连续太阳辐射影响下混凝土温度仿真计算

　　摘要：高温季节浇筑混凝土时，气温和太阳辐射对混凝土浇筑后温度影响大。模拟了某工程非溢流坝段碾压混凝土的浇筑过程，就有无考虑连续太阳辐射影响下、不同持续太阳辐射时间下混凝土表面点与内部点温度过程进行了仿真计算。结果表明：连续太阳辐射对混凝土的影响深度是有限的;由太阳辐射引起混凝土表面最高温度升高值前期增长幅度大后期增长小。

　　关键词：太阳辐射 混凝土影响深度

　　夏季混凝土施工的仓面很大, 混凝土暴露时间长, 受太阳辐射的影响严重。太阳辐射可使碾压混凝土层面气温平均每小时上升5℃[1];浇筑季节的不同，太阳辐射对混凝土的影响差别较大;浇筑层层间歇时间，是太阳辐射对混凝土影响的直接因素;入仓温度的高低，只影响混凝土的最高温度，不影响有无太阳辐射下混凝土的最高温度的差值[2]。在我国西北部分地区夏季高温不低，太阳辐射强。本文结合具体工程实例计算了不同持续时间下太阳辐射影响表面和内部混凝土的温度变化，对实际施工具有参考意义。

　　1.工程概况

　　党恩水电站位于巴楚河上游，坝址海拔在2700m～4090m之间，其地理位置介于东经99°03′~99°43′、北纬29°48′~30°37′之间。因太阳辐射严重，夏季最高温度不低。

　　1.1气温资料

　　根据提供的气温资料，为了便于计算，拟合出气温公式如下。

　　1.2太阳辐射日际变化

　　党恩电站位于纬度在29°~31°之间，太阳辐射热月平均值6月份最高，12月份最低，但气温在7月份最高，为研究在高温情形下太阳辐射热对混凝土的影响，故选取7月份的太阳辐射做典型分析，假定太阳辐射热在1d内的是按余弦分布的[1],式中：0.65为混凝土表面的吸收系数[3]; 为一天之内日照延续时间，7月份取14h, 为晴天太阳辐射热，这里取1311.2 为系数，这里取0.68; 为云量，取0.2;表面放热系数 取62.5 。

　　2.计算模型和浇筑计划

　　2.1计算模型

　　坝体混凝土浇筑块，选取立方体块 ，每3m高一仓分10个浇筑胚层。坝体单元类型为六面体8节点等参单元。为了充分考虑夏季气温日际变化对浇筑块温度场的影响，将计算步长定为1/8d (3h)。在ANSYS中建立的计算网格如图2所示。

　　2.2材料参数

　　2.3计算工况

　　为了研究不同持续时间太阳辐射影响下对混凝土温度的影响，采用以下4种方案进行仿真计算。工况1-4均是自然浇筑，工况1不考虑太阳辐射;工况2、3、4分别从2012-7-12开始考虑连续2、4、6天太阳辐射热的影响。

　　3.计算结果及分析

　　为了表述方便，先对计算结果说明如下: 在浇筑块7.5m高程，下游面表面取点A，距表面0.3m处取点B，距表面0.6m处取点C。

　　(1) 不考虑连续太阳辐射时，A、B、C三点温度过程线均是先上升后缓慢下降;A点最高温度16.2℃，在开始浇筑78h后达到，B点最高温度20.0℃，在开始浇筑93h后达到;C点最高温度23.8℃，在开始浇筑111h后达到，达到峰值后均缓慢下降;可以看出有太阳辐射时，新浇混凝土表面昼夜温差可达6℃。因此应做好早期混凝土表面保温养护工作。

　　(2) 考虑连续太阳辐射时，A、B、C三点温度过程线均是波浪式上升，后下降，A点处于表面受连续太阳辐射影响最大，出现了明显的温度高峰与温度低谷，差值6℃左右，高峰位置发生时间差不多是每天太阳辐射结束时，低谷位置发生时间差不多是每天太阳辐射开始时;B点也出现较明显的温度高峰与温度低谷，温度高峰与低谷之间差值1℃左右，表明太阳辐射对0.3m深度处混凝土影响较弱;C点距表面0.6m，温度过程线中温度高峰与温度低谷均不明显，但仍可见，表明0.6m深度处混凝土受太阳辐射影响微弱;太阳辐射对混凝土的影响随深度增加而减弱，即太阳辐射对混凝土的影响深度是有限的。

　　(3) 2d连续太阳辐射下A、B、C三点最高温度分别为24.2℃、22.6℃、23.7℃;4d连续太阳辐射下A、B、C三点最高温度分别为25.8℃、25.0℃、25.3℃;6d连续太阳辐射下A、B、C三点最高温度分别为26.0℃、25.4℃、25.9℃。相比较可以看出2d太阳辐射下(工况2)表面最高温度比无太阳辐射时(工况1)高8.0℃;4d太阳辐射下(工况3)表面最高温度比无太阳辐射时(工况1)高9.6℃;6d太阳辐射下(工况3)表面最高温度比无太阳辐射时(工况1)高9.8℃;由太阳辐射引起的混凝土表面最高温度升高值与太阳辐射持续时间之间并不是线性关系，总体表现为前期增长变化幅度大后期变化小。

　　4.结论

　　(1)太阳辐射对施工期混凝土表面影响最大，白天在日照下混凝土表面温升较快，夜晚无日照温度迅速下降。因此在太阳辐射强时段可采取仓面喷雾、遮阳等措施避免太阳辐射热使混凝土表面温度过高，做好早期混凝土表面保温工作，有利于混凝土防裂。

　　(2)连续太阳辐射对混凝土的影响随深度增加而减弱，其影响深度是有限的。由太阳辐射引起混凝土表面最高温度升高值与太阳辐射持续时间之间并不是线性关系，总体来说，前期增长变化幅度大后期变化小。

　　参考文献：

　　[ 1] 朱伯芳. 大体积混凝土温度应力与控制[M ]. 北京: 中国电力出版社,1999.

　　[ 2] 黄达海, 黄伟. 太阳辐射下碾压混凝土仓面温度仿真计算[ J] . 人民长江, 2007, 38 ( 2) : 22- 25.

　　[ 3] 刘文燕, 耿耀明. 混凝土表面太阳辐射吸收率试验研究. 混凝土与水泥制品, 2004,