混凝土蒸汽加热法计算

混凝土蒸汽加热法计算15.5.1蒸汽养护参数计算蒸汽养护一般分预养、升温、恒温及降温四个阶段。预养是为使构件具有一定的初始强度，以防升温时产生裂缝。升温的速度与预养时间、混凝土的干硬度及模板情况有关，见表15-1。此外还与构件的表面系数有关，表面系数≥6m-1时，升温速度不得超过15℃/h；表面系数﹤6m-1时，升温速度不得超过10℃/h。蒸养时升温速度也可随混凝土初始强度的提高而增加，因此也可以采用变速（渐快）升温和分段（递增）升温。表15-1升温速度极限值参考表（℃/h）预养时间/h干硬度/S刚性模型密封养护带模养护脱模养护﹥4﹥30﹤30不限不限302520-﹤4﹥30﹤30不限不限201515-恒温温度及恒温时间的确定，主要取决于水泥品种、水灰比及对脱模的强度要求，参见表15-2。1.升温时间计算升温时间可由下式计算：1101VttT（15-15）式中T1——升温时间（h）；t0——恒温温度（℃）；t1——车间温度（℃）；V1——升温速度（℃/h）。表15-2恒温时间参考表恒温温度95℃80℃60℃水灰比0.40.50.60.40.50.60.40.50.6硅酸盐水泥达设计强度70%达设计强度50%——————4.51.572.510.54941461810矿渣硅酸盐水泥达设计强度70%达设计强度50%52.573.5105831051481361792012火山灰硅酸盐水泥达设计强度70%达设计强度50%4263.5846.53.595116.5116.5138.51610.5注：1.当采用普通硅酸盐水泥时，养护温度不宜超过80℃。2.当采用矿渣硅酸盐水泥时，养护温度可提高到85℃～95℃。2.降温时间计算降温时间可由下式计算：2202VttT（15-16）式中T2——升温时间（h）；t0——恒温温度（℃）；t2——出坑允许最高温度（℃）；V2——坑内降温速度（℃/h），表面系数≥6m-1，取V2≤10℃/h；表面系数≤6m-1，取V2≥5℃/h。3.出坑允许最高温度计算出坑允许最高温度t1（℃），一般可按下式计算：ttt12（15-17）式中t2——车间内温度（℃）；t——构件与车间的允许最大温度（℃）。对采用密封养护的构件，取t＝40℃；对一般带模养护构件，取t＝30℃；对脱模养护构件，取t＝20℃；对厚大构件或薄壁构件，t取值壁以上值再低5～10℃。4．养护制度的确定蒸汽养护制度一般用简式表达，成为蒸汽养护制度表达式。如预养3h，恒温5h（恒温温度95℃），降温2h，则蒸汽养护制度表达式为：3+3+5（95℃）+2【例15-9】混凝土构件采用硅酸盐水泥配置，水灰比为0.5，干硬度40S，经预养h后带模进行蒸养，出坑强度要求达到设计强度的70％，已知坑内的降温速度为15℃/h，车间温度20℃，试拟定蒸汽制度的试验方案。【解】（1）确定升温速度：查表15-1升温速度V1为20℃/h；（2）确定恒温温度及恒温时间：查表15-2，取恒温温度T0=80℃,恒温时间为7h；（3）确定升温时间（T1）：按式（15-15）得：hhVttT32020801101（4）确定降温时间（T2）：构件与车间的允许最大温度差Δt取30℃，则出坑允许最高温度CCCttt50302012，由式（15-16）得：hhVttT21550802202于是可得到一个蒸养制度方案，即：hC280733为在试验中进行比较，再拟定两个方案。一般是在原方案的基础上只改变恒温时间，如果恒温温度为80℃，应增减恒温时间2h，如恒温温度为95℃，则增减恒温时间1h。本例所拟定的另外两个蒸养制度方案是：hC280533hC280933按上述三个方案进行比较试验，选取最佳方案，如果三个方案均还不理想，则可对恒温温度在5℃范围内调整，此时用补插法查表15-2。如果调整后还不理想，则应在调整混凝土的配合比后重新试验。15.5.2蒸汽热模法计算蒸汽热模法系使用特制空腔式钢模板，将蒸汽通入模板的空腔中，将模板加热后，再由模板将热量传给混凝土，以达到加热混凝土的目的。空腔式模板系用L50×5角钢作骨架，在紧贴混凝土的一面满焊3mm厚钢模板，另一面满焊1.5mm厚钢板,在中间的角钢肋上钻Φ10mm孔连通,使在模板内部形成一个不透气的空腔,送汽时汽和回水均通过这个空腔.在模板外面嵌以厚度为50mm的聚苯乙烯板作为保温层，并用薄铁皮围护，使用时将模板组合成型。采用蒸汽热模法时，每立方米混凝土的耗气量约为300～400kg。蒸汽热模法计算包括：蒸汽耗用量计算和煤耗用量计算等。1、蒸汽耗用量计算（1）加热混凝土所需热量01TTcVQh（15-18）式中Q1——加热混凝土所需热量（KJ）；——混凝土表观密度，取2400kg/m3；c——混凝土比热容，取1.0kJ/kg·K；V——混凝土体积（m3）；Th——混凝土恒温温度（℃）；T0——混凝土浇筑完毕时的温度（℃）。（2）加热模板和保温层所需热量））T(T(22112hhTcGTcGQ（15-19）式中Q2——加热模板和保温层所需热量（kJ）；G1、G2——分别为模板、保温层的重量（kg）;c1、c2——模板、保温层的比热容（kJ/kg•K）;Ta——环境温度；其它符号意义相同。（3）在周围环境中散失的热量6.3TAKT6.3TAKT213）（）（hpTTQ(15-20)式中Q3——在周围环境中散失的热量（KJ）；A——散热面积（m2）;K——维护层的传热系数（W/m2•K）按上篇式（15-20）计算；ω——透风系数按上篇表15-14取用；Tp——混凝土平均温度（℃）；T1——升温阶段所经历的时间（h）；T2——恒温阶段所经历的时间（h）。（4）蒸汽充满自由空间的耗热量Q4＝1256Vs（15-21）式中Q4——蒸汽充满自由空间的耗热量（KJ）；1256——每立方米蒸汽的热容量（KJ/m3）;Vs——自由空间体积（m3）.（5）蒸汽用量2500QQQQG4321）（z（15-22）式中GZ——蒸汽用量（kg）;β——损失系数，取1.3～1.5；2500——蒸汽含热量（kJ/kg）。2.煤耗用量计算煤耗用量根据蒸汽用量按下式计算：R214321mQQQQG）（（15-23）式中Gm——耗热量（kg）;η1——管道效率系数，取0.8；η2——锅炉效率系数，取0.6；R——煤发热量，取2500kJ/kg；其他符号意义同前。【例15-10】商住楼混凝土柱，截面尺寸为0.6m×0.8m，高5.5m，采用空腔钢模板通蒸汽加热，钢模板重800kg，聚苯乙烯板重23kg，环境气温Ta=-10℃,混凝土浇注完毕时的温度T0＝15℃，升温时间T1＝8h，达到Th=75℃，保持恒温T2＝20h,试求蒸汽需求量和耗热量。【解】加热混凝土所需热量由式（15-18）得：））T(T(22111hhTcGTcGQ15755.58.06.012400kJ380160kJ加热模板和保温层所需热量由式（15-19）得：））T(T(22112hhTcGTcGQ107547.123107548.0800kJkJ35514kJKmWKmWK2223.2114.017.005.004.01CCTTThp452157520224.155.528.06.0mmA在环境中散失的热量由式（15-20）得：6.326.313ahapTTAKTTTAKTQkJkJ6.310753.12023.24.156.310453.1823.24.15kJ343942蒸汽充满自由空间的耗热量由式（15-21）得：kJkJVQs96777.0125612564蒸汽需要量由式（15-22）得：25004321QQQQGzkg25005.196734394235514380160kg456耗煤量由式（15-23）得：RQQQQGm214321kg25006.08.05.196734394235514380160kg95故知需耗蒸汽456kg、耗煤95kg。15.5.3蒸汽套法计算蒸汽套法是在混凝土模板外再设一层紧密不透气得外套，其间通入蒸汽来加热混凝土，下部蒸汽套在浇筑混凝土前装设，上部蒸汽套随浇随设。在下部蒸汽套内设通气主管，主管上每隔2.5～3.0m设一根直径19mm喷汽段管，或在汽管上每隔1.5m开一直径3～6mm的喷汽孔。管道保持一定坡度，以便冷凝水的排出。蒸汽通过在混凝土板上留设的50mm×50mm（间距1.5m）或100mm×100mm（10～15m2设一个）送汽孔进入上层汽套，加热温度一般能保持在30～40℃，耗汽量一般为600～1200kg/m3。加热整体浇筑的结构时，其温度升降速度不得超过表15-8中的数据。本法适用于平面结构，如梁、楼板的加热。蒸汽套法计算包括：加热时间计算和所需热量计算两部分。1.加热时间计算（1）混凝土的升温时间t1vTTt01（15-24）式中T——混凝土的恒温温度（℃）：T0——混凝土的初温（℃）；V——混凝土升温速度（℃/h）。（2）混凝土的恒温加热时间t221102mmttt（15-25）式中t0——混凝土在+20℃养护条件下达到要求强度的时间，可由表15-3查得；m1、m2——分别为温度在20TT和T的当量系数，可由上篇表15-8查出；其他符号意义同前。蒸汽养护的混凝土强度增加百分率见表15-4。表15-3自然养护不同温度与龄期的混凝土强度增长百分率（％）水泥品种和等级硬化龄期/d混凝土硬化时的平均温度/℃1510152025303532.5级普通水泥2357101528—142432425268—20304050637819253646587186253244546680943037506274881003543576878——4048637382——4552667686——32.5级矿渣水泥、火山灰质水泥2357101528——1218253248——1724344664—11223244578315172838526792182234455874100242639506380—303244556786—353852637592—表15-4蒸汽养护的混凝土强度增长百分率（%）养护时间/h普通水泥矿渣水泥火山灰水泥混凝土硬化时的平均温度/℃4050607080405060708090405060708090812162024——2428352027323944253240455029404751583445505662———323540—2632435063203040536275273948607083304654667790——30405372—2238526782162845607590223550678396274056708810028323640444839505561684252606671465864707550606873805465707582576672808536506071839440556575879743606880901004863708393—5166758696—53708090100—3043607590—3547638093—3950678296—42537085100—44557387——46587690——52566064687260687482876370778388667380848968768185906977828690707983879057718291——59758493——61778791——63808999——668190100——678291———50607890——51