表面部分温度高，会导致表面产生拉应力；而温度开始下降时中心部分的收缩会比表面多，此时中心部分会产生拉应力。外部约束应力是指新浇注的混凝土，由于水化热而产生的体积变化，受到与其接触的已浇筑混凝土或者地基等的约束而产生的应力，外部约束的作用与接触面积的大小和外部约束的刚度等因素有关。72h温度和应力云图分别见图3、图4，另外选取表面代表点和中心代表点输出温度和应力的时程曲线图，见图5和图6。

图3：72h混凝土温度云图

图4：72h混凝土应力云图

图5：温度时程曲线图

图6：应力时程曲线图

3.水化热分析的使用及验证

根据有限元软件MIDAS/CIVIL分析的得出的结果，可以看出混凝土在3d（72h）左右温度达到最高值，相应的应力值也较大，但均小于相应时段的混凝土容许张拉应力。从时程图可以看出，50～150h表面张拉应力是控制温度裂缝的关键，在施工中应采取相应的措施减小该时段的水化热、控制内外温差。

在本工程承台混凝土浇注中，严格执行施工方案，按照要求布置了冷却水管，施工完成后在混凝土表面未发现张拉裂缝，实际测的混凝土温度时程数据与计算值基本符合。

4.结语

采用大型有限元分析软件MIDAS/CIVIL进行大体积混凝土的水化热分析，计算结果能够满足工程需要，在本工程的承台浇注中，由于计算准备、施工组织措施得当，承台温控效果良好，没有出现有害的温度裂缝，确保了大体积混凝土施工的工程质量。

参考文献：

⑴、JTJ041-2000公路桥涵施工技术规范

⑵、GB50010-2002混凝土结构设计规范

⑶、GB50204-2002混凝土结构工程施工质量验收规范

水的温度与体积的变化关系范文

关键词：大体积砼温度裂缝原因预防措施

中图分类号：[TQ178]文献标识码：A文章编号：

在我国建筑行业蓬勃发展与不断完善的过程当中，建筑物的外观性状以及结构开始呈现出多样化的发展趋势，由此也使得大体积砼在建筑结构施工中的应用不断普遍与成熟。然而，从相关实践经验上来看，若在实际施工中，对砼这种材料的处理不够恰当，则极有可能导致大体积砼结构出现明显的温度裂缝问题。而温度裂缝问题的产生，不但会使得整个大体积砼结构的耐久性与稳定性受到不利影响，同时也使得建筑结构的运行潜在极大的安全隐患。为此，本文在分析大体积砼产生温度裂缝原因的基础之上，研究相应的预防措施，有待关注与重视。

一、大体积砼温度裂缝产生的几个原因

（一）水泥水化热作用下产生温度裂缝：在水泥材料所产生的水化反应过程但中，需要向外排出大量的热量。与之相对应的是：大体积砼结构自身的导热性能水平较低，断面较大。结构内部所聚集的大量热能无法在短时间内得到有效的分散与传递，进而使得大体积砼结构内部的温度呈现出显著上升趋势，也就不断的拉大了大体积砼结构内部与外部环境温度之间的差异性，从而产生膨胀，引发拉应力。而在大体积砼自身抗拉强度低于这一拉应力的情况下，产生温度裂缝。

（二）外界环境温度变化作用下产生温度裂缝：在当前技术条件支持下，在大体积砼结构的施工现场中，大体积砼结构内部的温度在很大程度上受到了其所处施工区域内环境温度的影响。实践研究结果证实：水泥水化热反应过程中所产生的绝热温度、砼浇筑过程中的浇注温度、砼结构自身的散热温度是构成大体积砼结构内部温度的三大关键要素。除上文中以及提到的水泥水化热反应温度以外，砼浇筑环节所产生的浇筑温度同样是至关重要的问题之一。相关研究人员已证实的是：砼浇筑环节所产生的浇筑温度与外界环境温度的变化情况有着密切联系。一般情况下，外界环境温度越高/低，则砼浇筑环节所产生的浇筑温度也越高/低。更加关键的是：在浇筑温度由高至低瞬时性下降的作用下，砼结构自身较低的散热性能并无法与之相匹配，从而产生显著温度应力，产生温度裂缝。

（三）砼约束作用力下产生温度裂缝：在温度变化作用之下，大体积砼结构发生的变形势必会受到一定的约束，阻止其产生的变形问题，由此产生砼约束力。在新完成浇筑的砼结构所对应的降温阶段当中，砼结构同时受到了来自于封底砼、砼内部结构钢筋、桩基钢筋以及桩基钢筋支座等多个方面的影响与约束。在上述各个质点不均匀性的变形因素影响下，引发大面积性的应力，产生温度裂缝。

二、预防大体积砼温度裂缝的具体措施

（一）对原材料的选取以及对配合比的合理规范措施分析：在大体积砼结构施工过程当中，所涉及到的原材料主要包括水泥原材、骨料原材以及外加剂原材这三个方面。其中，水泥原材在选取过程当中应当尽量优选具有低水化热反应性能的水泥原材，确保能够对大体积砼结构结构内部的温度加以有效控制，在此基础之上，合理降低水泥原材的使用总量。不仅如此，还可以通过适当延长水泥初凝时间的方式，确保能够对温度应力进行合理且有效的控制；其次，骨料原材在选取过程当中应当尽量优选泥沙含量较低、且热膨胀作用力系数较小的骨料。同时，骨料在级配方面还应当以能够连续级配的骨料位置，提高骨料在大体积砼结构中的含量性能。借助于此种方式，可有效控制水泥原材的使用量，从而在一定程度上达到降低水泥水化热反应的目的；最后，外加剂原材参与大体积砼结构施工是至关重要的。实践证明，通过加入一定剂量粉煤灰的方式，可有效改善整个结构的和易性性能。在不影响砼结构早期强度的基础之上，有效控制水泥水化热。

（二）温度控制措施分析：对温度的合理控制可以从对大体积砼结构浇筑温度的控制以及结构内外部温度差异的控制这两个方面入手。一方面，在进行砼浇筑作业之前，需要现场工作人员通过覆盖遮光布的方式，避免大体积砼结构表面出现温度骤增的现象。与此同时，在进行浇筑作业之前，还需要以地下水降低砂石原材的表面温度。同时，在各浇筑材料的运输及中间处理环节中，需要做好相应的遮光措施，提高运输效率，降低材料处于阳光曝晒下的时间。通过上述方式，可尽可能的控制砼在入模状态下的温度；另一方面，需要在提高大体积砼结构表面温度的同时，降低结构内部温度。提高表面温度的方式主要包括①.保温材料遮挡；②.蓄水养护这两项措施。降低内部温度的方式主要为冷却管循环水养护。

（三）钢筋与砼结构的协调措施分析：在充分把握大体积砼结构的基础之上，需要通过对钢筋量的增减调整，达到预防温度裂缝的目的。针对刚度变化较大、总拉应力较大的大体积砼结构而言，可通过增加配筋率数值的方式，提高其结构耐久性。与此同时，通过对钢筋布设密度的合理提高，可降低在出现温度裂缝下的裂缝宽度，防止温度裂缝对大体积砼结构产生更大的影响。

三、结束语

通过本文以上分析需要认识到：水泥水化热反应、外界环境温度变化以及砼约束作用力的产生是导致大体积砼结构出现温度裂缝的最主要原因。需要相关工作人员从对原材料的选取以及对配合比的合理规范、从温度控制以及从钢筋与砼结构的协调方面入手，达到有效预防大体积砼产生温度裂缝的重要目的。上述相关问题希望能够引起同行业工作人员的特别关注与重视，在改善大体积砼结构，乃至建筑结构稳定性与耐久性方面发挥一定的意义与价值。

参考文献：

[1]单虹云,刘书玲,郝斐哲等.浅议多层砖砌体建筑墙体温度裂缝的防治方法[J].河南建材,2011,(5):103-103,105.

[2]徐铨彪,余祖国,金伟良等.基于温度效应的混凝土砌块建筑抗裂结构设计方法研究[J].建筑结构学报,2003,24(5):42-49.

[3]江昔平,王社良,段述信等.超大体积混凝土温度裂缝产生机理分析与抗裂控制新对策[J].混凝土,2007,(12):98-102.

[4]李庆红,董杰,马玉洁等.砌体结构墙体温度裂缝的防控及处理措施[J].工业建筑,2008,38(8):106-108.

水的温度与体积的变化关系范文篇6

【关键词】大体积砼；温度裂缝；防范措施

现代建筑中时常涉及到大体积砼施工，它的特点是体积大，一般实体最小尺寸大于或等于lm。由于表面系数比较小，水泥水化热释放比较集中，内部温升比较快，使砼内外形成较大温差，从而产生温度裂缝，影响结构安全、正常使用和耐久性。所以必须从根本上解决控制因变形而产生裂缝的技术难题，来保证混凝土施工的质量。

1对大体积混凝土的温度监测控制内容

大体积混凝土的温度检测和控制应贯穿于施工的全过程。温度监测和温度控制是相互联系、相互配合的。在施工中宜采用信息化的施工方法，温度监测的数据要及时反馈，以进行温度控制。采取温度控制的措施后，又要根据温度监测的数据判断温度控制的效果。

工程技术负责人及施工的相关人员在大体积混凝土施工时一定要注意进行温度监测和控制，具体的要求有：

1.1大体积混凝土拌和物的出机温度、浇筑温度及浇筑时的气温应进行监测，至少每2h应测一次。大体积混凝土浇筑后，养护期间应进行温度监测，同时应测环境温度，第一次测温时间宜在浇筑后12h进行。

1.1.1测温点的布置应事先经过监理人员审查，测温点的布置必须有代表性和可比性，所有测温点均应编号，并绘制测温点布置图。

1.1.2测温工具的选用：为了及时控制混凝土的温度梯度，随时掌握混凝土温度动态，宜采用微机控制的自动电子测温仪及其配套温度传感器进行测温。也可采用便携式电子测温仪、工业用水银温度计、玻璃酒精温度计等测温工具。采用电子测温仪时，还应用水银温度计或玻璃酒精温度计进行校核。

1.1.3为了确保温度传感器具有较高的可靠性，必须对其进行封装(可用环氧树脂)。封装后将传感器用绝缘胶布绑扎到预定的测温点处的钢筋上。如相应测点处无钢筋，可另加钢筋。要避免传感器直接与钢筋接触。待各传感器固定好后，将引出线收成一束，穿入套管中，固定在横向钢筋下引出，以免浇筑混凝土时受到损伤。

1.1.4测温制度：人工测温，在混凝土升温及保持阶段，一般2～3h应测温一次。在温度下降阶段，一般4～8h应测温一次，自动测温，其时间间隔根据仪器及需要定，但不得少于以上规定的次数。采用预留测温孔测温时，一个测温孔只能反映一个点的数据。不等采取沿孔洞变动温度计高度的方法来测孔中不同高度处的温度。孔中应注入5cm高的清水或油，玻璃或水银温度计末端应没入水中并保持至少3min，然后迅速抽出温度计，读数加上0.5～1℃作为测定值，采用预埋传感器进行测温时．要保护好传感器及引出线。

1.1.5测温工作应由经过培训，责任心强的专人进行。测温数据应及时交技术负责人阅读。发生异常情况应立即向有关人员汇报，以便及时采取措施。

1.2大体积混凝土温度控制的参数

1.2.1混凝土的浇筑温度(混凝土拌和物经振捣后，在50—100mm处的温度)不宜超过28℃。

1.2.2混凝土内部与表面的温度之差不应超过设计值，当设计无要求时，不宜超过25℃。混凝土的温度骤降不应超过1O℃。

2降低大体积混凝士浇筑温度的措施

2.1降低骨料、拌和用水的温度，通常采取以下措施。

2.1.1炎夏搭棚遮阳。将骨料放在凉棚内2～3d后使用，可使骨料温度相对爆晒降低2～4℃；成品骨料堆高6～8m，并保持足够的储备。通过底部和地垅取料可取得同样效果。

2.1.2喷水雾进行骨料预冷，效果也较好。但要有排水措施，使骨料含水量保持稳定。

2.1.3选定低温地下水或自来水，也可用冰水。水温控制在5～10℃时，降温效果更为显著。

2.2当夏季温度较高时，混凝土泵管上可覆盖草包等材料，并经常喷水保持湿润，以较少混凝土拌和物因运输而造成的温度回升。

2.3可充分利用低温季节和夜间进行浇筑，以降低浇筑温度，减少温控费用。在夏季温度较高时，日间要加快混凝土的浇筑速度。缩短混凝土的爆晒时间，减少暴露面积。降低混凝土拌和物因吸收太阳能而造成的温度升高；夜间在不形成“冷缝”的前提下，尽可能延缓混凝土的入模速度，以利于早期水化热的散发。

3大体积混凝土温度裂缝的成因

3.1温度及温度效应

混凝土结构物体的温度分布是指某一时刻混凝土结构内部及表面各点的温度状态。当混凝土结构浇筑后，由于混凝土内部的水化热、外界的太阳辐射以及天气温度变化等因素的影响，混凝土结构内部会处于不同的温度状态。

3.2外界温度的影响

自然环境中的混凝土，受到大气温度变化的影响，而各种气象因素在一年四季、每天甚至时时刻刻都在发生变化。混凝土结构的最大温差与不同季节的气候特征有密切关系。

3.3水化热

水泥水化释放的水化热会引起混凝土浇筑块内部温度剧烈变化，是影响混凝土温度分布的主要因素。由于超大体积混凝土的导热能力较差，尺寸越厚大，混凝上内部的热量散发到外界所需的时间就越长，即超大体积混凝土的散热延续时间会很长，因此在外表面温度突变的情况下，混凝土内部各层的温度变化要慢得多，存在明显的滞后现象。当混凝土构件尺寸很厚大，如厚度达到2m时，混凝土的中心部位已接近绝热状态。故在同一时间内，通过单位厚度的热量也小得多，导致每层混凝土所得到的热量或扩散的热量有较大的差异，从而在混凝土结构中形成沿壁板厚度方向的不均匀温度状态。

4预防裂缝施工控制工艺

4.1采用“跳仓法”施工。通过跳仓浇筑混凝土以释放混凝土的温度收缩应力，减少一次浇筑带来的结构超长效应，控制混凝土出现早期开裂的危险。跳仓间隔施工的时间不宜小于7d，跳仓接缝处应按施工缝的要求设置和处理。

4.2降低混凝土入模温度。混凝土原材料的预冷却，不仅可以降低混凝土的浇筑温度，而且还可以削减混凝土内部水化热峰值，减少混凝土内部温度与表面温度的差值，从而减少温度变形和温度应力。

4.3采用二次振捣技术。在混凝土浇筑后即将凝固前，在适当的时间和位置给予再次振捣，以排除混凝土因泌水在粗骨料、水平钢筋下部造成的水分和孔隙，增加混凝土的密实度，减少内部微裂缝，提高混凝土强度和抗裂性。

4.4加强保温措施。保温养护是大体积混凝土施工的关键环节。加强保温养护，首先通过减少混凝土表面的热扩散，从而降低大体积混凝土浇筑体的内部温差值，降低混凝土浇筑的自约束应力；其次降低大体积混凝土浇筑体的降温速率，延长散热时间，充分发挥混凝土强度的潜力和材料的松弛特性。

参考文献

水的温度与体积的变化关系范文篇7

关键词：工业锅炉；高温氧化皮；堵管；脱落；堆积；成因；应对策略

中图分类号：TM62文献标识码：A

随着锅炉高温过热器和高温再热器出口温度的提升，原高温受热面采用的低合金耐热钢材料已不再能满足锅炉超高温运行工况要求。因此，高合金奥式体材料在超临界和超超临界锅炉上开始广泛应用。然而，高温下奥式体钢管内壁不可避免的被水蒸气氧化，锅炉长时间运行氧化膜生长形成一定厚度的氧化皮，因氧化皮和钢管基材存在较大的膨胀系数差，在停炉冷却过程中氧化皮受应力作用脱落、堆积堵塞受热面管，如检查清理不彻底，就会造成锅炉再次启动后超温爆管。为了防范爆管情况的发生，就必须减少和避免氧化皮脱落及堆积。

1金属蒸汽氧化腐蚀机理

高温蒸汽管道内壁生成氧化膜是自然过程，开始氧化膜形成的很快，一旦膜形成后氧化速度减慢。但随着运行时间加长，在高温高压剧烈波动条件下，由于基材和氧化皮热膨胀系数的不同，金属表面的氧化膜会产生裂纹，裂纹的存在使得基体金属直接暴露于氧化环境中，加速了氧化进程，氧化层也向双层、多层发展。

高温金属材料SA-213TP347H为奥氏体不锈钢，当奥氏体不锈钢长期处于高温、高压水蒸汽中时，管子内壁也会氧化。Cr的活性较高，在氧化初期阶段，管子内表面会生成很薄的Cr2O3氧化膜，这层膜可以阻止管子内壁的进一步氧化，但只有Cr含量高达20%时，合金表面才会生成致密的氧化膜。随着时间的增长，氧化膜以下的基体相应发生Cr的贫化，在温度、压力剧烈波动情况下，外层氧化皮出现细微的裂纹，Fe向氧化膜外扩散，大大恶化了其高温下抗氧化能力，氧化速度加快，氧化层也开始向双层、多层发展。

不锈钢虽然抗氧化能力较强，但在高温时，温度、压力剧烈波动条件下，由于氧化膜的破裂，氧化速度亦是很快的。

多年研究表明，蒸汽氧化与材质的晶粒度有关，SA-213TP347H材质要求晶粒度在7级以上才能生成Cr2O3型氧化膜，但目前管材（TP304H、TP347H）的晶粒度多在4-6级，晶粒度等级低，无法生成Cr2O3保护氧化层。

2氧化皮的脱落

氧化皮的脱落有两个主要条件：

（1）氧化层达到一定厚度，通常不锈钢为0.1mm，铬钼钢为0.2～0.5mm；

（2）温度变化幅度大，速度快，频率高。氧化皮的脱落主要是由于氧化皮与金属基体的热膨胀系数不一样造成的。SA-213TP347H钢材的膨胀系数在（1-20）×10-6/℃，而氧化铁的膨胀系数在9.1×10-6/℃。由于热膨胀系数相差一倍，在温度升高时，氧化皮受拉应力，温度快速降低时，氧化皮受压应力，所以温度剧烈或反复变化时很易产生裂纹以至于脱落。相对于珠光体钢和马氏体钢（热膨胀系数（12-14）×10-6/℃）热膨胀系数与氧化皮比较接近，脱落的几率相对少，这就是为什么TP347H氧化皮更容易脱落的原因。

高温氧化遵循抛物线规则，由于TP347H管的氧化皮的热膨胀系数与基体材料的热膨胀系数有较大的差异，在锅炉快速启停时，氧化皮容易脱落（几微米就可脱落），脱落后使基材暴露在蒸汽中，而抛物线特性为初始氧化速度极快，导致反复脱落，反复氧化，氧化速度加快。脱落的氧化皮会堆积在管内，使该管蒸汽流量减少，管壁温度升高，更加快氧化进程。

3氧化皮堆积的成因

脱落的氧化皮在U型弯的底部停滞，由于机组启动时蒸汽流量较少，无法将其带走。脱落的氧化皮不断地积聚，到一定数量时，即使负荷较高时，也无法将其带走，慢慢地堵塞管子，造成管壁超温。停炉冷却过程中，部分蒸汽凝结成水，积于U型管底部，淹没了脱落的氧化皮，随着U型管底部积水的逐渐蒸发，氧化皮一层紧贴一层，积聚成核状，堵死管道的流通截面。

4应对氧化皮产生、脱落、堆积策略

为保证锅炉安全运行，防止出现爆管情况，一是预防氧化皮的产生，二是预防氧化皮脱落，三是预防氧化皮堆积。

4.1应对氧化皮生成的策略

（1）严格按机组运行规程规定的锅炉上水水质，控制上水速度8%BMCR流量左右，上水温度与汽水分离器壁温差

（2）采用合理的水处理方式。国际比较流行的直流锅炉水处理有全挥发性处理（AVT）、复合氧处理（CWT）、给水加氧处理（OT）三种。随着超（超）临界技术的发展，出于安全性和经济性等方面考虑，国际上先进的直流锅炉均明确要求机组正常运行过程中，水处理必须采用CWT方式。

复合氧处理法（CWT）的优点有：较好地利用了中性水工况和碱性水工况的优点，避免了各自的缺点；在整个水汽循环中，同时使用铁和铜材时，防腐效果处于最佳位置，腐蚀产物浓度最低；水汽循环中，各个设备上的垢层减小；有利于环保，凝结水处理设备再生周期延长。

（3）运行中避免蒸汽和金属温度超温。因氧化皮的生成与温度有密切的关系，所以锅炉运行中要严格控制过热器、再热器受热面的蒸汽和金属温度。主蒸汽温度和再热汽温度应控制在设计温度±5℃范围内。锅炉设计资料中都给出了各级受热面的金属温度报警值，运行中要严格按照该温度控制，严禁超温运行。

加强对受热面的热偏差监视和调整，防止受热面局部长期超温。锅炉运行中两侧汽温偏差应控制在5～10℃范围内，温度偏差过大，可造成局部超温，产生氧化皮。

4.2应对氧化皮脱落的策略

（1）运行过程中应当避免大的负荷波动。受热管壁内附着氧化皮的热膨胀率远小于金属管的热膨胀率，运行中如果负荷有较大的波动，会使受热管道的温度产生剧烈变化，由于膨胀量不一样，氧化皮从壁面脱落下来。当脱落的氧化皮过多时，容易堵塞管道，导致爆管。所以在运行过程中应当尽量避免大的负荷波动。

（2）主、再热蒸汽温度在570℃～600℃区间内时，应控制汽温平稳变化，防止温度突变。在这一区间内温度突变，极易造成大量氧化皮脱落，危害运行安全，因此要注意汽温控制，尽量使其变化平稳缓慢。喷水减温器应避免喷水量大幅度变化和周期波动，喷水量变化大，会造成减温后汽温大幅变化，引起氧化皮脱落。

（3）启、停炉时，严格控制启停炉速度。启、停炉过程中，应当严格控制启停炉速度。按照停炉类型，设定降负荷速度。若升降负荷速度过快，炉内温度变化较剧烈，除了对炉本体设备会造成损坏外，还容易形成大量氧化皮脱落，堵塞管道。

机组故障紧急停机时，炉膛通风10分钟后立即停止送、引风机，并关闭送风机出口和引风机进、出口挡板，进行焖炉6小时以上，防止受热面温度快速降低。

控制高温过热器、再热器蒸汽温度和金属壁温降温速率不大于1.5℃/min，主、再热压力降低速率不大于0.3MPa/min。降压结束后，水冷壁可以上水冷却，通风冷却要控制低温段入口烟温降低速率不高于1.5℃/min。

4.3应对氧化皮堆积策略

（1）锅炉启动前水冲洗。对新投运和停运时间超过150小时的锅炉，启动前必须进行水清洗，利用旁路将氧化皮吹扫到凝汽器，以除去堆积在受热面上的杂质、盐分和铁锈，直至炉水品质达到允许锅炉点火启动的要求。在贮水箱排水Fe>500μg/l时，清洗水经疏水扩容器排地沟或循环水系统不回收；在贮水箱排水Fe

冷态清洗结束后，锅炉点火，进行热态冲洗，在水冷壁出口水温升高至180℃左右进行热态清洗，冷态启动在0.5～0.7MPa压力下发生汽水膨胀，热态清洗应该在汽水膨胀结束后进行。这一过程是清洗Fe过程，必须严格按照规程要求，尽可能在前期去除系统内的Fe。热态清洗时投入5%BMCR的热负荷。给水流量约为20%BMCR，此时水冷壁系统流量为50%BMCR。

（2）对过热器、再热器及其管道系统进行疏水。在机组启动阶段，在高、低压旁路开启前，对过热器、再热器及其管道系统进行疏水，排出管道内堆积物。如有条件进行简易的排汽，吹扫系统。

机组冲转之前，利用100%旁路系统对受热面管道进行大流量氧化皮吹扫，快速开启和关闭旁路（3次），通过瞬间压力和流量的变化进行吹扫，而且为了保证吹扫质量吹扫时间不少于10小时，吹扫期间密切关注凝汽器水质含铁情况的变化。

（3）必要时可以采取化学清洗，或再次进行吹管。

结语

本文通过对高温氧化层脱落、堆积成因及应对措施的研究，取得了较好效果，锅炉机组运行以来，其氧化皮厚度目前处于正常水平，无明显脱落，这充分说明了应对策略是可行有效的，为减少和避免氧化皮脱落堵塞爆管提供了很好的借鉴。

参考文献

[1]颜景超，汤水平，彭灿，等.反相高效液相色谱法快速测定婴儿配方乳粉中的维生素A酯类化合物[J].食品科学，2010，31（08）：154-157.

[2]刘波，郎昭滨，殷晓红，等.高效液相色谱法测定乳粉中维生素A，D[J].中国乳品工业，2009，23（02）：192-194.

[3]张戈，张虹，马丽英.乳粉维生素A、D、E的高效液相色谱测定[J].哈尔滨医科大学学报，2008，23（02）：478-479.

[4]丰培金.高效液相色谱在乳品安全分析中的应用[J].食品工业科技，2010，15（04）：265

-266.

[5]陈治明，洪亮.高效液相色谱法测定牛奶中的维生素C含量[J].现代食品科技，2011，

26（06）：784-785.

[6]甘露，黄明元.液相色谱法同时测定乳制品中的胆固醇和维生素A[J].科技信息，201

水的温度与体积的变化关系范文篇8

在探究“水的沸腾”实验中，同学们根据实验数据作出“温度――时间”图像，如图1所示.由图像可知实验测得水的沸点是℃，说明此时试验中大气压1标准大气压；水在沸腾过程中继续加热，水的温度，内能.

试卷提供的参考答案为98，小于，不变，增加.

水沸腾后继续加热，水的内能增加吗？若只考虑到水在不断吸收热量，却忽略了一个重要的因素，那就是水在不断蒸发，质量一直在减少.有人承认水的质量减少，却认为水吸收的热量远远大于被水蒸气带走的热量.有人则认为水蒸气也是水，内能应该包括水蒸气的内能，但却忽略了水蒸气一离开水面后就会遇冷放热发生液化.笔者认为很有必要对这个问题做深入探讨.

1关于内能的概念

在研究这个问题前，我们要搞清楚什么是内能？内能大小与哪些因素有关？以及改变内能的方式有哪些？

我们知道一切物体都具有内能，物体的内能变化是自然界中最普遍的现象之一.日常生活中烧水做饭、双手相互摩擦、用打气筒给自行车胎打气等都涉及到内能的变化.那么什么是内能呢？在中学阶段，内能是这样定义的：物体内部所有分子热运动的动能和分子间的相互作用势能的总和.由于物体内分子总数目的多少与质量有关，分子做无规则运动的快慢与温度有关，分子间作用力的大小与分子间的距离有关.所以从宏观上可以说，物体的内能与物体的质量、温度、体积等因素有关.改变物体内能的方式有两种，即做功和热传递.

2以烧杯中的水为研究对象，系统内能减少

如果我们选取烧杯中的水为研究对象，则烧杯中的水就是热力学系统.烧杯是开口的，在整个持续加热的过程中，系统不停地从外界吸取能量，同时又不停地把物质和能量传递给外界，所以系统是一个开放的系统.我们可以详细分析水加热到沸腾后再持续加热，这整个过程中系统的能量和物质的变化情况.

加热时，由于酒精灯火焰的温度高于烧杯底的温度，火焰中热的气体分子将热量传递给烧杯底，烧杯底再把热量传递给烧杯中的水.烧杯中下部的水先被加热，温度升高，密度减小，从而变轻上升，上面较冷的水，因密度较大而下沉，热量就这样从水的下部向上部传递.同时烧杯壁会把一部分热量传递到周围的空气中.

在这个过程中，水不断吸收热量，水分子的运动不断加快，水的温度不断升高，同时水的蒸发速率也不断增大.直到沸腾，蒸发速率达到最大.再继续加热，水将继续保持最大的速率蒸发.在这个过程中，烧杯中水的分子总数目在不断减少.不断地蒸发将导致热量不断地被水蒸气分子带走.但由于酒精在燃烧，不断给水补充热量，烧杯中的水温度不会降低也不会升高.也就是说，再继续加热，这时水从外界吸收的净热量(减去烧杯壁传递给空气的热量)全部被用来将水从液态转变成气态.即外界供给的净热量全部被水蒸气带走.

我们可以把水蒸气带走的这部分热量计算出来.在一段时间内会有一部分水变成水蒸气，假设变成水蒸气的这部分水的质量为，则被水蒸气带走的热量为：

Q=Δml(1)

式中l为水的汽化热.

在这个过程中，烧杯中剩余的水相当于既没有从外界吸收热量也没有向外界放出热量，但是水的分子数目减少了.所以，以烧杯中的水为研究对象，系统的内能是减少的.中学生因为掌握的物理知识不够丰富，还不能用这样的方法判断出系统内能减小.但是可以用极限的方法做出判断.持续地给水加热，水将不停地蒸发，蒸发的极限就是水全部被蒸发完，这时烧杯中的水一滴不剩，还谈何说烧杯中的水内能是增加的.

3以烧杯中的水和被蒸发的水为研究对象，系统内能也减少

有人偏执的认为水蒸气也是水，内能应该包括水蒸气的内能.下面笔者就来探讨这种情况下内能的变化.

水沸腾后继续加热，会有一部分的水被蒸发掉.如果选取烧杯中的水和被蒸发掉的水为研究对象，那么系统的内能会增加吗？假设用U1表示在水沸腾后继续加热的过程中，即将被蒸发掉的这一部分水的内能，U2表示这一部分水蒸发后形成的水蒸气的内能；V1表示即将被蒸发掉的这一部分水的体积，V2表示这一部分水蒸发后形成的水蒸气的体积.根据热力学第一定律，这一部分水变成水蒸气后，相应的内能的增加量ΔU应该等于这一部分水在蒸发的过程中吸收的热量Q减去这一部分水形成的水蒸气克服恒定的外部压强所做的功，即

ΔU=U2-U1=Q-p(V2-V1)(2)

为方便研究，假设水的沸点是100℃，大气压是一个大气压.如果在一个大气压下有100℃的水变成100℃的水蒸气，则V1和V2就是水和水蒸气的比体积(单位质量的体积)，在这种条件下，水的比体积为1.04346×10-3m3/kg，水蒸气的比体积为1.6730m3/kg(可以发现水在一个大气压下变成水蒸气体积要增大一千多倍).联合(1)式和(2)式可得到1kg100℃的水在一个大气压下变成1kg100℃的水蒸气内能的增加量大约为2.09×103kJ.如果是M千克的水在一个大气压下变成水蒸气，只需要用M乘上2.09×103kJ就可以计算出相对应的内能增加量.

难道说以烧杯中的水和被蒸发的水为研究对象，系统内能真的增加吗？实际上，要想使100℃的水在一个大气压下变成100℃的水蒸气而不液化，只有用如图2所示的装置(水被封闭在一个绝热材料做成的带有可移动活塞的容器中，调节热库的温度可以给水加热)才能做到.

水的温度与体积的变化关系范文篇9

关键词：土石坝分布式光纤温度渗流监测

Abstract

Thisinnovativeuseofdistributedfiberoptictemperaturesensingtechnologyforearthdamseepagemonitoringarecarriedoutsystematicresearch,themainresearchprograminclude:modelbuilding,theoreticalanalysis,modelvalidation.Themainresearchcontentsincludethefollowing:(1)Temperaturevariationofearthdamandseepagemodel.(2)fiberRaman(Raman)scatteringofspontaneousmonitoringseepagemodel.(3)Mandatorymonitoringoftheheatingfiberpercolationmodel.

Keywords:DamDistributedopticalfiberTemperatureTheseepagemonitoringVelocityofflow

中图分类号：TP212文献标识码：A

一、综述

地层中的温度分布规律是随着深度的增加而稳定升高。坝区或坝基中发现的低温异常一般与库水集中渗漏有关，据此可用温度来检测水库的渗漏。当渗漏的库水在坝体中流动时，流动的水体会将热量带入或带出坝体。这样，大坝稳定的温度场就会受到渗漏水的扰动。通过光纤的自发后向拉曼散射可定性地判断大坝的渗漏状况；通过对传感光纤强制加热，应用热传导和热对流理论，定量地监测坝体渗流状况：包括渗流流速、渗流量、渗流比降。

二、温度与渗漏模型的建立

（一）、模型基本假定

土石坝属于连续的离散介质，热传导率很低。对于粘土，土体热传导率基本保持不变。在没有严重渗漏的工况下，坝体温度场基本处于稳定。在发生渗漏的工况下，渗漏水会与坝体发生热量交换，坝体温度场会受到渗流的影响而发生变化。本文为了通过坝体温度研究坝体渗漏，作如下假定：

（1）土体为连续介质，渗流为连续渗流；

（2）土体的导热系数不随含水率的变化而变化；

（3）忽略坝体孔隙中气相，只考虑固液两相。

（二）、基于坝体温度场的渗漏模型

在坝体未发生渗漏或渗漏很小的工况下，坝体与外界没有发生热量交换，坝体温度场基本趋于稳定。当坝体中存在较大渗流时，渗漏水将热量带入或带出坝体，坝体的温度场将发生明显变化。温度的变化幅度、温度变化区域、变化延续时间取决于渗流流速、渗漏水流量和渗漏区域的面积等渗流指标。

三、分布式光纤渗流监测研究

（一）、传热模型建立

非渗流状态下，大坝坝体和地基处于非饱和状态。光纤和土体之间的传热方式为热传导；在渗流状态下，大坝坝体和地基处于饱和状态。光纤和土体之间的传热方式为热传导，光纤与渗水之间的传热方式为热对流。由于通常情况下，光纤，坝区和坝基的温度不会很高，故忽略热辐射。

对于热传导，把坝体材料简化为一个均一材料，采用导热系数换算法统一考虑光纤和土体的导热问题。对于热对流，利用流体横向掠过管束的对流换热准则进行分析。

（二）、拉曼自发散射渗流监测模型

1．模型建立

拉曼自发散射渗流模型是利用坝体温度的变化特征（变化幅值、变化速率、变化范围）来表征坝体的渗漏及渗流状况。依据坝体温度场的分布规律，将坝体简化为一个温度随深度呈线性分布的恒温结构。借助光纤拉曼自发散射原理，对坝体温度进行实时监控。在坝体不发生严重渗漏的工况下，监控得到的温度场是呈线性分布的温度温度场。在坝体发生严重渗漏的工况下，渗漏水必定会引起坝体温度场的局部明显的改变。在发生渗漏的坝体部位，其温度场分布不再呈线性分布，将呈现出奇异点或奇异区域。根据温度场的变化特征，反馈坝体的渗漏、渗流状况。

2．温度传感分析

分布式光纤温度传感器测温原理：向光纤发射一束脉冲光，脉冲光会向四周发射散射光。散射光一部分又会沿光纤返回入射端。散射光中的Raman散射光含有Stokes和Anti-Stokes光，这两种光强度之比和温度之间有以下关系：

（1）

式中：－－Anti-Stokes光强度，用A表示；－－Stokes光强度，用B表示

－－温度相关系数；－－普朗克系数,；－－真空中光速,；－－拉曼平移量,；－－玻尔兹曼常数,；－－绝对温度值,。

令的值为D,则：，单位为，带入常输得：

=

图1-1光纤拉曼散射光谱示意图

自发式光纤温度传感方式主要应用于实现温度的分布式测量。不需要外界辅助信号，通过光拉曼（Raman）散射特征（频率、振幅）来表征坝体温度场特性。

（三）、温度渗流耦合方程

坝体温度场变化，主要由流体与坝体土颗粒的热传导和流体与坝体土颗粒的热对流的影响。根据能量守恒定律，单位体积的坝土，在单位时间内，单位温度变化吸收（放出）的能量等于外界带入（带出）的热量。即：

式中：C为坝体土颗粒比热容，；为水比热容，；T为温度，℃；t为时间，s；为坝体土颗粒导热系数，（这里表示由导热系数换算法处理的导热系数）；为水的密度，；为达西渗流速度，。

当水流速度较大时，对流传热占热量交换的大部分。这是热传导可以忽略。上式变形为：

当渗流稳定后，导数很小或为零，所以：

在二维平面内，,为温度梯度，为热流传播速度。

则：（2）

的物理意义：温度场中某一点的温度传至温度场中另一点所需要的时间。在二维场中为一二维向量，即：。

（四）、强制加热光纤渗流监测模型

强制加热光纤渗流模型是利用加热前后光纤的温度变化特征（幅值、变化速率）来表征坝体特定部位的渗漏及渗流状况。强制加热光纤渗流监测模型基本依据是加热光纤与坝体土料、渗漏水模型之间的热传导和热对流原理。依据能量守恒定律，推导渗漏水的渗流流速。式中：—通电加热光纤的功率，—以热传导方式传输的热量，—以热对流方式传输的热量。加热光纤与坝体土料之间的传热主要为热传导，与渗漏水之间的传热主要为热对流。

1．热传导分析

对于复杂的大坝土体采用有效导热系数法。用宏观的方法加以归纳，将实际多孔介质传热问题折算为一般固体材料的导热问题。根据傅里叶定律：

式中：－－为光纤通过热传导向介质传输的热量；－－导热面积；－－折算后的坝体或坝基的导热系数；－－温度；－－导热距离。

利用差分格式对上式进行变换的得：(3)

式中：－－坐标点的温度；－－坐标+点的温度；－－光纤加热温度影响范围。

2、对流传热分析

对于光纤和渗漏水之间的热对流，利用流体横向掠过管束的对流换热准则进行分析。计算流体横向掠过管束的平均表面传热系数应采用如下准则关系计算：（4）

式中：和分别为垂直于流体流动方向和沿着流动方向上管束之间的距离；

为管排数目修正系数；c、n、m及p为准则关系式中的常数。为普朗特数，取值在0.7——120；为流体平均温度下普朗特数；为管束壁面温度下的普朗特常数；为外掠单管的雷诺特征数；为努塞尔数，一个反映对流传热强弱的无量纲数。

(5)

式中：为传热膜系数；为传热面的几何特征常数，即光纤外径d；为流体热传导率。将上述表达式写成：

（6）

式中的就是对流换热下的导热系数。上式就可以把对流换热转化为相当于传热过程仅以热传导方式进行时的传热方式进行分析。

利用式（4）、（6）就可以计算出渗漏水和光纤之间的对流换热系数，

整理得：（7）

式（7）征数的计算：

①为外掠单管的雷诺特征数：，其中，为渗流流速；为光纤外径；为渗水运动粘滞系数。

②为普朗特数：流体力学中表征流体流动中动量交换与热交换相对重要性的一个无量纲参数，反映流体物理性质对对流传热过程的影响。，式中为定压渗水比热容；为热导率。

式（7）经整理得：

（8）

对于式（8）中的,当光纤埋设好后为一常数，记为，这里定义为光纤管束特征系数：可由实验测算得出，得出各个温度条件的的值，记为，这里定义为普朗特相对系数。则整理式（8）得：

(9)

令上式中的,则有：

就是对流换热下的对流表面换热系数。

3．温度渗流流速耦合

对于渗漏，发生渗漏通道的坝体部位渗水流速较大，坝体颗粒被渗水水流带走。在没有发生管涌的坝体部位，通过坝体固体颗粒和正常渗水散失的热量的速率相对比较慢。而发生渗漏的坝体部位，水流流速较大，这是对流传热散失热量的速率较大，并且占热量散失的大部分。所以，根据能量守恒（10）

式中：为光纤通过热传导向坝体土体介质传输的热量，；为渗水水流横向掠过光纤管束对流换热的热量，。则

（11）

式中：为坝体颗粒与光纤的接触面积；为光纤与渗水水流的接触面积，这里假设水流流向与光纤排列方向垂直。即：

（12）

这里，假设坝体颗粒的空隙率为e，且水流充满坝体颗粒之间的空隙。则得：（13）

式（16）为渗流流速与各特定参数之间的关系算式。

当坝体出现严重渗漏，渗流流速较大时，加热光纤的热量大部分由流体和光纤之间的热对流散失，所以可忽略光纤与土体之间的热传导。得：

由上式可得出如下结论：

（1）渗流流速与加热前后光纤的温度差成反比，温度差越小，则渗流流速越大，温度差越大，则渗流流速越小。这与理论分析结果一致。当渗流流速越大，对流换热带走的热量越多，光纤在加热后散失的热量越多，光纤温度下降的越快。

（2）渗流流速与渗流面积成反比，渗流面积越大，流速越小，这与这与理论分析结果一致。当接触面积较大时，散失同样的热量，需要的对流换热较弱，所以流体的流速就小。

4．参数分析

对于

式中：坝体土体导热系数与干密度，含水率相关。在粘土模型中为定值，约1.0～1.2；=0.5～1.0m，为光纤温度影响距离；为坝体土体颗粒空隙率；为光纤加热的功率。

对于，式中准则系数见下表，

表1：绕流管束换热准则系数值表

其中：为定义为光纤管束特征系数，当光纤埋设好后为一常数。；为渗水导热系数，当水温在0～100℃变化时，取值范围为55～68)；定义为普朗特相对系数，，对与选定的传感光纤仅与与温度有关；为管排数目修正系数，通常取0.95～1.05；为定压渗水比热容，值为；为渗水运动粘滞系数，取值见表。

则：（1）当时，c=0.27、m=0.36、n=0.63、p=0，

=

（2）当时，c=0.021、m=0.36、n=0.84、p=0

式中的都只与温度有关，所以E是一个只与温度有关的量。

（五）、流速监测模型结论

通过对上述监测模型的分析，得出如下结论：

（1）拉曼自发散射渗流监测模型，提出了一种简便判别坝体渗漏及渗流状况的手段。依据渗流对坝体温度场的改变特性，通过坝体温度场特征反演出坝体的渗漏及渗流状况。

（2）强制加热光纤渗流监测模型，定量地探讨了坝体渗漏水流速与光纤加热前后温度差的关系；模型中的参数都是仅与温度有关的量，故可以充分发挥分布式光纤测温的优越性。

（六）、渗流分析与温度监测耦合模型

1．允许流速

（1）允许管涌流速：

（2）允许流土流速：

2．渗流分析与光纤渗流监测模型耦合分析

（1）拉曼自发散射渗流监测模型得：；

（2）强制加热光纤渗流监测模型得：。

①管涌监测

通过对坝体土颗粒的分析，由细粒含量和不均匀系数可判定土的渗透变形的类型。若光纤监测流速小于等于坝体允许管涌流速，即，则大坝土体不会发生管涌渗透变形破坏。若光纤监测流速大于坝体允许管涌流速，则大坝土体会发生管涌渗透变形破坏。

②流土监测

通过对坝体土颗粒的分析，由细粒含量和不均匀系数可判定土的渗透变形的类型。若光纤监测流速小于等于坝体允许流土流速，即，则大坝土体不会发生流土渗透变形破坏。若光纤监测流速大于坝体允许流土流速，则大坝土体会发生流土渗透变形破坏。

五、结论

本文系统地对分布式光纤监测渗流的理论进行了分析研究。根据坝体温度场，库水温度场的分布规律，探讨了渗流与坝体温度，加热光纤之间的关系；根据能量守恒、多孔介质热传导，热对流理论，推导出强制加热光纤监测渗流流速的关系式；并尝试根据达西定律，探讨了管涌和流土的监测模型。结果表明，利用光纤监测温度场来反演大坝的渗流是可行的。

拉曼自发散射监测模型通过光纤拉曼散射原理，可以分布式地、实时地、动态地监测坝体温度场的变化，从而简便地判断坝体的渗漏及渗流状况；强制加热光纤渗流监测模型依据前一监测的成果，对温度场奇异点或重点部位进行进一步的详细监测，得出渗流流速，统计流量，为下一步分析提供数据。

根据对坝体土料的分析，得出坝体特征部位渗透破坏形式，结合渗流流速、流量数据，对坝体的运行工况进行判别。

参考文献

陈建生,董海洲.堤坝渗漏探测示踪新理论与技术研究[M].科学出版社.2007.4.

肖衡林，鲍华，王翠英，蔡德所，基于分布式光纤传感技术的渗流监测理论研究[J]，岩土力学，29（10）:2794-2798，2008.10.

刘海波，杨华舒，陈刚，利用分布式光纤定位监测土石坝管涌[J]，科学技术与工程，2010（27）,2010.9.

徐国良,王晓墨,等.工程传热学[M].中国电力出版社.2005.8.

林瑞泰.多孔介质传热传质引论[M].北京：科学出版社.1995.10.

李瑞有，熊健，於三大，王志旺.土石坝渗流热监测技术研究[J].长江科学院院报.2005（12）.22(6)

水的温度与体积的变化关系范文篇10

关键词：大体积混凝土；裂缝原因；控制对策

Abstract:themassconcretestructureofcracksoccuriscausedbyavarietyoffactors.Thispaperanalyzesthemassconcretecrackreasons,andputsforwardsomemeasuresforcontrollingthecracks.

Keywords:massconcrete;Crackcauses;Controlcountermeasures

中图分类号：TU37文献标识码：A文章编号：

根据最新规范(GB50496-2009)中对大体积混凝土的定义为:混凝土结构实体最小尺寸不小于1m的大体量混凝土，或预计会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.

1产生裂缝的主要原因

1.1水泥水化热

水泥在水化过程中要释放出一定的热量，而大体积混凝土结构断面较厚，表面系数相对较小，所以水泥发生的热量聚集在结构内部不易散失。这样混凝土内部的水化热无法及时散发出去，以至于越积越高，使内外温差增大。单位时间混凝土释放的水泥水化热，与混凝土单位体积中水泥用量和水泥品种有关，并随混凝土的龄期而增长。由于混凝土结构表面可以自然散热，实际上内部的最高温度，多数发生在浇筑后的最初3～5天。

1.2外界气温变化

大体积混凝土在施工阶段，它的浇筑温度随着外界气温变化而变化。特别是气温骤降，会大大增加内外层混凝土温差，这对大体积混凝土是极为不利的。

温度应力是由于温差引起温度变形造成的；温差愈大，温度应力也愈大。同时，在高温条件下，大体积混凝土不易散热，混凝土内部的最高温度一般可达60～65℃，并且有较长的延续时间。因此，应采取温度控制措施，防止混凝土内外温差引起的温度应力。

1.3混凝土的收缩

混凝土中约20%的水分是水泥硬化所必须的，而约80%的水分要蒸发。多余水分的蒸发会引起混凝土体积的收缩。混凝土收缩的主要原因是内部水蒸发引起混凝土收缩。如果混凝土收缩后，再处于水饱和状态，还可以恢复膨胀并几乎达到原有的体积。干湿交替会引起混凝土体积的交替变化，这对混凝土是很不利的。

影响混凝土收缩，主要是水泥品种、混凝土配合比、外加剂和掺合料的品种以及施工工艺（特别是养护条件）等。

2控制裂缝产生的主要措施

2.1设计措施

（1）精心设计混凝土配合比。在保证混凝土具有良好工作性的情况下，应尽可能降低混凝土的单位用水量，采用“三低（低砂率、低坍落度、低水胶比）二掺（掺高效减水剂和高性能引气剂）一高（高粉煤灰掺量）”的设计准则，生产出“高强、高韧性、中弹、低热和高抗拉值”的抗裂混凝土。

（2）增配构造筋，提高抗裂性能。应采用小直径、小间距的配筋方式，全截面的配筋率应在0.3～0.5%之间。

（3）避免结构突变产生应力集中。在易产生应力集中的薄弱环节采取加强措施。

（4）在易裂的边缘部位设置暗梁，提高该部位的配筋率，提高混凝土的极限抗拉强度。

（5）在结构设计中应充分考虑施工时的气候特征，合理设置后浇缝，在正常施工条件下，后浇缝间距20～30m，保留时间一般不小于60天。如不能预测施工时的具体条件，也可临时根据具体情况作设计变更。

2.2原材料控制措施

（1）尽量选用低热或中热水泥(如矿渣水泥、粉煤灰水泥)，或利用混凝土的后期强度(90d～180d)以降低水泥用量，减少水化热(因为每加减10kg水泥，温度会相应增减1℃，水化热与水泥用量成正比)。在条件许可的情况下，应优先选用收缩性小的或具有微膨胀性的水泥。因为这种水泥在水化膨胀期（1～5d）可产生一定的预压应力，而在水化后期预压应力可部分抵消温度徐变应力，减少混凝土内的拉应力，提高混凝土的抗裂能力。

（2）选择级配良好的骨料。骨料在大体积混凝土中所占比例一般为混凝土绝对体积的80%～83%，因此在选择骨料时，应选择线膨胀系数小、岩石弹模较低、表面清洁无弱包裹层、级配良好的骨料。一般来说，可以选用粒径4mm～40mm的粗骨料，尽量采用中砂，严格控制砂、石子的含泥量(石子在1%以内，砂在2%以内)。控制水灰比在0.6以下。还可以在混凝土中掺缓凝剂，减缓浇筑速度，以利于散热。另外还可以考虑在大体积混凝土中掺加坚实无裂缝、冲洗干净、规格为150mm～300mm的大块石。掺加大块石不仅减少了混凝土总用量，降低了水化热，而且石块本身也吸收了热量，使水化热能进一步降低，对控制裂缝有一定好处。

（3）适当搀加粉煤灰。混凝土中掺用粉煤灰后，可提高混凝土的抗渗性、耐久性，减少收缩，降低胶凝材料体系的水化热，提高混凝土的抗拉强度，抑制碱骨料反应，减少新拌混凝土的泌水等。

（4）适当选用高效减水剂和引气剂，这对减少大体积混凝土单位用水量和胶凝材料用量，改善新拌混凝土的工作度，提高硬化混凝土的力学、热学、变形、耐久性等性能起着极为重要的作用。

2.3施工方法控制措施

大体积混凝土施工时内部应适当预留一些孔道，在内部通循环冷水或冷气冷却，降温速度不应超过0.5℃～1.0℃/h。对大型设备基础可采用分块分层浇筑，以利于水化热散发和减少约束作用。当混凝土浇筑在岩石地基或厚大的混凝土垫层上时，在岩石地基或混凝土垫层上铺设防滑隔离层(浇二度沥青胶撒铺5mm厚砂子或铺二毡三油)，底板高低起伏和截面突变处，做成渐变化形式，以消除或减少约束作用。此外，还应加强混凝土的浇灌振捣，提高密实度。尽可能晚拆模，拆模后混凝土表面温度不应下降15℃以上。尽量采用两次振捣技术，改善混凝土强度，提高抗裂性。还可根据具体工程特点，采用UEA补偿收缩混凝土技术。

2.4温度控制措施

混凝土温度和温度变化对混凝土裂缝是极其敏感的。当混凝土从零应力温度降低到混凝土开裂温度时，混凝土拉应力超过了此时的混凝土极限拉应力。因此，通过应降低混凝土内水化热温度和混凝土初始温度，减少和避免裂缝风险。

人工控制混凝土温度的措施对早期因热原因引起的裂缝作用不明显。比如表面保温材料保护可以减少内外温差，但不可避免地招致混凝土体内温度很高，从受约束而导致贯穿裂缝的角度看，是一个潜在恶化裂缝的条件。因为体内热量迟早是要散发掉的。另外人工控制混凝土温度还需注意的问题是防止过速冷却和超冷，过速冷却不仅会使混凝土温度梯度过大，而且早期的过速超冷会影响水泥――胶体体系的水化程度和早期强度，更易产生早期热裂缝。超冷会使混凝土温差过大，引起温差裂缝浇筑时间尽量安排在夜间，最大限度降低混凝土的初凝温度。白天施工时要求在沙、石堆场搭设简易遮阳装置，或用湿麻袋覆盖，必要时向骨料喷冷水。混凝土泵送时，可在水平及垂直泵管上加盖草袋并喷冷水。

大体积混凝土的开裂是目前学者和工程界关注的一个重要问题，通过以上分析可知，大体积混凝土的材料型裂缝主要是由温度应力和混凝土的收缩引起的。精心选择原材料，并在施工中采用合理的对策，坚持严谨的施工组织管理,一定能将大体积混凝土的各种裂缝减到最少，达到比较满意的混凝土外观质量。

参考文献：

[1]冯乃谦.混凝土结构的裂缝与对策【M】.机械工业出版社，2006

水的温度与体积的变化关系范文篇11

1．1影响局部降水量

水利工程建设对气候的首要影响就是降水量，具体体现在:(1)降水量有所增加，主要是因为水库工程建设蓄积大面积的水，在光辐射下增加蒸发量，引起降雨;(2)降水区域发生变化，水库的低温效应会影响降雨区域的变化，比如库区及其邻近区的降水量可能减少，而相距一定距离的区则会增加;地势高且迎风面降水增加，背风面减少;(3)降水时间发生变化，夏季因水面稳定低于气温，气层稳定，对流变弱而减少降水;冬天则相反，降水增加。

1．2影响局部气温

水利工程竣工后，因水库区与空间的接触性质发生变化，由陆地变为水面，使得与空气间的能量交换方式和强度发生改变，进而引起气温变化，水利工程所在地的局部气温会略微升高，主要表现为冬季温度升高，而夏季温度降低，夏季水利工程区域降温明显。同时，会降低局部的日温差和年温差。

2影响水利工程相关的水文系统

水利工程，特别是大型水利枢纽工程的建设直接改变了相关流域的水文状况，对整个流域差生影响。大多数水库建设于水质较好、水流急、水量较大的流域上游，水闸则建设在渠道、河道，利用闸门来控制水流量及调节水位，关闭闸门可防洪、挡潮、蓄水将上游水位抬升满足上游通航、取水等需要。开启闸门则可泄洪、排涝、灌溉等，或根据下游用水要求调控水流量。但是，上游水利工程如过度拦截非汛期水流，则会大大减少下游的水流量，降低水位，甚至出现断流，而入海河流会因河水流量变少而淤积泥沙，导致海水倒灌严重影响农业生产。水文系统变化主要有:流量稳定性和频率变化;季节性峰流丧失，流速变缓，急流消失;水位落差变化较缓;水量蒸发和下渗出现变化等。

3影响相关流域的水质

3．1积极影响

水利工程的建设对流域的水质有一定的积极影响，主要体现在:一是库区河道的水流速度变缓，使得浮游生物活动频繁，其产生的CO2和水中的镁离子、钙离子、钾离子等形成碳酸化合物，沉淀水底，降低水质硬度;二是河水停留时间较长，可使水中杂物沉降，提高水体清晰度。

3．2消极影响

因库区内水流速度变小，降低了水体与空气交换速率，使得污染物不易扩撒迁移，最终造成复氧能力降低，水体的自净能力减弱;水流速度变小使得水体透明度提高，有助于藻类的光合作用，如河水长时间储存，则会导致藻类大量生长而导致水体营养化;腐烂的植被、有机物会消耗水中大量的氧气，而释放出沼气和CO2，造成温室效应;水体含有大量的重金属和有毒物质会造成大量沉积，不能及时得到降解，造成水体次生污染而降低水质。

4影响工程所在地的土壤及地质

4．1影响土壤

水利工程建设还会对库区的土壤造成严重的影响，主要表现为:(1)盐碱化，这是库区蓄水后常见的土壤问题。水库的建设，会把下游区域的地水位提升，而地下水的矿化程度较高，抬升到地面后经过蒸发、日照作用，盐碱类物质留存于地表，导致盐碱化，降低了土壤的肥力;(2)沼泽化，因水位抬升使得植物根系过于湿润而衰败，当潜水层提升到耕作层，会导致土壤湿度加大而造成包气带破坏，造成土壤沼泽化;(3)浸没，水位抬高，土壤被浸没，使得土壤的通气环境变差，造成土壤中微生物活动变弱，肥力降低，影响农作物生长。

4．2影响地质

水利工程修建在一定程度上改变了地质，会引起地质灾害的发生，主要有:(1)地震，因巨大体积的蓄水加大了水压，在此状况下岩层出现断裂，是岩层和地壳原有的地应力平衡被打破，加大了地震发生的可能性;(2)滑坡，水库蓄水后使得山坡山地的强度降低，易引发坍塌、山体滑坡等灾害。另外，一些大型水利水利工程需要大量泥土来填充，被挖掘区因受外力影响易发生坍塌和滑坡;(3)渗漏，主要是因为对库区周围水文环境的改变，如水库出现污染则会对周边区域及地下水造成污染。

5水利工程建设对生态环境的保护对策

要实现水利工程建设和生态环境的和谐统一发展，应积极做好这几点:(1)强化生态环境保护，提升环境的承载力。在水利工程设计中应充分遵循因地制宜的原则，将环境承载力为基础，选择最佳区域进行建设;(2)在实际建设中，应重视生态环境的保护。在建设的不同阶段，应采取相应的措施保护生态环境。比如:施工前应明确各方环境保护的责任和义务，并制定严格的限污标准;施工中，应强化生态环境的监测，对工程所在地的水体、水质、土壤、植被等进行密切监测;在竣工后，应及时恢复被破坏的植被，保护耕地;(3)强化生态环境保护的监管，在建设中应严格按照我国的环境保护相关的法律、制度进行监管，对出现严重破坏生态环境的行为进行严惩。

6结语

水的温度与体积的变化关系范文1篇12

关键字：大体积混凝土、温控

一、概述

大体积混凝土的温控施工，混凝土浇筑过程中应进行混凝土浇筑温度的监测，在养护过程中还应进行混凝土浇筑块体升降温、里外温差、降温速度及环境温度等监测，其监测的规模可根据所施工工程的重要程度和施工经验确定，测温的办法可以采用先进的测温方法。这些监测工作会给施工组织者及时提供信息反映大体积混凝土浇筑块体内温度变化的实际情况及所采取的施工技术措施效果，为施工组织者在施工过程中及时准确采取温控对策提供科学依据。根据大量高层建筑地下室基础、高炉、桥基与水坝特殊构筑物等大体积混凝土施工经验证明：在进行了温度应力分析的基础上，在大体积混凝土施工过程中，加强现场监测是温控、防裂的重要技术措施，也都取得了良好的效果，实现了信息化施工。

1.1测温基本概念

(1)混凝土的浇筑入模温度：系指混凝土振捣完成后，位于本浇筑层混凝土上表面以下50mm～100mm深处的温度。混凝土浇筑入模温度的测试每工作班(8h)应不少于1次。

(2)混凝土中部温度：指混凝土结构小尺寸断面中部距侧面大于2m以上处温度。

(3)混凝土浇筑块体的外表面温度(通常称为混凝土表面温度)：系指混凝土外表面以内50mm处的温度为准。

(4)混凝土浇筑块体的底表面温度(通常称为混凝土底部温度)：系指混凝土浇筑块体底表面以上50mm处的温度为准。

(5)混凝土环境温度：规定为结构外背阴通风处温度值。

1.2浇筑中对大体积混凝土进行温度监测的目的

一、掌握混凝土内部温升时间及其内部温度变化情况，以便预测大体积混凝土内部最高温升值及最大温升到来的时间，与理论最大温升值进行比较，及时采取预报和预防技术措施、防止温升过高、温差过大等不利情况发生；

二、掌握大体积混凝土内部的降温情况及其降温期间(也即混凝土抗拉强度形成期间)的降温速度，以控制温度应力的变化。

从控制混凝土裂缝角度出发，第二项温降期间的温度监测比第一项温升期的温度监测更为重要，因为第一项温控不好时出现的是非贯通的表面裂缝，而第二项温控不好时出现的是全面性的贯通裂缝。表面裂缝可用化学灌浆法或水泥灌浆法处理，而贯通裂缝处理的难度则是表面裂缝的十几倍或几十倍，且对混凝土耐久性结构安全性能影响极大，故大体积混凝土全面温控非常重要性，且降温过程控制重于温升过程控制。施工中的测温与控温过程是必须的，而且要全方位监测。

2大体积混凝土施工及温控研究

2.1大体积混凝土块体温度监测点布置

本文具体可按下列方式布置温度传感器：

(1)温度监测点的布置范围以所选混凝土浇筑块体平面图对称轴线的半条轴线为测温区，在测温区内温度测点呈平面布置；

(2)温度监测位置与数量根据块体内温度场的分布情况及温控的要求确定；

(3)在基础平面半条对称轴线上，温度监测点的点位应不少于2处；

(4)沿混凝土浇筑块体厚度方向，每一点位的测点数量，宜不少于3～5点；

(5)保温养护效果及环境温度监测点数量应根据具体需要确定；

(6)混凝土浇筑块体的外表温度，应以混凝土外表以内50mm处的温度为准。混凝土浇筑块体的底表面温度，应以混凝土浇筑块体底表面以上50mm处的温度为准。

2.1.2大体积混凝土施工中的温度测试与控制

2.1.3浇筑后的裂缝控制计算内容为：

(a)混凝土绝热温升值计算；(b)混凝土实际最高温升估算；(c)混凝土水化热平均温度；(d)混凝土结构截面上任意深度处的温度；(e)各龄期混凝土收缩变形值εy(t)、当量温差Ty(t)及弹性模量E(t)；(f)各龄期综合温差及总温差；(g)各龄期混凝土松驰系数；(h)最大温度应力值。注意，计算中应控制混凝土中累积的总拉应力不能超过同龄期的混凝土抗拉强度，如超过同龄期的混凝土抗拉强度，则应采取措施加强养护，减缓其降温的速度，提高该龄期的混凝土抗拉强度，达到控制裂缝的目的。

2.2大体积混凝土施工中测温制度

(1)浇筑完毕的混凝土一般在10h后开始测试，以后每隔4h一次测试，在测试过程中随时进行较验。测温一直持续到该混凝土温度开始下降稳定时刻为止，约14d左右。在浇筑期间及浇筑后7d，宜不大于2h测读一次，7d之后宜4h测读一次，14d之后宜8h测读一次，在以后的测试中，不应少于24h一次。另外如果白天的气温比较高应适当增加测读的次数，高频率的测试对于记录混凝土温控的全过程是有益的。

(2)本工程规定从混凝土浇筑后的10h起，开始混凝土的温度监控工作，测试周期2个，一个周期7d，共计测试时间14d，亦可根据工程实际降温情况调整。

(3)在混凝土的浇筑过程中每8h测试一次混凝土的入模温度，做好记录工作。

2.3大体积混凝土施工中测试结果分析与控制方法

(1)温度控制处理系统

根据经验混凝土内外温差不超过25℃一般不会出现裂缝，依据温度测试结果分析大体积混凝土内部的温度及其变化情况，确定是否须要加强对外表面进行保温，以达到内外温度差不超过25℃的控制条件。

(2)控制指标

一般情况下，温控指标不大于下列数值：

①混凝土浇筑块体的内表温差（不含混凝土收缩的当量温度）为25℃；

②混凝土浇筑块体的降温速率为1.5℃/d；

③所计算出的温度应力σ应满足：

式中：ftk――混凝土抗压强度标准值；

K――防裂安全系数，取为1.15。

3、控制温度与收缩裂缝的技术措施

为了有效的控制有害裂缝的出现和发展，必须从控制混凝土的水化升温、延缓降温速率、减小混凝土收缩、提高混凝土的极限拉伸强度、改善约束条件和设计构造等方面全面考虑，结合实际工程采取措施。

3.1降低水泥水化热

(1)选用低水化热或中水化热水泥配制混凝土。

(2)充分利用混凝土后期强度或60d强度，减少每立方米混凝土中的水泥用量。

(3)使用粗骨料，尽量选用粒径较大、级配良好的粗骨料；掺加粉煤灰掺合料掺加相应的减水剂、缓凝剂，改善混凝土和易性以达到减少水泥用量、降低水化热的目的。

(4)预埋冷却水管强制降温。

3.2降低混凝土的入模温度

(1)选择较适宜的气温浇筑大体积混凝土，尽量避开炎热时间浇筑大体积混凝土，骨料应采取防晒与降温措施。

(2)掺加相应的缓凝剂。

(3)混凝土入模时，采取通风散热措施，加快热量的散失。

3.3加强施工中的温度控制

(1)在混凝土浇筑之后，做好混凝土的保温保湿养护，缓缓降温，充分发挥徐变特性，降低温度应力；夏季应避免暴晒，注意保湿，冬季应采取措施保温覆盖，以免产生急剧的温度梯度；

(2)采取长时间的养护，延缓降温时间和速度，充分发挥混凝土的“应力松弛效应”。

(3)加强测温和温度监测与管理，实行信息化控制，随时控制混凝土内的温度变化，内外温差控制在25℃以内；及时调整保温及养护措施，并应在施工前作好保温材料的准备，在施工中随时按照预定的方案监测温度，作好控温措施准备工作，使混凝土的温度梯度及湿度梯度不至于过大。

(4)合理安排施工程序，控制混凝土在浇筑过程中温度均匀上升，避免混凝土拌和物堆积过大，出现太大高差。。

3.4改善约束条件，减少温度应力

采取分层或分块浇筑大体积混凝土、合理设置水平或垂直施工缝，或在适当的位置设置施工后浇带，以改善约束程度，减少每次浇筑长度的蓄热量，以防止水化热的积聚，减少温度应力。

3.5提高混凝土的极限拉伸强度

(1)选择良好级配的粗骨料，严格控制其含泥量，加强混凝土的振捣，提高混凝土的密实性和抗拉强度，减少收缩变形，保证混凝土质量。

(2)采用二次或多次投料法拌制混凝土，并尽可能采用引气剂，再采用切实可行的振捣方法，既不过振，也不漏振，上下层混凝土的振捣搭接长度控制在振捣器的振幅作用半径距离内，消除大体积混凝土的泌水现象，加强养护。

(3)在大体积混凝土的基础内设置必要的温度配筋，在截面突变和转折处、底面与墙转角处、孔洞转角及周边增加斜向构造配筋，以改善集中应力，防止裂缝的出现。