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 ﹥30 ﹤30 ﹥30 ﹤30 刚性模型密封养护 不限 不限 不限 不限 带模养护 30 25 20 15 脱模养护 20 - 15 - ﹥4 ﹤4 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：

T1t0t1 （15-15） V1式中 T1——升温时间（h）；

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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 水灰比 硅酸盐 水 泥 矿渣硅酸盐水泥 火山灰硅酸盐水泥 达设计强度70%达设计强度50% 达设计强度70%达设计强度50% 达设计强度70%达设计强度50% 95℃ 80℃ 0.6 10.5 4 14 8 11 6.5 60℃ 0.4 0.5 0.6 9 4 13 6 11 14 6 17 9 13 18 10 20 12 16 0.4 0.5 0.6 0.4 0.5 —— —— —— 5 7 10 5 8 4 4.5 7 1.5 2.5 8 3 6.5 3.5 10 5 9 5 2.5 3.5 4 2 6 3.5 6.5 8.5 10.5 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： T2t0t2 （15-16） V2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：

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t2t1t （15-17）

式中 t2——车间内温度（℃）；

（℃）。对采用密封养护的t——构件与车间的允许最大温度

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：

T1t0t18020h3h V120（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t2t1t20C30C50C，由式（15-16）

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得：

T2t0t28050h2h V215于是可得到一个蒸养制度方案，即： 33780C2h

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：

33580C2h 33980C2h

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。

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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

Q1cVThT0 （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

Q2G1c1(ThT）G2c2(ThT） 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

Q3AKT1（TpT）3.6AKT2（ThT）3.6(15-20)

式中 Q3——在周围环境中散失的热量（KJ）； A——散热面积（m2）;

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（15-19）

; 专业资料

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 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 G（Q1Q2Q3Q4）z2500 （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： Gm（Q1Q2Q3Q4） 12R式中 Gm——耗热量（kg）;

η1——管道效率系数，取0.8；

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15-21）

（15-23）

（专业资料

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：

Q1G1c1(ThT）G2c2(ThT）

240010.60.85.57515 kJ

380160 kJ

加热模板和保温层所需热量由式（15-19）得：

Q2G1c1(ThT）G2c2(ThT）

8000.487510kJ231.477510 kJ

35514 kJ

K1Wm2K2.23Wm2K

0.050.040.1140.17TpThT07515C45C 22A0.60.825.5m215.4m2

在环境中散失的热量由式（15-20）得：

Q3AKT1TpTa3.6AKT2ThTa3.6

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15.42.2381.345103.6kJ15.42.23201.375103.6kJ

343942kJ

蒸汽充满自由空间的耗热量由式（15-21）得：

Q41256Vs12560.77kJ967kJ

蒸汽需要量由式（15-22）得：

GzQ1Q2Q3Q42500

380160355143439429671.5kg

2500456kg

耗煤量由式（15-23）得：

GmQ1Q2Q3Q412R

380160355143439429671.5kg

0.80.6250095kg

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

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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t1

t1TT0 （15-24） v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t2

t2t0t1m1 （15-25） m2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

TT0和T的当量系数，可由上篇表215-8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。

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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

（％）

混凝土硬化时的平均温度/℃ 水泥品种和 等级 硬化龄期 /d 1 5 10 15 20 25 30 35 2 3 5 32.5级 7 普通水泥 10 15 28 — — 19 25 30 35 40 45 14 20 25 32 37 43 48 52 24 30 36 44 50 57 63 66 32 40 46 62 68 73 76 42 50 58 66 74 78 82 86 52 63 71 80 88 ———68 78 86 94 100 — — — 2 3 32.5级 矿渣水泥、 火山灰质水泥 5 7 10 15 28 ——— 15 18 24 30 35 — — 11 17 22 26 32 38 12 17 22 28 34 39 44 52 18 24 32 38 45 50 55 63 25 34 44 52 58 63 67 75 32 46 57 67 74 80 86 92 48 83 92 100 — — — word完美格式

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表15-4 蒸汽养护的混凝土强度增长百分率

（%）

普通水泥 养护时间 /h 矿渣水泥 混凝土硬化时的平均温度/℃ 火山灰水泥 40 50 60 70 80 40 50 60 70 80 90 40 50 60 70 80 90 8 12 16 20 24 — — 24 28 35 20 27 32 39 44 25 32 40 45 50 29 40 47 51 58 34 45 50 56 62 — — — 32 35 40 — 26 32 43 50 63 20 30 40 53 62 75 27 39 48 60 70 83 30 46 66 77 90 — — 30 40 53 72 — 22 38 52 67 82 16 28 45 60 75 90 22 35 50 67 83 96 27 40 56 70 88 100 28 32 36 40 44 48 39 50 55 61 68 42 52 60 66 71 46 58 70 75 50 60 68 73 80 65 70 75 82 57 66 72 80 85 36 50 60 71 83 94 40 55 65 75 87 97 43 60 68 80 90 100 48 63 70 83 93 — 51 66 75 86 96 — 53 70 80 90 100 — 30 43 60 75 90 — 35 47 63 80 93 — 39 50 67 82 96 — 42 53 70 85 100 — 44 55 73 87 — — 46 58 76 90 — — 50 60 78 90 — — 51 62 80 92 — — 52 82 93 — — 55 66 83 95 — — 56 68 84 95 — — 58 69 85 95 — — 52 56 60 68 72 60 68 74 82 87 63 70 77 83 88 66 73 80 84 68 76 81 85 90 69 77 82 86 90 70 79 83 87 90 57 71 82 91 — — 59 75 84 93 — — 61 77 87 91 — — 63 80 99 — — 66 81 90 100 — — 67 82 91 — — — word完美格式

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（3）混凝土的总加热时间t

tt1t2

(15-26) 2.所需热量计算

（1）混凝土及蒸汽套的吸热量Q1（KJ）

（15-27） Q12510(TTO)1.256VAcVBTTa

式中 2510——混凝土比热容和密度的乘积（KJ∕m3·K）；

vA——空气层体积（m）；

vB——保温层体积（m）；

33

； c——保温材料比热容和密度的乘积（KJ∕m·K）

——温度系数，采用一种保温材料为0.5，采用二种

3

以上保温材料为0.7；

1.256——空气的容积比热（KJ∕m3·K）； Ta——室外气温（℃）；

其他符号意义同前。

（2）蒸汽套散失的热量Q2（kJ∕h） Q2A(TTA)

(K11K222

98.42nVA273T) (15-28)

式中 A——冷却面积（m）；

K2、K2——上、下层汽套的传热系数（W∕m·K）

1、2——上、下层汽套的透风系数；

2

n——每小时换气次数，一般取1.0～1.5；

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其他的符号意义同前。

（3）每立方米混凝土总需热量Q（KJ）

QQ1Q2t （15-29）

折合蒸汽量

WQ1 (15-30) IW式中 Iw——蒸汽含热量（kJ/kg）；

w

 ——损失系数，一般取0.2～0.3。

【例15-11】 钢筋混凝土现浇楼板厚120mm,采用混凝土等级C20,用32.5级普通水泥配置，混凝土初温T0=15℃，恒温加热温度T=40℃,室外气温Ta=-20℃，外套构造：下层为草袋二层厚30 mm，水泥袋纸二层，木版一层和空气层250 mm，上层为锯屑厚150 mm，二层草袋厚30 mm，一层木板厚25mm和空气层150mm要求加热到混泥土强度达到70%f28,试计算每立方米混泥土需要的总热量。 【解】 1、计算加热时间 （1）因M18.33，取v8C/h 10.12t1

TT04015h3h 828 (2)查表15-3知在+20℃养护9d可达到70%f

t0924h216h

,则

查上篇表15-8，

TT04015C27.5C时，当量系数m11.45；2T=40℃时，当量系数m=2.3。

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t2t0t1m121631.4592h m22.3（3）总加热时间

tt1t23h92h95h 2.计算所需热量

（1）混凝土及汽套的吸热量

因下层汽套已预先加热，因此只计算上层汽套吸热量。 每立方米混凝土折算面积

A1m28.33m2 0.12 VA0.158.333m31.25m3

cVB为：木板0.654.186650(8.330.025)368.3

草袋0.364.186280(8.330.03)105.45 锯屑0.604.186250(8.330.03)784.56

368.3105.45784.561258.3

所以

Q12510(TT0)1.256VAcVB(TT)

2510(4015)KJ1.2561.25KJ0.71258.3(4020)KJ 115.6103KJ

（2）汽套散失的热量 取11.3；21 则

K1111.30.150.030.0250.040.17

0.170.100.17 word完美格式

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0.844W/m2K

K2211.10.130.0020.0250.040.17

0.100.070.171.604W/m2K

取n1，VA(0.150.25)8.33m3＝3.33m3 所以

Q2A(TT)(K11K22(0.8441.60496.42nVA8.33(4020)

273T98.4213.33)W1746.8W

27340（3）每立方米混凝土总需热量

QQ1Q2t

115.6103J1746.8953.6J713000J 713103KJ

取IW2675KJ/Kg 折合蒸汽量：

WQ(1) IW713103(10.3)kg346.5kg

267515.5.4构件内部通汽法计算

内部通汽法是在混凝土内部留设孔道或埋管，徐徐通入蒸汽来加热混凝土。预留孔径一般为25～50mm。加热混凝土的温度一般控制在30～45℃，升温速度保持在5～8℃/h。所用蒸汽一般采用温度不

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超过60℃的湿饱和蒸汽，如采用高温高压蒸汽时，应设减压装置。根据试验，在温度30～45℃养护24h可达设计强度的40％。耗汽量为200～300kg/m3。

内部通气法计算包括预留孔数量的计算和耗气量计算。 1.预留孔壁面积及留孔数量计算

结构内部通气在混凝土构件中需留孔的数量，可从留孔内蒸汽冷凝经孔壁散发出的热量，等于由混凝土经过围壁（模板、围护层）向空气中散发出的热量，按下式计算：

ArApKpTTaKrTkT （15-31）

式中 Ar——预留孔道（埋管）围壁面积（m2/m）；

Ap——混凝土围壁面积（m2/m）;

——透风系数，按上篇表15－14取用； T——混凝土恒温加热温度（C）； Ta——大气温度（C）；

22Kr——孔道壁混凝土的传热系数WmK，取23WmK；

Tk——蒸汽温度（C）；

Kp——混凝土围护层（模板及保温层）的总传热系数，按下

式计算：

Kp0.041d1dn （15-32）

1nd1dn——围护各层的厚度（m）；

1n——围护各层的热导率WmK。

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根据孔壁面积并设定孔道直径后，构件内需要留孔数量，按下式计算：

nAr （15-33） dL式中 n——每个构件内留孔数（个）；

d——孔道直径（m）； L——孔道长度（m）。

根据实践经验，合理的留孔数量，其留孔道的总截面率以不大于2.5％为宜。

2.耗蒸汽量计算

（1）内部通蒸汽总加热时间计算 混凝土的升温时间t1(h)

t1混凝土的恒温时间t2(h)

t2TT0 （15-34） vt0t1m1 （15-35） m2混凝土总加热时间t(h)为：

tt1t2 （15-36）

式中 T——混凝土恒温加热温度（K）； T0——混凝土初温（K）；

v——混凝土升温速度（K/h）；

t0——混凝土在20C养护条件下达到要求强度的时间，可由上篇图15-3查得。

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（2）内部通蒸汽总需要量计算 混凝土升温期间需要的热量Q1kJ

TT0Q1cVTT03.6ApKpTat1 （15-37）

2混凝土恒温期间需要的热量Q2kJ：

Q23.6ApKpTTat2 （15-38）

混凝土养护蒸汽总需要量Wkg;

WQ1 （15-40） Iw式中 c——混凝土比热容和密度的乘积，取1.05×2400

KJkgKkJm3；

V——混凝土体积（m3）；

3.6——换算系数，1W3.6kJkg； Iw——蒸汽含热量，取2675kJkg；

——损失系数，取0.2～0.3。

【例15-12】 混凝土柱高5m，截面为400mm600mm，采用内部通汽法养护，已知预留孔芯管外径为50mm，蒸汽温度为70C，恒温加热温度拟取45C，室外气温为-10C，模板采用25mm厚木模板，木材导热率0.17WmK，混凝土浇筑初温为10C，升温速度5C/h，试求合适的留孔数和等温加热温度以及蒸汽需要量。

【解】 （1）留孔数量计算

22 Ap0.40.621m2m

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Kp10.0430.0250.17Wm2K5.34Wm2K

蒸汽直接由预留孔混凝土壁传导热量，故

Kr1Wm2K23.3Wm2K。 0.043所以 ArApKpTTaKrTkT25.3445102m1.02m2

23.37045预留孔数量：

Ar1.02n6.5 取6个孔。

dL3.140.051预留孔数量占构件截面面积百分率

619.63100%4.9%2.5%留孔数不合适，故调整恒温温度，取

406025.3430102m0.46m2。

23.37030T＝30C，则Ar预留孔数量占构件截面面积百分比＝

319.63100%2.4%2.5%

4060故合适留孔数量为3孔，等温加热温度为30C。 （2）加热时间计算 升温时间：

t1TT03010h4h v5恒温时间查上篇图15-3，在 +20C养护5d可达50％强度，则

TT03010C20C时，t0524h120h，由上篇表15-8查得：22 word完美格式

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当量系数m1＝1.0；T＝30C时，当量系数m2＝1.61。

t0tm112041t2h72h

m21.61（3）加热所需热量计算

已知 Ap0.40.625m210m2

V0.400.65m31.2m3

Kp5.3Wm2K

升温期间热量：

TT0Q1cVTT03.6ApKpTat1

230101.0524001.2(3010)kJ3.6105.3104kJ

276×103kJ

恒温期间热量：

Q23.6ApKpTTat2

3.6105.34301072kJ9103kJ

每1m3混凝土需要热量q：

Q625103qkJm3521103kJm3

V1.2取Iw2675kJkg，3 则折合蒸汽量：

q52110310.3kgm3253kgm3 W1Iw26753故蒸汽量为253kgm。

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