低温及超低温混凝土热学参数研究

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发布时间：2021-09-10

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低温及超低温混凝土热学参数研究
范燕平，盛余飞，李金玲，程旭东
(中国石油大学(华东)储运与建筑工程学院。山东青岛266580)
【摘要】采用自主研制的超低温试验装置对不同低温情况下的立方体混凝土试块进行试验，测定试块中
心点温度变化情况。根据已有研究成果，推测出低温及超低温情况下混凝土的导热系数、比热容。模拟混凝土试
块低温及超低温情况下的温度场分布。不断调整导热系数和比容值，最终得到与实测数据吻合度较高的模拟降
温曲线，则该组数据即可认为是混凝土的实际热学参数。结果表明，导热系数随温度的降低而增大，比热容随温
度降低而减小，两者与温度变化呈近似线性关系。
【关键词】混凝土；低温及超低温；导热系数；比热容；温度场
【中图分类号】TU528．0 【文献标识码】B 【文章编号】1001—6864(2015)12—0009—03
当LNG内罐泄漏时，罐体会遭遇一160oC极冷环
境，巨大的温度差形成的温度应力将超过混凝土抗拉
强度，罐体一旦出现贯通裂缝，天然气发生逸出，将造
成严重的后果⋯。研究混凝土低温及超低温下的导
热性能是探索其温度应力及力学性能的基础。对具
有一定尺寸的混凝土试块进行热传导性能研究，则可
不考虑混凝土的不均匀性质，降低参数测量的离散
型，同时，考虑实际工程中混凝土结构体型巨大，可近
似将整个结构视为均匀材质。故文中通过研究一定
尺寸的}昆凝土试块，测定试块中心点温度，模拟试块
温度场分布，并建立形式简单、适合于工程应用的物
理模型，为早日制定国内混凝土低温规范，优化LNG
储罐自主设计技术，扩大经济效益等提供参考价值。
1 混凝土导热机理
由于材料性质具有离散性，混凝土在低温及超低
温情况下的导热过程是一个复杂的物理反应。根据
Fourier热传导理论，混凝土内部的温度场是时间和空
间函数。文中研究的是水泥水化反应完全、养护完成
并且性质稳定之后的混凝土试块，在绝热条件下自身
不再产生水化热等热量，则三维不稳定温度场的热传
导微分方程为：
a ： (、 02x + 02y +譬a z ) (1)
式中，为温度，℃ ；r为时间，d；( ，Y， )为直角
坐标，in；A、c、P分别是混凝土的导热系数、比热容及
质量密度，kJ／m·h·℃ 、kJ／kg·c【=、kg／m 。
2 低温及超低温试验
(1) 试验设备。试验目标温度最低达到一
160~C，普通降温设备难以实现，采用自主研发的超低
[基金项目] 山东省自然科学基金(ZR2012EEL23)；中央高校基本科研业务费专项资金资助(15CXO5004A)
o● 00 ●0o ◆ 00◆ O0 ● oo◆ O0 ●0 0● oo◆ 00 ● 00● 0O● o0 ● 00● 00 ●0 0● 00● OO ◆ 0o◆ 0O ● 0o◆ 0O ●0 0◆ o0● 00 ● 00◆ 00● 00◆ 00◆ 0 0● 00◆ 00 ● 00◆ 00◆ o 0● 00● 00 ◆ O0◆ 00◆ o 0◆ O0● 0o ◆ 0o◆ O0 ●o o◆ 00◆ 0
90d和180d龄期时，流态粉煤灰的抗压强度分布提高
了2．07、2．06、1．80和1．39倍。
(2) 流态粉煤灰的抗压强度随着龄期的增大而
增加，而养护温度越高，早期强度提高的速度越快。
相对于7d龄期时的抗压强度值，养护温度为10℃ 、
15％、20℃ 、25％、30％时，28d龄期抗压强度分别提高
了2．03、2．08、2．12、2．11和2．02倍。
(3) 试验范围内的养护湿度对于流态粉煤灰的
7d龄期抗压强度值影响很小，而当龄期达到28d之
后，流态粉煤灰的抗压强度随养护湿度提高而有所提
高，但是提高值较小。养护湿度从65％提高值80％，
流态粉煤灰的90d龄期抗压强度只提高了4．5％。
参考文献
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