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水化热调控材料的研究进展

硅酸盐学报 2021年第5期49卷 980-987页

作者：刘晓白夏冰何锐宋晓飞罗奇峰王子明崔素萍北京工业大学材料与制造学部新型功能材料教育部重点实验室北京100124 长安大学交通铺面材料教育部工程研究中心西安710061

大体积混凝土具有体型厚实、原材料用量大、结构复杂和水化放热多等特点,在应用过程中易出现热裂缝,降低构件的使用性能、安全承载能力、耐久性和服役寿命。水化热调控材料能够降低混凝土内部温度梯度,减少温度应力,从而降低混凝土产生... 详细信息

大体积混凝土具有体型厚实、原材料用量大、结构复杂和水化放热多等特点,在应用过程中易出现热裂缝,降低构件的使用性能、安全承载能力、耐久性和服役寿命。水化热调控材料能够降低混凝土内部温度梯度,减少温度应力,从而降低混凝土产生热裂缝的风险。总结了水化热调控材料的种类及其对水化放热的影响,归纳了水化热调控材料的作用机理,探讨了其使用效果和发展方向,为高能效、低成本水化热调控材料的研究开发提供设计依据。

关键词：大体积混凝土水化热热裂缝水化热调控耐久性

隧道高强衬砌混凝土制备与水化热调控技术研究

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隧道高强衬砌混凝土制备与水化热调控技术研究

作者：张城芋沈阳工业大学

学位级别：硕士

隧道高强衬砌混凝土的制备和浇筑施工是隧道工程的重点施工环节,特别是大体积高强衬砌混凝土浇筑施工时,其衬砌混凝土内部产生水化热,当衬砌混凝土结构内部与外部形成温度差时,导致衬砌混凝土产生温度裂缝,威胁隧道工程的安全。因此,本... 详细信息

隧道高强衬砌混凝土的制备和浇筑施工是隧道工程的重点施工环节,特别是大体积高强衬砌混凝土浇筑施工时,其衬砌混凝土内部产生水化热,当衬砌混凝土结构内部与外部形成温度差时,导致衬砌混凝土产生温度裂缝,威胁隧道工程的安全。因此,本文以辽宁省某隧道工程(隧道设计要求隧道衬砌混凝土厚度为3m、强度等级为C80)为依托,利用农业废弃物稻壳灰经过燃烧、粉磨后的活性以及粉煤灰、硅灰等矿物掺合料,选取最优配合比制备了C80隧道高强衬砌混凝土,既实现了农业废弃物的综合利用,也达到了降低成本的目的。采用试验与有限元方法研究了不同尺寸高强混凝土水化温升的变化规律,并对隧道高强衬砌混凝土浇筑后产生的水化热进行了数值模拟,提出了隧道高强衬砌混凝土温度调控措施和建议。主要研究内容如下:(1)利用矿物掺合料稻壳灰制备了C80高强混凝土,进行了混凝土坍落度、扩展度、立方体抗压强度、劈裂抗拉强度等试验,得到了高强混凝土的力学性能及工作性能,通过极方差方法分析了稻壳灰、粉煤灰、硅灰三种矿物掺合料的掺量变化对高强混凝土性能的影响,确定了隧道高强衬砌混凝土的最优配合比。(2)对不同尺寸高强度混凝土的水化热进行了试验研究,得到了尺寸变化对高强度混凝土水化热的影响规律,利用Midas有限元软件,对比分析了试验与数值模拟中混凝土水化温升变化情况,验证了数值模拟的准确性与可行性,并对大体积混凝土进行了水化温升的预测。(3)针对辽宁省某隧道工程浇筑施工所产生的混凝土水化热问题进行了数值模拟,得到了隧道高强衬砌混凝土的水化温升变化规律,采用极方差方法分析了冷水管流量、入流温度、直径对隧道高强衬砌混凝土水化热的影响,结果表明,冷却水管三因素对隧道高强衬砌混凝土水化热的影响程度大小关系为:入流温度>直径>冷水管流量。并根据实际工程情况,给出了最优温度调控措施的建议,为解决隧道高强衬砌混凝土水化热问题提供了技术参考。

关键词：高强度混凝土稻壳灰水化热冷却水管温控措施

基于波纹钢腹板桥梁研究零号块水化热的温度效应

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基于波纹钢腹板桥梁研究零号块水化热的温度效应

作者：印杰昆明理工大学

学位级别：硕士

随着我国的波纹钢腹板组合桥梁的快速发展,其中预应力混凝土波纹钢腹板连续刚构此类新型桥梁结构形式在国内得到了广泛的应用,该类结构充分利用了钢材的抗剪特性以及混凝土的抗压特性。但是,该类桥梁零号块的结构尺寸大、空间结构复杂... 详细信息

随着我国的波纹钢腹板组合桥梁的快速发展,其中预应力混凝土波纹钢腹板连续刚构此类新型桥梁结构形式在国内得到了广泛的应用,该类结构充分利用了钢材的抗剪特性以及混凝土的抗压特性。但是,该类桥梁零号块的结构尺寸大、空间结构复杂以及混凝土的强度等级高,极其容易因为水化热反应形成温度裂缝。故为解决预应力混凝土波纹钢腹板连续刚构桥零号块的水化热反应产生的裂缝问题,对温度裂缝的产生进行模拟分析,并且对裂缝的防治提出了合理的建议。通过有限元数值模拟的方式,对波纹钢腹板连续刚构桥零号块构造设计、C55高强混凝土的配合比、水泥种类、混凝土浇筑初始温度、混凝土所在的环境温度等方面展开研究。主要研究内容如下:(1)首先,本文通过阅读大量的文献和书籍的基础上,了解了关于波纹钢腹板组合桥梁温度效应的现状。同时,简单介绍了温度在混凝土的传导过程以及混凝土水化热的温度场和温度应力的基本理论和计算方法。(2)然后,本文以云南省金沙江干热河谷地带小江大桥的零号块为研究对象。利用MIDAS FEA NX有限元软件对该桥的零号块浇筑凝结硬化的整个过程进行了温度效应分析;并且分析总结了零号块的顶底板中心、腹板中心以及横隔板中心的温度场分布规律;同时,研究分析了零号块的各个关键计算部位的温度时程曲线变化规律以及温度应力变化规律。(3)其次,本文主要研究了水化热反应的影响因素,运用有限元数值模拟建立了不同混凝土配合比、不同水泥种类、不同的腹板和横隔板厚度、不同浇筑初始温度以及不同的环境温度的有限元模型。结果表明:在满足结构安全的前提下,设计合理的腹板和横隔板厚度以及运用合理的混凝土配合比尽可能选择低水化热的水泥在5℃到10℃的环境中低温浇筑。(4)最后,本文根据对小江大桥零号块水化热反应和水化热反应影响因素的分析研究,针对水化热反应产生的温度裂缝提出了合理的建议。分别从零号块的构造设计、施工的材料、温度和工艺以及后期养护上对温度裂缝提出了防治建议;并且结合前面学者的研究提出了裂缝的修复措施。

关键词：零号块水化热温度温度应力温度裂缝有限元分析

持续负温环境下入模温度对水泥水化热的影响及预测模型

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中南大学学报（自然科学版） 2022年第7期53卷 2777-2788页

作者：龙朝飞张戎令郭海贞段运肖鹏震段亚伟兰州交通大学土木工程学院甘肃兰州730070 兰州交通大学道桥工程灾害防治技术国家地方联合工程实验室甘肃兰州730070 甘肃畅陇公路养护技术研究院有限公司甘肃兰州730070

为了研究不同入模温度下的水泥水化放热规律,采用溶解热法对持续负温环境下的水泥进行水化热测定试验。为了对冻土区水泥水化热进行定量分析及预测,采用指数、幂指数、复合指数、双曲线函数、对数模型这5种水化放热模型对试验数据进行... 详细信息

为了研究不同入模温度下的水泥水化放热规律,采用溶解热法对持续负温环境下的水泥进行水化热测定试验。为了对冻土区水泥水化热进行定量分析及预测,采用指数、幂指数、复合指数、双曲线函数、对数模型这5种水化放热模型对试验数据进行拟合及误差分析,最终建立冻土区入模温度-水化热的预测模型。研究结果表明:在持续负温环境下,水泥水化放热速率减慢,随着入模温度升高,水泥的累计水化热和水化放热速率均提高;提高入模温度有利于负温环境下水泥水化放热,且入模温度越高水泥水化愈充分;在水化过程后期,负温抑制水泥水化的不利影响将会减弱。在5种预测模型中,双曲线函数模型可以较好地预测持续负温环境下水泥水化热随龄期变化的规律。本文所提模型可有效预测持续负温环境下不同入模温度工况对应的水泥水化热。

关键词：多年冻土持续负温环境水化热入模温度预测模型

埋入式F-P光纤温度传感器在混凝土结构水化热测试中的应用研究

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铁道学报 2006年第4期28卷 132-136页

作者：刘永前王新敏杜彦良孙宝臣石家庄铁道学院大型结构健康诊断与控制研究所

光纤传感器的研究应用代表着土木结构健康监测技术的发展趋势。本文对基于白光干涉的埋入式F-P光纤温度传感器的测试理论及主要结构参数进行了分析研究,详细介绍了光纤温度传感器的制作过程及制作特点,并对光纤温度传感器进行了温度标... 详细信息

光纤传感器的研究应用代表着土木结构健康监测技术的发展趋势。本文对基于白光干涉的埋入式F-P光纤温度传感器的测试理论及主要结构参数进行了分析研究,详细介绍了光纤温度传感器的制作过程及制作特点,并对光纤温度传感器进行了温度标定试验、防水试验和高低温热循环试验等性能考核试验。研制开发的光纤温度传感器在秦沈客运专线辽河特大桥水化过程监测试验中得到了大量应用,成功实现了混凝土结构内部进行温度的长期监测。试验室性能考核试验和现场试验结果表明:该传感器具有优良的精度稳定性和防水性能,能够满足施工现场复杂状况下混凝土结构长期温度监测的要求。

关键词：白光干涉 F- P光纤传感器水化热辽河特大桥

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水化热问题的热应力分析

中国科技信息 2023年第5期 102-106页

作者：宿昊王鹤萤中国核电工程有限公司

大体积混凝土以其独特的性能和廉价的特性在核工程中得到了广泛使用。然而大量工程实践也同时表明，大体积混凝土易受施工工艺和施工环境的影响，施工过程中极易产生水化热，导致裂纹萌生，影响结构的使用性和耐久性。美国混凝土学会（... 详细信息

大体积混凝土以其独特的性能和廉价的特性在核工程中得到了广泛使用。然而大量工程实践也同时表明，大体积混凝土易受施工工艺和施工环境的影响，施工过程中极易产生水化热，导致裂纹萌生，影响结构的使用性和耐久性。美国混凝土学会（ACI）、日本建筑学会标准（JASS5）、以及中国在国标《大体积混凝土施工标准》（GB50496-2018）中都对水化热导致的体积变形问题加以强调，以最大限度减少开裂风险。因此，施工过程中大体积混凝土水化热问题必须予以重视，其研究十分必要。

关键词：热应力分析水化热

铜渣粉-水泥复合胶凝体系的水化热及动力学研究

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建筑材料学报 2020年第6期23卷 1282-1288页

作者：朱街禄宋军伟王露肖莉娜刘方华江西科技学院土木工程学院江西南昌330098

采用等温量热法,分别测定了铜渣粉磨时间为30、60min,掺量为0%、20%、30%和40%的铜渣粉-水泥复合胶凝体系的水化放热速率和放热量,分析了铜渣粉细度和掺量对复合胶凝体系水化反应历程的影响,并且基于Kstulovic-Dabic模型计算得到了水化... 详细信息

采用等温量热法,分别测定了铜渣粉磨时间为30、60min,掺量为0%、20%、30%和40%的铜渣粉-水泥复合胶凝体系的水化放热速率和放热量,分析了铜渣粉细度和掺量对复合胶凝体系水化反应历程的影响,并且基于Kstulovic-Dabic模型计算得到了水化动力学参数.结果表明:铜渣粉推迟了复合胶凝体系的诱导期结束时间、加速期开始时间以及第2放热峰出现时间,降低了复合胶凝体系水化放热量及水化速率;水化12h前,铜渣粉对复合胶凝体系水化热呈抑制作用;水化12h后,铜渣粉活性逐渐被激发,水化速率加快;铜渣粉-水泥复合胶凝体系的水化反应经历结晶成核与晶体生长相边界反应扩散作用(NG-I-D)过程,由Kstulovic-Dabic水化动力学模型计算得到的铜渣粉-水泥复合胶凝体系水化反应速率曲线,能够较好地分段模拟由量热试验得到的水化速率曲线;复合胶凝体系的结晶成核与晶体生长(NG)过程随铜渣粉掺量的增加和细度的降低而延长,相边界反应(I)过程随铜渣粉掺量的增加而缩短.

关键词：铜渣粉水泥水化热动力学水化度

风环境对大体积混凝土桥塔施工水化热的影响分析

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东南大学学报（自然科学版） 2015年第5期45卷 941-946页

作者：熊文尤吉房涛叶见曙易岳林东南大学交通学院南京210096 安徽省高速公路控股集团有限公司合肥230088

采用数值模拟结合现场监测的方法研究了复杂风环境对跨江、跨海大桥大体积混凝土桥塔施工水化热的影响.首先,提出了风环境下混凝土水化热的理论计算方法,并基于实际背景工程考虑风环境,对大体积混凝土桥塔施工过程中的水化热效应进行数... 详细信息

采用数值模拟结合现场监测的方法研究了复杂风环境对跨江、跨海大桥大体积混凝土桥塔施工水化热的影响.首先,提出了风环境下混凝土水化热的理论计算方法,并基于实际背景工程考虑风环境,对大体积混凝土桥塔施工过程中的水化热效应进行数值模拟;然后,利用现场实际监测数据,对模拟的准确性进行验证;最后,利用此数值模型,针对风特征及结构参数进行分析.分析结果表明:环境平均风速增大会使混凝土桥塔节段内的水化热温度极值降低,但其表面温度梯度增加,开裂可能性也相应增大;结构尺寸的增大会削弱风环境对混凝土水化热的影响,但由尺寸增大引起的刚度增加会导致水化热最大主拉应力明显增大,从而引起混凝土开裂;同一风环境下,桥塔截面形式的改变对浇筑过程中结构内部温度梯度、极值分布以及主应力大小影响明显.

关键词：桥塔施工风环境水化热数值模型参数分析

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空心薄壁墩水化热温度效应研究

华中科技大学学报（自然科学版） 2007年第5期35卷 105-108页

作者：陈志军康文静李黎华中科技大学土木工程与力学学院

采用热-结构耦合分析的方法对水化热引起的空心薄壁墩的温度效应进行分析,计算中考虑了混凝土弹性模量随龄期的变化.利用ANSYS软件模拟178 m高墩施工进程中的水化热温度效应,得到空心墩墩底实体段、墩身、以及节段接缝处的温度和应力随... 详细信息

采用热-结构耦合分析的方法对水化热引起的空心薄壁墩的温度效应进行分析,计算中考虑了混凝土弹性模量随龄期的变化.利用ANSYS软件模拟178 m高墩施工进程中的水化热温度效应,得到空心墩墩底实体段、墩身、以及节段接缝处的温度和应力随时间的变化规律,结果表明与一般大体积混凝土的温度效应不同,空心薄壁混凝土结构由于水化热引起的温度升高不超过40℃,但温度应力比较大,最大温度应力达到6MPa,值得设计施工人员认真对待.

关键词：空心薄壁墩水化热温度效应弹性模量