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水的溫度與體積的變化關系范文1
溫度分別為40、50 ℃和60 ℃。通過分析樣品半徑方向上不同點的水分含量以及體積收縮系數與時間和（無因次）水分含量之間的關系得出：豬通脊肉在脫水過程中，內部水分遷移連續進行，中心水分含量最高，從里到外，水分含量依次降低。豬通脊肉非各向同性，樣品同一半徑上各處水分含量不相等。風速是影響體積收縮的主要因素，體積收縮系數與水分含量線性相關。在溫度40 ℃時，風速對體積收縮系數的影響非單調，風速為1.0 m/s的體積收縮系數最大，風速為1.5 m/s時體積收縮系數最小，即S1.0>S2.0>S1.5。
關鍵詞：豬通脊肉；水分含量；體積收縮；收縮系數
Volumetric Shrinkage and Moisture Content Distribution of Dehydrated Pork Tenderloin
ZHANG Hou-jun1， CUI Jian-yun2，*， CHENG Xiao-yu3， ZHANG Shun-liang3， ZHANG Rei-mei3， WANG Shou-wei3， ZHANG Li-ping4
（1. COFCO Wuhan Meat Product Co. Ltd.， Wuhan 430200， China； 2. College of Food Science & Nutritional Engineering，
China Agricultural University， Beijing 100083， China； 3. China Meat Research Center， Beijing 100068， China；
4. COFCO Maverickfood Co. Ltd.， Wuhan 430200， China）
Abstract： The volumetric shrinkage and moisture content distribution of pork tenderloin in different drying conditions were investigated. The air was passed through the column chamber at variety of flow rates （1.0， 1.5 and 2.0 m/s） and temperatures （ 40， 50 and 60 ℃）. Shrinkage factor as a function of time and moisture content （dimensionless） was analyzed， as well as moisture content at different locations in the radial direction. The results showed that during the dehydration process of pork tenderloin， moisture migration was continuous， and the moisture content was maximum at the center， and then decreased gradually along the radial direction. The anisotropy of pork tenderloin resulted in differences in moisture content at the same radius. The volumetric shrinkage of the sample was affected mainly by air velocity， whilst effect of air temperature was negligible， moreover， the relationships between the shrinkage factor and moisture content appeared linear. The effect of air velocity on volumetric shrinkage exhibited non-monotonic behavior at 40 ℃， and the maximum volumetric shrinkage factor occurred at air velocity of 1.0 m/s， meanwhile the minimum at 1.5 m/s， which means S1.0 > S2.0 > S1.5.
Key words： pork tenderloin； moisture content； volumetric shrinkage； shrinkage factor
中圖分類號：TS202.3 文獻標志碼：A 文章編號：1001-8123（2014）05-0006-05
食品干制時常出現的物理變化有干燥、干裂、表面硬化和多孔性形成等。一般而言，細胞失去活力后，仍能不同程度地保持原有的彈性；但是，如果受力過大，超過彈性極限，即使外力消失，也難以恢復原來的狀態。干縮正是物料失去彈性時出現的一種變化，這也是不論有無細胞結構的食品干制時最常見的、最顯著的變化之一。干縮影響食品成品的外觀品質，在一定程度上也會影響干燥速率。
熱風干燥的銀耳干品收縮率較小，但干燥能耗大，平衡持水能力差，組織結構發生明顯的變形和皺縮[1]。毛豆熱風干燥的收縮程度明顯大于冷凍干燥和真空微波干燥[2]；熱風干燥柑橘皮收縮程度大于膨化干燥和冷凍干燥[3]；而蓮藕脆片真空微波干燥收縮程度較大，熱風干燥相對較小[4]。丁媛媛等[5]研究了不同干燥方式對甘薯產品品質的影響，得出熱風干燥的產品硬度最大，色澤最好，而且結構緊密。于靜靜等[6]在研究不同干燥方式對紅棗品質特性的影響時，發現熱風干燥產品嚴重收縮，結構緊密。蔡林林等[7]在研究熱風干燥溫度對凡納濱對蝦蝦仁質構的影響時，發現熱風溫度是影響整個凡納濱對蝦蝦仁干燥效果的重要因素，隨著干燥溫度的升高，蝦仁硬度越大，彈性相對穩定。
食品干制過程中，物料內部水分分布不斷變化。在干制初期，物料內部水分分布基本均勻；隨著脫水過程的進行，表面水分蒸發，內部水分向外遷移，導致物料從內到外形成水分梯度，水分梯度反過來又作為內部水分向外遷移的推動力，保證干燥連續進行；在干制末期，物料水分含量較低，內部水分又趨于均勻分布。
由于食品物料各向異性、非均一，故脫水時收縮不均勻，物料形狀會發生改變。體積收縮有雙重重要性：首先，影響產品質構和其他質量因子；其次，模擬脫水時物料內部傳質過程需要這方面資料。
Arnosti等[8]報道了梨、胡蘿卜、馬鈴薯、甜馬鈴薯和大蒜脫水時表觀密度與水分含量線性相關。Ramallo等[9]報道，“yerba maté”的收縮系數及表觀密度與水分含量線性相關，與溫度無關。Orzo等[10]研究了不同含水量的沙丁魚片滲透脫水時體積收縮的情況，發現體積收縮因子與水分含量線性相關；收縮體積與失水體積也線性相關。Lozano等[11]報道了蘋果組織不同水分含量時的體積收縮以及孔隙度的變化。水果滲透脫水時，其體積收縮取決于食品失水和溶質的增加[12]。龐文燕等[13]研究不同干燥方式對青魚片鮮度的影響時發現，干燥溫度越高，干制品體積收縮越大，復水性越差。
在腌臘肉制品的生產中，成熟過程是很重要的一步。在此階段，通過脫水降低水分活度，增加產品穩定性；產品內部發生一些物理、微生物和生化反應，形成特征外形、特征風味或香味。腌臘肉制品加工過程中一般采用熱風干燥方式[14]。本實驗研究不同熱風干燥條件，豬通脊肉脫水后干縮程度以及內部水分分布的變化。
1 材料與方法
1.1 材料
豬通脊肉 市售；
干縮試驗原料：豬通脊肉圓柱體樣品：ф19 mm×70 mm。
水分分布試驗原料：豬通脊肉圓柱體樣品：ф19mm×70 mm、ф40 mm×170 mm。
1.2 儀器與設備
DHG-9076A型電熱恒溫鼓風干燥箱 上海精密實驗設備有限公司；SUNON DP200A型風扇 北京神通電器廠；D60-2F型電動攪拌機調速器 杭州儀表電機廠；QDF-5D型熱球式電風速計 北京環境保護儀器廠；MP502B型電子天平 上海精密實驗設備有限公司。
1.3 方法
在不銹鋼圓柱風管頂端固定一個軸流風機（ф120 mm×308mm），將其置于電熱恒溫鼓風干燥箱內。樣品用網孔規格為10 mm×10 mm不銹鋼絲網固定于風管內。風速用調速器和熱球式電風速計進行調節和控制。
1.3.1 水分分布
對于ф19 mm×70 mm的圓柱體樣品：用ф20 mm×100 mm的取樣器在整條豬通脊肉上取出所需肉樣品，用氰基丙稀酸乙酯將鋁箔粘貼在圓柱體兩端面，以防止水分從端面蒸發，保證內部水分只在半徑方向上遷移。用鐵網固定樣品后，置于金屬筐內，一并移入干燥箱內金屬圓筒進行脫水干燥。在溫度40 ℃、50 ℃，風速1.5 m/s、2.0 m/s，相對濕度為30%的條件下，脫水不同時間后測定圓柱體半徑方向不同點的水分含量，包括中心點，距中心5 mm點，距中心10 mm點即圓柱體邊緣。
對于ф40 mm×170 mm的圓柱體樣品：用ф40 mm×100 mm的取樣器在整條豬通脊肉上取出ф40 mm×70 mm樣品，再取出2個ф40 mm×50 mm的圓柱體，分別加至ф40 mm×70 mm圓柱體兩端，連接處用氰基丙稀酸乙酯粘貼。這樣使得圓柱體長度遠大于其半徑，可近似認為樣品為無限長圓柱體，那么內部水分軸向遷移相對于半徑方向遷移可忽略不計。然后在圓柱體兩端貼上鋁箔紙，進一步確保內部水分遷移只發生在半徑方向上。用鐵網輕微固定后，置于金屬筐內，一并移入干燥箱內金屬圓筒進行脫水干燥。在溫度40 ℃，相對濕度30%，風速1.5 m/s 條件下，脫水4、6、8 h 后測定不同點水分含量，包括中心點、距中心10 mm點、距中心20 mm點五個點的水分含量。對于ф40 mm×170 mm的圓柱體樣品，在橫縱2個方向取樣，分別實驗。
1.3.2 體積收縮
選取ф19 mm×70 mm的圓柱體。在脫水前，在樣品上包裹一層保鮮膜，用量筒根據排水法測定其體積，記為V0。然后在不同溫度、風速條件下，脫水0、2、4、6、8、10 h后取出，測定體積，記為V。
脫水后體積變化為ΔV=V-V0；體積收縮系數S=V/V0[10]。
脫水試驗控制因子及水平見表1。
1.4 數據分析
數據統計分析采用SPSS 12.0完成；圖形、圖像處理采用Origin 6.0完成。
2 結果與分析
2.1 水分分布
三條水分分布曲線，是不同干基水分含量樣品的水分分布。d.b為干基（dry basis）。下同。
圖 1 溫度40℃、風速1.5m/s脫水2h后豬通脊肉圓柱體樣品水分分布
Fig.1 Moisture content distribution after hot air dehydration for
2 h at 40 ℃， 1.5 m/s
從圖1可發現，總體干基水分含量為208.9%的樣品，其內部各處水分都相應比總體干基水分含量為194.5%和185.9%的高。圖2～4均能得出類似的結論，樣品內部各點的水分含量高低與總體水分含量一致，即如果樣品整體水分含量較低，那么樣品內部各處水分含量都較低。這點充分說明，豬通脊肉在脫水過程中，內部水分遷移連續進行，中心水分含量最高，從里到外，水分含量依次降低，不會出現跳躍。
圖 2 溫度40 ℃，風速1.5 m/s脫水4 h后豬通脊肉圓柱體樣品水分分布
Fig.2 Moisture content distribution after hot air dehydration for 4 h at 40 ℃， 1.5 m/s
圖 3 溫度40 ℃、風速2 m/s脫水4 h后豬通脊肉圓柱體樣品水分分布
Fig.3 Moisture content distribution after hot air dehydration for 4 h at 40 ℃， 2 m/s
由圖2、3可知，兩種條件下樣品總體干基水分含量基本相當，進一步證實了由前面實驗得到的結論，脫水速率主要受溫度影響，風速影響很小。
圖 4 溫度50 ℃、風速1.5 m/s脫水4 h后豬通脊肉圓柱體樣品水分分布
Fig.4 Moisture content distribution after hot air dehydration for 4 h at 50 ℃， 1.5 m/s
從圖1～4脫水強度依次增大，樣品內部水分不斷降低，外部邊緣水分含量降低到一定程度后就不再繼續下降。這樣隨著干燥過程的進行，樣品里外水分含量差異變小，水分分布趨于均勻，曲線越來越平滑。有人報道水分均勻分布會加快干燥速率[15]。
圖 5 溫度40 ℃風速1.5m/s下分別脫水4、6、8 h后豬
通脊肉圓柱體樣品水分分布
Fig.5 Moisture content distribution after hot air dehydration for 4， 6 and 8 h at 40 ℃， 1.5 m/s
由圖5可知，隨著脫水時間的延長，樣品內部各點水分含量逐漸降低。從圖5還可看出，內部水分分布曲線并非中心對稱，離中心等距離點處水分含量不絕對相等。所以，雖然樣品取為圓柱軸對稱體，但是由于豬通脊肉各向異性，結構及性質非均一，樣品同一半徑上各處水分遷移阻力、脫水速率不相等，水分含量因此也不相等。
2.2 體積收縮
2.2.1 體積收縮系數的變化
從圖6、7中可知，體積收縮系數隨時間推移而降低；風速為2.0 m/s時，體積收縮系數隨溫度升高而降低，即溫度越高，體積收縮越快；但在溫度40℃時，風速對體積收縮系數的影響非單調，風速為1.0 m/s的體積收縮系數最大，風速為1.5 m/s時體積收縮系數最小，即S1.0>S2.0>S1.5。因為隨著脫水過程進行，水分不斷蒸發，導致體積不斷收縮；溫度越高，水分蒸發越快，體積收縮越大；而溫度為40 ℃時，風速為1.5 m/s時體積收縮最快，可能是因為在此溫度下，風速為1.5 m/s時，表面水分蒸發速度與內部水分遷移速度最接衡，樣品脫水速率最快；而風速為1.0 m/s
時，表面水分蒸發速度可能小于內部水分遷移速率；風速為2.0 m/s時，表面水分蒸發速度大于內部水分遷移速率，這2種情況都使得脫水效率下降，導致能源浪費。
圖 6 風速2.0 m/s溫度、時間與體積收縮系數的關系
Fig.6 Shrinkage factor as a function of drying time at an air flow rate of 2.0 m/s
圖 7 溫度40 ℃風速、時間與體積收縮系數的關系
Fig.7 Shrinkage factor as a function of drying time at 40 ℃
圖 8 風速2.0m/s溫度、體積收縮系數與水分含量的關系
Fig.8 Shrinkage factor as a function of moisture content at an air flow rate of 2.0 m/s
圖 9 溫度40 ℃風速、體積收縮系數與水分含量的關系
Fig.9 Shrinkage factor as a function of moisture content at a drying temperature of 40 ℃
如圖8、9所示，由于樣品之間的初始水分含量不同，風速與水分含量對體積收縮系數的影響無明顯規律。為了消除因初始水分含量不同給分析樣品水分含量與體積收縮之間的關系帶來影響，轉而研究體積收縮系數（S）與無因次水分含量（X/X0）的關系，如圖10、11。
由圖11知，風速對體積收縮系數的影響要明顯大于溫度對體積收縮系數的影響。當溫度恒定為40 ℃時，無因次水分含量一定，風速對體積收縮系數存在一個臨界點，當無因次水分含量（X/X0）大于0.63時，S2.0>S1.0>S1.5；當無因次水分含量（X/X0）小于0.63時，S1.0>S2.0>S1.5。前面已經論述了風速為1.5 m/s時體積收縮系數小于風速為2.0、1.0 m/s的原因。對于S2.0與S1.0之間的大小關系在無因次水分含量等于0.63處存在變化，這可能是因為在高水分含量區，豬通脊肉彈性完好并呈飽滿狀態，增加風速至2.0 m/s時，豬通脊肉能夠全面均勻失水，豬通脊肉隨著水分消失均衡地進行線性收縮，即圓柱體大小（長度、面積和容積）均勻地按比例縮小，這樣比不均勻縮小時的表觀體積的變化小。
2.2.2 模擬體積收縮系數
由線性回歸結果可知，公式（1）、（2）能夠在置信水平為95%上，解釋95%～99%體積收縮系數的變異性，相關系數R都大于0.99，標準誤差均很小。從上述兩表還可以看出，公式（1）、（2）線性回歸的相關系數及標準誤差相等，而且直線的截距相等。截距相等的意義就是當水分含量小到趨于0的時候，兩種模型計算的體積收縮系數相等。
3 結 論
3.1 對于脫水時樣品內部水分分布得出以下結論：1）豬通脊肉在脫水過程中，內部水分遷移連續進行，中心水分含量最高，從里到外，水分含量依次降低；2）隨著干燥過程的進行，樣品里外水分含量差異變小，水分分布趨于均勻；3）豬通脊肉非各向同性，結構及性質非均一，樣品同一半徑上各處水分遷移阻力、脫水速率不相等，水分含量均不相等。
3.2 對于體積收縮得出了以下結論：1）體積收縮系數隨時間推移而降低；體積收縮系數隨溫度升高而降低；2）風速對體積收縮系數的影響非單調，風速為1.0 m/s的體積收縮系數最小，風速為1.0 m/s時體積收縮系數最大，即S1.0>S2.0>S1.5；3）溫度對體積收縮系數的影響相對于風速對體積收縮系數的影響可以忽略不計；4）溫度一定時，體積收縮系數與（無因次）水分含量線性相關；5）實驗涉及的2個線性模型都能很好的模擬體積收縮系數與（無因次）水分含量之間的關系。
參考文獻：
[1] 黃立行， 黃艷， 鄭寶東， 等. 不同干燥方式對銀耳品質的影響[J]. 中國食品學報， 2010， 10（2）： 167-173.
[2] 胡慶國， 張， 杜衛華， 等. 不同干燥方式對顆粒狀果蔬品質變化的影響[J]. 食品與生物技術學報， 2006， 25（2）： 28-32.
[3] 黃壽恩， 李忠海， 何新益， 等. 干燥方法對脫水柑橘皮品質特性的影響[J]. 中國食品學報， 2011， 11（3）： 118-122.
[4] 李麗娟， 劉春泉， 李大婧， 等. 不同干燥方式對蓮藕脆片品質的影響[J]. 核農學報， 2013， 27（11）： 1697-1703.
[5] 丁媛媛， 畢金峰， 木泰華， 等. 不同干燥方式對甘薯產品品質的影響[J]. 食品科學， 2011， 32（16）： 108-112.
[6] 于靜靜， 畢金峰， 丁媛媛. 不同干燥方式對紅棗品質特性的影響[J]. 現代食品科技， 2011， 27（6）： 610-614.
[7] 蔡林林， 吳冬梅， 李小禹. 熱風干燥溫度對凡納濱對蝦蝦仁質構的影響[J]. 食品工業， 2013， 34（11）： 108-110.
[8] ARNOSTI S， FREIRE J T， SARTOTRI D J M. Analysis of shrinkage phenomenon in Bachiaria brizantha seeds[J]. Drying Technology， 2000， 18（6）： 1339-1348.
[9] RAMALLO L A， POKOLENKO J J， BALAMACEDA G Z， et al. Moisture diffusivity， shrinkage and apparent density variation during drying of leaves at high temperatures[J]. International Journal of Food Properties， 2001， 4（1）： 163-170.
[10] CORZO O， BRACHO N. Shrinkage of osmotically dehydrated sardine sheets at changing moisture contents[J]. Journal of Food Engineering， 2004， 65（3）： 333-339.
[11] LOZANO J E， ROTSTEIN E， URBICAIN M J. Total porosity and open porosity in the drying of fruit[J]. Journal of Food Science， 1980， 45（5）： 1403-1407.
[12] VIBERG U， FREULER S， GEKAS V， et al. Osmotic pretreatment of strawberries and shrinkage effects[J]. Journal of Food Engineering， 1998， 35（2）： 135-145.
[13] 龐文燕， 萬金慶， 姚志勇， 等. 不同干燥方式對青魚片鮮度的影響[J]. 廣東農業科學， 2013（15）： 124-126.
水的溫度與體積的變化關系范文2
關鍵詞：大體積；混凝土；溫度裂縫；因素；控制
Abstract: Based on the understanding of the large volume concrete concept, analyze its temperature crack reasons in the actual construction. According to the existing theoretical and practical experience to prescribe the right medicine, put forward the preventive measures in the actual construction process, so as to control and reduce the large volume concrete temperature cracks in the actual construction process，to ensure the quality of large volume concrete in the actual construction process .
Keywords: large volume；Concrete；Temperature crack；Factor；Control；
中圖分類號：TU74文獻標識碼：A文章編號：
隨著土木工程的迅速發展，先進的施工技術設施以及新材料都有了廣泛的普及和應用，然而，混凝土作為一種多組合不均勻性脆性材料，特別是大體積混凝土在實際施工實踐中表明，其溫度裂縫問題尤為突出，這不僅影響構筑物的美觀,而且往往影響到結構的整體性和耐久性。因此，分析引起大體積混凝土溫度裂縫的原因，參考造成大體積混凝土溫度裂縫的機理，在實際施工過程中采取有效的溫度裂縫控制技術，減少裂縫，保證施工質量。
1 大體積混凝土
對于大體積混凝土，國內外的界定各有千秋。日本建筑學會標準JASS5規定：“結構斷面最小厚度在80cm以上，同時由于水化熱引起混凝土內部的最高溫度與外界溫差預計超過25℃的混凝土，稱為大體積混凝土”[1]。美國混凝土學會ACI規定：“任何現澆大體積混凝土，其體積大到必須對水泥的水化熱及隨之引起的體積變形問題采取措施，以最大限度地減少開裂的一類混凝土”。此外，英國規范BS882、德國規范DIN1045均未對大體積混凝土做出明確的定義。
我國工程界一般將其混凝土結構斷面尺寸大于1m的混凝土構件稱之為大體積混凝土。雖在我國行業標準YBJ224-91中未對大體積混凝土做出明確的定義，但對大體積混凝土結構設計與施工，做作出了比較明確的規定。其共同的出發點在于其混凝土結構施工過程中，由于結構體積大，水泥用量多，其水泥水化所釋放的水化熱導致混凝土內外產生較大的溫差，由此引起的溫度應力導致混凝土的開烈。
2 溫度裂縫及其因素分析
2.1 溫度裂縫
大體積混凝土結構施工時，由于水泥釋放水化熱，混凝土的溫度升高，混凝土內外溫差增大。由于混凝土溫度劇烈變化，極易發生裂縫。這種由于混凝土溫度變化引起的裂縫稱之為溫度裂縫。
混凝土中水泥水化熱的釋放主要集中在前期，在混凝土澆筑后短時間內其內部溫升提升到峰值，之后逐步降溫。混凝土的這種溫度變化造成兩種類的溫度裂縫。一種是，在混凝土升溫期間，混凝土表面散熱良好，表面溫度變化較小，但混凝土內部則散熱少，隨著內部溫度的繼續上升，其混凝土的內外溫差過大，在混凝土的表面產生較大的拉應力。表面的拉應力超過其混凝土自身抗拉強度時，其表面隨即產生裂縫，即“表面裂縫”；另一種是，在混凝土后期養護過程，其溫度的下降引起混凝土體積收縮變形，但其形變受到所在結構邊界的約束，其自身產生教大的拉應力，當由收縮引起的拉應力超出混凝土的抗拉強度時，在混凝土的約束邊界面產生裂縫，即“貫穿裂縫”[2]。簡而言之，大體積混凝土結構由溫度變化引起的裂縫是一種由“變形變化引起的裂縫”。
2.2溫度裂縫理論機理
混凝土是承壓型脆性材料，其抗拉強度約為抗壓強度的1/10，其拉伸形變教小。混凝土在水化過程中,水和水泥之間的化學反應，產生大量的水化熱，引起混凝土溫度上升，特別是大體積混凝土，在硬化期間水泥釋放出大量的水化熱而不易散發，引起混凝土內部和表面溫差過大（差超過25℃）。
當混凝土塊體內外溫差過大，其體積的邊界約束不斷加大，阻礙了收縮變形，混凝土表面產生了拉應力。受到約束產生的應力δ，大于混凝土允許抗拉強度()時，其混凝土塊體因溫度變化受到約束產生的應變ε大于混凝土極限拉伸值εp，混凝土發生裂縫。反之當產生的應力明顯小于混凝土允許抗拉強度，其應力所產生的應變明顯小于混凝土極限拉伸值則不發生裂縫。
δ＜／K 防止裂縫ε＜／K 防止裂縫
δ＝臨界狀態 ε＝臨界狀態
δ＞發生裂縫 ε＞ 發生裂縫
K——安全系數。
當混凝土溫度拉應力δ值大小等于混凝土允許抗拉強度()時，稱為混凝土的溫度裂縫臨界狀態，可被稱作為混凝土裂縫防治的經濟基準線。
2.3施工實踐因素分析
大體積混凝土施工過程中其所引起溫度裂縫的實踐因素繁多雜亂，其主要影響因素為以下幾個方面：
（1）施工外界氣溫因素；
大體積混凝土施工期間，外界溫差的變化對大體積混凝土開裂有重大形響。混凝土的內部溫度是澆筑溫度、水化熱溫升和散熱溫降等各溫度的矢量和?；炷翝仓嘏c外界氣溫的升降成正比例關系。在外界低溫環境下澆筑混凝土，會降低混凝土的溫幅，但外界氣溫的驟降，會增加混凝土的內外溫差，即增大由溫差引發的溫度應力，不利于大體積混凝土的澆筑。
（2）配合比設計上因素；
水泥用量過大，水泥發熱量大，造成混凝土水化熱溫升過高，易造成內外溫差；水灰比大，灰漿量大，造成硅收縮量過大；原材料性能不良，造成混凝土本身抗裂能力低。
（3）現場施工因素；
一方面，現場施工過程中混凝土攪拌不均，振搗不密實。澆筑工作安排不善，使混凝土內部形成冷縫；另一方面，在大體積混凝土的養護過程中，混凝土表面干燥，風吹日曬，同部與表面溫差過大，外界氣溫驟降時混凝土表面無保溫措施等。
3 混凝土溫度裂縫控制
3.1溫度裂縫控制依據
水的溫度與體積的變化關系范文3
關鍵詞：大體積混凝土、溫度裂縫、措施
中圖分類號：TV331文獻標識碼： A
何謂大體積混凝土？有關規范、學著均作了明確的規定，基本一致認為:結構物最小斷面尺寸達到80cm以上、由水化熱所引起的混凝土內最高溫度與外界環境氣溫之差超過25℃時的混凝土，均稱為大體積混凝土。大體積混凝土較其他一般鋼筋砼相比，有著以下特征：結構較為笨重厚實、施工技術要求高、混凝土量大等特點。由于其獨特的施工特性，使其在建設和使用的過程中，均會出現不同程度的施工裂縫，嚴重地影響著工程質量的使用。那么，究竟這些施工裂縫是如何產生的？結合一些工程經驗，根據裂縫產生的原因對大體積混凝土裂縫的類型作了如下歸類：溫差裂縫、收縮裂縫以及安定性裂縫。其中，溫度裂縫是大體積混凝土結構物中較為普遍的一種，也是最為常見的一種裂縫。筆者以某大廈基礎筏板為背景，利用ANSYS對其澆筑過程混凝土內部溫度進行模擬計算，找出大體積混凝土澆筑過程中混凝土內部溫度變化規律。
1.工程背景
某建筑物為綜合性建筑，地上35層，地下2層，建筑面積約21000平方米左右，建筑總高度152.30m(室外地坪至機房頂平面)，主要使用功能為銀行營業大廳及辦公用房。本工程采用框剪－鋼混結構，結構安全等級為二級，建筑設計基準期為100年?；A底板厚2600mm，混凝土強度為C50，抗滲等級為S10，筏基按照分層澆筑。
2.溫度裂縫
溫度裂縫其主要產生原因為混凝土在凝結初期即水化反應期間，水泥釋放出大量的水化熱，由于結構本身體積大，累積在內部的水化熱不易散發，致使內部溫度在一定的時間內不斷上升，而結構表面的熱量則散發較快，因而造成結構內外溫差較大，在表面產生拉應力，當溫差產生的拉應力大于混凝土的極限抗拉應力時，便會在結構表面出現溫度裂縫。
混凝土內部最高溫度是造成混凝土裂縫的關鍵因素?；炷羶炔孔罡呓^熱升溫值為：
（1）
其中，Q1為水泥的水化熱，Q2為JEA的水化熱，W1為水泥用量，W2為JEA用量，C為混凝土比熱，ρ為混凝土密度，FA為混合材用量(粉煤灰的摻量)。進一步求得混凝土中心最高溫度[2]為：
（2）
其中，Tj為混凝土澆筑時的溫度，取20℃，ξ為不同澆筑厚度、不同齡期時的降溫系數。
為了更好控制混凝土內外溫差，需求出混凝土的絕熱升溫曲線?；炷恋慕^熱溫升曲線最好由實驗測定，在缺乏直接測定的資料時，也可根據水泥水化熱估算。本文中，筆者嘗試了利用實測值對經驗公式參數進行修正，使得理論值與實測結果更加吻合?；炷两^熱升溫經驗公式為：
（3）
式中：W為水泥用量，C為混凝土比熱，ρ混凝土密度，Q(τ)為齡期水泥水化熱，K為折減系數，對于粉煤灰，可取0.25。水泥的水化熱是依賴于齡期，筆者分別用將水泥水化熱的指數式和復合指數式表達式代入(2)式，獲得兩組理論結果。在此基礎再根據現場的混凝土測溫記錄比較哪種方法更符合實際情況。其中
指數式：
（4）
復合指數式：
（5）
其中，Q(τ)為在齡期τ時積累水化熱，kJ/kg；Q0為τ∞時的最終水化熱；τ為齡期；m為常數,隨水泥品種、比表面及澆筑溫度不同而不同，根據某些實驗資料，常數m取值范圍在0.3～0.5之間；a、b為常數，根據文獻，a=0.36，b=0.74。根據實驗結果與經驗公式對比可知，經驗公式能夠求出混凝土最高積溫值，其中，指數式與實測結果更接近。但是經驗公式存在的不足是：①沒有考慮實際工程中熱量散失情況。②由于受多種因素影響，目前尚未得到合理參數，導致溫度的計算峰值比實測結果有明顯滯后。針對上述不足，在實際工程中需要加強現場溫度監控力度，特別注意溫度峰值出現的時間。
為了控制混凝土中心與表面的溫差以及混凝土表面與環境溫度的溫差，需預測混凝土最高溫升時和各齡期在保溫材料覆蓋下的表面溫度。通常，表面最高溫度計算[5]為：
（6）
式中：Tb(τ)為齡期τ時混凝土的表面溫度；Tq為齡期τ時大氣的平均溫度，取20℃；H為混凝土的計算厚度；h為混凝土的實際厚度；h′為混凝土的虛厚度；ΔT(τ)為齡期τ時，混凝土內部最高溫度與外界氣溫之差，。
（7）
式中：K為計算折減系數，取0.666；λ為混凝土的導熱系數，取2.33；β為混凝土模板及保溫層的傳熱系數
（8）
式中：Si為各種保溫材料的厚度(m)；λi為各種保溫材料的導熱系數(W/m?k)；βq為空氣層傳熱系數，可取23W/m2?k；隨著混凝土齡期的發展,混凝土中心溫度不斷下降，兩個溫差將進一步減小。有效預測混凝土內部溫度與深度的關系是建立優化混凝土內部降溫措施的前提條件，混凝土內部溫度與深度關系計算[5]為：
（9）
3.計算結果
由計算可知，在整個施工過程中，混凝土內部的溫度都較高，必須采取相應的措施來降低內部溫度。
圖2最高溫度變化曲線
4.施工中采用的措施
1)在原材料方面進行控制,主要是對水泥、粗骨料及外加劑的控制
(1)宜采用降低水泥用量的方法來降低混凝土內部的水化溫度，使混凝土強度在形成初期的結構內外溫差的控制難度降低，在保證混凝土設計強度的情況下，應盡可能地降低水泥用量。
(2)對于粗骨料,宜采用改善的骨料級配，夏天溫度較高進行施工時，在拌制混凝土前宜澆水將碎石濕潤冷卻，以降低混凝土的澆筑溫度。
(3)在混凝土拌制過程中，摻加一定類型的外加劑，改善混凝土施工性能，可提高抗裂性能。
(2)在結構設計時對配筋進行優化
在鋼筋混凝土中，在混凝土澆筑時，內部過高的水化溫度，往往在混凝土內部會產起較大的拉應力。有時溫度應力可超過其他外荷載所引起的應力，根據溫度應力變化規律，在進行結構設計時對結構的配筋應予以優化。當所配的鋼筋直徑細而密時，對提高混凝土抗裂性有較好的效果。
3)在施工工藝方面進行控制
(1)在氣溫較高澆筑混凝土時，應嚴格控制分層澆筑厚度,以利用澆筑層面進行散熱。
(2)根據各地氣候、不同施工季節制定合理的拆模時間，及時對結構表面進行覆蓋保溫,避免表面發生急劇的溫度梯度,特別是施工中長期暴露的混凝土表面或薄壁結構,在寒冷季節應采取保溫措施,防止表面裂縫。
(3)合理地對結構進行分縫分塊;避免基礎過大起伏。
5.結束語
本文針對工程實例,對大體積混凝土澆筑時溫度變化進行了模擬計算,利用混凝土絕熱升溫公式準確求得混凝土最高溫度,使用混凝土內部溫度與深度關系公式求得了內部各點溫度分布,在此基礎上建立了一套有效的溫控措施,避免裂縫出現,保證了施工質量。大體積混凝土澆筑后采取保溫覆蓋潮濕養護,對減小混凝土的內外溫差和表面急劇熱擴散防止混凝土因溫差過大引起的溫度收縮應力導致出現有害裂縫具有重要作用。同時,由于緩慢降溫,延長養護時間,可充分發揮混凝土的應力松弛效應,對提高混凝土的抗拉強度和極限拉伸能力也具有重要意義。
參考文獻：
[1]朱伯芳.大體積混凝土的溫度應力與溫度控制[M].北京:中國電力出版社,1999.
水的溫度與體積的變化關系范文4
【關鍵詞】大體積混凝土 溫度裂縫 原因 措施
中圖分類號：TV543+.6文獻標識碼：A文章編號：
大體積混凝土與普通鋼筋混凝土結構相比，具有結構厚、體形大、混凝土用量多，工程條件復雜和施工技術要求高等特點。除了必須滿足普通混凝土的強度、剛度、整體性和耐久性等要求之外，其主要問題就是如何控制溫度裂縫的產生和發展。溫度裂縫是大體積混凝土結構物中較為普遍的一種，也是最為常見的一種裂縫。本文以大體積混凝土溫度裂縫的特點為基礎，分析其產生的原因，提出防治大體積混凝土產生溫度裂縫的有效措施。
一、大體積混凝土溫度裂縫的特點
大積混凝土溫度裂縫屬于變形荷載引起的裂縫。此類裂縫區別于外荷載引起的裂縫，有以下兩個顯著的特點：
1、溫度裂縫的起因首先是結構變形，當變形得不到滿足才引起應力，而應力又與結構的剛度大小有關，只有當應力超過一定數值時才引起裂縫。混凝土開裂后，變形得到滿足或部分滿足，應力就發生松弛現象。如果材料強度不高，但是有較好的韌性，也可以適應變形要求，抗裂性能較高。混凝土雖然屬于脆性材料，但是通過改善配合比，增加密實度，在允許范圍內提高混凝土的變形能力也是控制開裂的一種途徑。松弛變形是大體積混凝土溫度裂縫區別于荷載產生裂縫的主要特點。
2、按普通外荷載計算原則，從外荷載作用，結構內力形成，直至裂縫的出現與擴展，似乎都是在一瞬間完成的，是某個“瞬間過程”。但是大體積混凝土溫度變形的作用，從變形的產生到溫度變形應力的形成，裂縫的出現、擴展都不是在同一時間瞬時完成的，它有一個“時間過程”，即為“傳遞過程”，是一個多次產生和發展的過程，這是區別于外荷載裂縫的第二個特點。
二、大體積混凝土溫度裂縫產生的原因
大體積混凝土溫度裂縫的產生與水泥水化熱、外界氣溫的變化、約束條件的變化和混凝土的收縮變形等因素有關。
1、水泥水化熱引起的裂縫
水泥水化熱引起的溫度應力和溫度變形，是大體積混凝土容易產生裂縫的主要原因。水泥水化產生大量的水化熱，使混凝土內部溫度不斷上升。由于混凝土體積大，聚積在內部的水化熱不易散發，從而形成中心溫度高，表面溫度低的狀況，當混凝土內部與表面的溫差過大時，就會產生溫度應力和溫度變形，這種內外溫差使混凝土內部產生壓應力，表面產生拉應力，當這個拉應力超過混凝土的抗拉強度時，混凝土表面就會產生裂縫。
2、外界氣溫變化的影響
混凝土的澆筑溫度與外界氣溫的高低有直接的關系。當外界氣溫高于混凝土拌合物溫度時，因混凝土內部熱量不易散失，內部溫度高容易引起混凝土開裂；反之，當外界氣溫比較低，尤其是溫度驟降時，容易在混凝土內部和表面之間形成很陡的溫度梯度，從而導致混凝土產生溫度裂縫。
3、約束條件的變化
各種結構物在變形變化過程中，必然會受到一定的“約束”或“抑制”而阻礙變形，這就是指“約束條件”。大體積混凝土由于溫度變化會產生變形，而這種變形又受到約束，便產生了應力，這就是溫度變化引起的應力狀態。而當應力超過某一個數值時，便引起裂縫。
4、混凝土的收縮變形
混凝土的收縮機理比較復雜，其最大的原因是內部孔隙水蒸發變化時引起的毛細管引力?；炷猎谒嗨^程中產生的體積變形，多數是收縮變形，少數為膨脹變形。由于混凝土收縮變形引起的溫度應力是不可忽視的。影響混凝土收縮的因素很多，主要是水泥品種和混和材料、外加劑及施工工藝，特別是養護條件。
三、大體積混凝土溫度裂縫的控制措施
大體積混凝土溫度裂縫的控制需要從多方面進行。
1、材料方面的控制措施
在原材料方面進行控制，主要是對水泥、粗骨料及外加劑的控制
（1）水泥：宜采用降低水泥用量的方法來降低混凝土內部的水化溫度，使混凝土強度在形成初期的結構內外溫差的控制難度降低，這主要對大體積混凝土在進行配合比設計時作出了較高的要求，因此，在保證混凝土設計強度情況下，應盡可能的降低水泥用量。另外，對于水泥品種，應優先采用水化熱較低的礦渣水泥，并應進行水化熱測定，水泥水化熱測定須按照現行國家行業標準《水泥水化熱試驗方法(直接法)》的指示進行。
（2）粗骨料：對于粗骨料，宜采用改善的骨料級配。夏天溫度較高，進行施工時，在拌制混凝土前宜澆水將碎石濕潤冷卻，以降低混凝土的澆筑溫度。
（3）外加劑：在混凝土拌制過程中，摻加一定類型的外加劑，能起到改善混凝土施工性能的作用。如摻加一定比例的減水防裂劑，可減少混凝土的泌水，減少沉縮變形，可提高水泥漿與骨料的粘結力，提高抗裂性能。
2、設計方面的控制措施
（1）適當的地基處理是為了減小地基對混凝土基礎的阻力，以減小溫度應力，避免發生溫度裂縫。當地基為軟土層時，可以優先考慮采用砂墊層加固地基，砂墊層不僅可以提高地基的承載能力，減小地下水或地表水的影響，而且還可以減小地基對混凝上基礎產生的約束作用；當地基為堅硬的基巖或老混凝土基層時，可以考慮在基礎底部設置滑動層。
（2）為了控制大體積混凝土的表面收縮裂縫，可以適當采取在承臺表面合理增加分布鋼筋量的措施，雖然單靠增加分布鋼筋用量不能明顯防止裂縫出現，但適當增加分布鋼筋用量可以加強結構的整體性和減小溫度裂縫的寬度。
3、施工工藝方面的控制措施
（1）在氣溫較高時澆筑混凝土，應嚴格控制分層澆筑厚度，以利用澆筑層面進行散熱。
（2）根據各地氣候、不同施工季節制定合理的拆模時間，及時對結構表面進行覆蓋保溫，避免表面發生急劇的溫度梯度，特別是施工中長期暴露的混凝土表面或薄壁結構，在寒冷季節應采取保溫措施，防止表面裂縫。
（3）合理的對結構進行分縫分塊; 避免基礎過大起伏。
4、養護方面的控制措施
在每次混凝土澆筑完畢后，除應按普通混凝土進行常規養護外，還應及時按溫控技術措施的要求進行保溫養護。專人負責保溫養護工作，應按有關規定操作并做好測試記錄。保溫養護措施，應使混凝土澆筑體的里表溫差及降溫速率滿足溫控指標的要求，當實測結果不滿足溫控指標的要求時，應調整保溫養護措施?；炷翝仓尚魏?，還要根據氣候條件采取相應的控溫措施。
四、結束語
大體積混凝土結構產生溫度裂縫，在一定程度上會影響到混凝土結構的耐久性，從而影響到結構的使用安全。本文僅對大體積混凝土溫度裂縫提出了簡單的控制措施?？傊?，只有對其產生原因進行正確分析才能從根本上予以防治，從而確保工程質量。
參考文獻：
【1】朱伯芳《大體積混凝土溫度應力與溫度控制》2010年
水的溫度與體積的變化關系范文5
關鍵詞：大體積混凝土；溫度裂縫；水化熱；斷裂損壞
DOI：10.16640/ki.37-1222/t.2017.10.095
1 基本概念
1.1 大體積混凝土概念
何櫬筇寤混凝土，各學術界定義尚無統一。日本建筑學會是這樣定義的：結構斷面最小尺寸在80cm以上，水化熱引起的混凝土內的最高溫度與外界氣溫之差，預計超過25℃的混凝土，稱為大體積混凝土[1]。
體積的大小不是衡量大體積混凝土的最主要指標，主要衡量指標是水化熱的多少以及水化熱的散發難易。大體積混凝土最主要的特征就是容易形成溫度應力產生溫度裂縫。所以，僅僅用混凝土的尺寸大小來定義大體積是不夠科學的，畢竟大體積混凝土研究意義是采取施工等措施降低溫度收縮裂縫。當然，用混凝土構件水化熱的最高溫度與環境溫度之間的溫差來對大體積混凝土做定義也是不夠準確的，因為溫差產生溫度應力能夠導致溫度裂縫還取決于混凝土的外界約束作用。混凝土受外界的約束很大時，混凝土的允許溫差就越小，反之就越大。
1.2 裂縫的概念
裂縫指的是固體材料中的某種不連續的狀態，學術上把它歸為結構材料的強度理論領域。大量的混凝土微觀研究以及工程實踐都表明，裂縫是一種不可避免的材料特征?，F在各國規范對對裂縫的控制范圍和要求不盡相同，混凝土構建絕對無裂縫是做不到的。我國規范對不同介質情況下，不同環境下的混凝土構件裂縫的規定也是不同的。從這個角度來說，對于一定程度的裂縫在我國的規范設計上是允許的。對于裂縫各國針對本國的特點要求也不一樣，這表明了混凝土的裂縫是絕對的，無裂縫則是相對的。只要把裂縫程度控制在規范允許的范圍內，就基本保證了混凝土構件的無裂縫狀態[2]。
2 大體積混凝土斷裂損壞機理分析
2.1 大體積混凝土水化溫度變化過程
大體積混凝土原材料水泥在水化過程產生大量的水化熱導致混凝土內部溫度激增，引起熱脹效應，但是由于受到模板等外界的約束而形成壓應力。相反，在混凝土的冷卻中引起混凝土的收縮，就會導致混凝土表面拉應力的出現?；炷恋呐蛎浥c收縮是雖然是兩個相反的過程，但是混凝土的后期彈性模量大于早期的彈性模量，所以這兩個過程產生相反效應并不會抵消，這就形成了大體積混凝土的溫度裂縫。
大量的實驗表明，混凝土澆筑完成后溫度變化大致可分為三個明顯階段，見圖1所示[3]。
如圖1可知，混凝土澆筑完成，溫度有三個明顯變化階段，A、B、C。熱源期為階段A，此時混凝土不斷放熱，內部溫度不斷增加；到B階段為熱源結束期，熱量逐漸散去，混凝土內部溫度不斷降低；當溫度下降到一定程度，基本趨于穩定，也就到達C階段穩定期。
2.2 大體積混凝土斷裂損壞
目前，國內外這方面的科研人員普遍認同：混凝土出現斷裂損壞是因為混凝土在澆筑過程、養護過程中不可避免會出現氣孔，混凝土原材料也或多或少存在一定的缺陷，在內外部的影響因素下，這些共同的缺陷的聯合作用勢必導致混凝土的斷裂損壞。此外，混凝土不同骨料結合的邊界處是斷裂的薄弱點，在溫度的作用下很容易相互斷開形成表面縫隙，這些縫隙逐漸發展成微觀裂縫。如果不采取有效措施，在溫度不斷的影響下這些微觀裂縫逐步變大，發展為宏觀裂縫。如果繼續下去，由于宏觀裂縫的存在降低了混凝土的抗拉性能，在原來沒有開裂的部位又會產生新的微觀裂縫，這些下裂縫又形成新的宏觀裂縫[4]。如此下去，最終將導致構件的斷裂損壞?？梢赃@樣認為，混凝土的開裂就是一個逐步斷裂損壞的過程，由于缺陷導致混凝土損傷，損傷導致裂縫，裂紋導致斷裂。
混凝土的斷裂損壞原理跟混凝土所受荷載形式關系不大，不管構件是受壓、受拉還是剪扭，引起混凝土的斷裂機理是類似的。舉例說明下，如果混凝土在拉力作用下則斷裂方向一般與拉應力方向垂直；反之，若構件為壓應力下斷裂方向一般與壓應力方向平行；在剪切應力或者彎扭應力作用下，斷裂方向一般沿著剪切應力方向?；炷亮鸭y的出現首先會在受力最大處，甚至有時候只會在受力最大處出現裂紋，因為受力最大處的開裂可能會對相鄰處受力較小處產生卸載作用，從而抑制混凝土的發展。
混凝土是由水泥與粗細骨料等組成的膠合物，水泥在水化過程中要產生大量的水化熱，這就必然導致了混凝土在施工、養護過程中要經過升溫和冷卻兩個過程。水泥石和骨料的膨脹系數不同，在升溫的過程中不均勻的膨脹勢必會在水泥與骨料邊界處產生損傷，在溫度的不斷作用下，這種損傷外在化，表現為裂紋，達到一定程度后邊界裂紋會想骨料或者水泥石中擴展。在冷卻的過程中，原來的邊界裂縫在冷卻應力下繼續擴展，由裂紋或者微觀裂縫變成宏觀裂縫，這就很大程度上造成了混凝土構件的斷裂損壞。要知道，這種斷裂損壞事不可逆的，不僅在冷卻過程中原有的裂紋不會恢復，甚至會產生新的裂紋。
3 應力作用下的溫度裂縫成因機理分析
大體積混凝土水化過程中產生大量的水化熱是引起其溫度裂縫的主要原因。查閱相關資料可以得知，石子等骨料的熱膨脹系數大約為0.70×10-5/℃，而水泥石的熱膨脹系數約為骨料膨脹系數的兩倍。正是因為兩者的熱膨脹系數差別很大，所以在兩者接觸面產生了溫度的作用，這種作用大于兩者的粘結力時，便會把兩者拉開，即產生裂縫。
研究混凝土的溫度作用在骨料、水泥漿間的應力作用，不妨假定水泥在外面包裹了石子等骨料。可以用平面應力來簡化研究，簡化的模型如圖2。
這里假設骨料及的水泥漿都為圓形，且骨料的半徑為R，用代表骨料的膨脹系數，代表骨料的彈性模量。用代水泥石的膨脹系數，代表水泥石的彈性模量。則在溫度變化的過程中，骨料與水泥石產生應力，根據徑向變形協調可以得到： 其中：為水泥石溫度作用下的徑向位移；
為水泥石溫度作用下的界面徑向位移；
為骨料溫度作用下的徑向位移
為骨料溫度作用下的界面徑向位移
用彈性厚壁薄筒熱力學模型解答可得到：
其中：界面溫度作用的法向應力；
為骨料、水泥石的泊松比。
將方程（2）、（3）、（4）、（5）代入方程（1）中可得到：
從方程（6）不難看出，骨料與水泥石界面形成的法向應力大小與混凝土的齡期和溫差正相關，由彈性力學可以得到下面方程：
其中：為骨料中心到水泥石中任一點的距離。
從以上三個方程可以得出，骨料與水泥石的界面處應力最大。在混凝土放熱時，骨料中會形成徑向壓力；在混凝土降溫過程中，水泥石中形成徑向和環向拉力。骨料與水泥石的交接面處最薄弱，所以在放熱與降溫的過程中形成的拉應力大于界面的粘結力，就這導致界面裂縫的產生[5]。
4 大體積混凝土溫度裂縫擴展規律
4.1 混凝土水化放熱時裂紋擴展規律
前文已經介紹溫度變化引起骨料和水泥石的膨脹不均勻變化，便會在其交界面形成裂縫。為了研究裂縫在溫度不斷升高的過程中擴展規律，可采用斷裂力學來對這個問題進行分析。簡化的裂縫終端應力強度可以用以下方程表示：
其中：
為裂縫尖端處的斜率且
對于簡化的裂縫，可以得知：
可得到的表達式：
將方程（12）、（14）代入可得：
根據輕度因子與能量釋放之間的相互關系可以得到能量釋放率的表達式：
裂縫斷裂穩定機理是：
這里的K為裂縫阻力曲線，根據相關研究資料K的表達式為：
其中：為初始縫隙的長度
為斷裂常數，可根據實驗確定。
將方程（18）、（19）代入方程（17）M行整理得到：
從以上的表達式可以看出，在水泥水化放熱的過程中會導致骨料和水泥石界面的開裂，隨著水化放熱溫度不斷升高裂縫不斷發展，就引起在溫度升高過程中的累計損傷效應。
4.2 混凝土冷卻時裂紋擴展規律
在混凝土降溫冷卻中也會在骨料與水泥石界面產生最大的拉力作用，此時的最大壓應力表達式為：
根據簡化的模型圖，可得到裂縫的應力強度表達式：
應力強度與應變能釋放關系可以得到能量釋放率的表達式：
裂縫斷裂穩定機理是：
為實驗得到的阻力曲線，水泥石裂縫阻力曲線表達式為：
其中：為開始的微觀裂紋長度
為斷裂常數
將方程（23）、（25）代入方程（24）進行整理得到：
以上的表達式可以看出，水泥水化熱是導致骨料和水泥石界面的根本原因，裂縫的大小與溫度成正比。
5 結論
大體積混凝土溫度裂縫的形成和擴展受溫差和混凝土的齡期制約；在水泥水化放熱的過程中會導致骨料和水泥石界面的開裂，隨著水化放熱溫度不斷升高裂縫不斷發展，就引起在溫度升高過程中的累計損傷效應；大體積混凝土水化熱導致裂縫的產生，在升溫的過程中裂縫不斷的出現與擴大，這就必然會引起大體積混凝土構件的損傷，當損傷達到一定程度后裂縫的寬度不斷變大，由微觀變為宏觀，將造成構件的失穩擴展。
參考文獻：
[1]劉寧，呂泰仁.隨機有限元及其工程應用[J].力學進展，2014，27（05）：463-468.
[2]李繼業，王仲發等.大體積硅結構防止產生裂縫的措施[J].山東農業大學學報，2015，28（0l）：51-55.
[3]歸樹茂.大體積混凝土基礎內部溫度的變化規律及對策研究[J].建筑技術，2013，27（02）：18-19.
水的溫度與體積的變化關系范文6
【關鍵詞】大體積混凝土；裂縫；原因；防治措施
所謂大體積混凝土，《普通混凝土配合比設計規程》（JGJ55-2000）中明確定義為：“混凝土結構物實體最小尺寸等于或大于1m，或預計會因水泥水化熱引起混凝土內外溫差過大而導致裂縫?！狈矊俅篌w積混凝土都有一些共同的特征結構厚實、混凝土量大、工程條件復雜、施工技術高、水泥水化熱使結構產生溫度和收縮變形等。在大體積混凝土工程施工中，由于水泥水化熱引起的混凝土內部溫度和溫度應力劇烈變化從而導致混凝土發生裂縫，因此控制混凝土澆筑塊體因水化熱引起的溫升、混凝土澆筑塊體的內外溫差及降溫速度，防止混凝土出現有害的溫度裂縫包括混凝土收縮是其技術的關鍵。
一、大體積混凝土裂縫的主要類型
（一）干縮裂縫
混凝土干縮主要和混凝土的水灰比、水泥的成分、水泥的用量、集料的性質和用量、外加劑的用量等有關。是混凝土內外水分蒸發程度不同而導致變形不同的結果：混凝土受外部條件的影響.表面水分損失過快，變形較大，內部濕度變化較小變形較小，較大的表面干縮變形受到混凝土內部約束，產生較大拉應力而產生裂縫。
（二）塑性收縮裂縫
塑性收縮是指混凝土在凝結之前，表面因失水較快而產生的收縮?；炷猎诮K凝前幾乎沒有強度或強度很小，受高溫或較大風力的影響，混凝土表面失水過快，造成毛細管中產生較大的負壓而使混凝土體積急劇收縮，而此時混凝土的強度又無法抵抗其本身收縮，因此產生龜裂。
（三）沉陷裂縫
沉陷裂縫的產生是由于結構地基土質不勻、松軟，或回填土不實或浸水而造成不均勻沉降所致?；蛘咭驗槟０鍎偠炔蛔恪⒛０逯伍g距過大或支撐底部松動等導致混凝土出現沉陷裂縫。特別是在冬季，模板支撐在凍土上。凍土化凍后產生不均勻沉降，致使混凝土結構產生裂縫。
（四）溫度裂縫
混凝土內部和外部的溫差過大會產生裂縫。溫度裂縫多發生在大體積混凝土表面或溫差變化較大地區的混凝土結構中?；炷翝沧⒑螅谟不^程中，水泥水化產生大量的水化熱。由于混凝土的體積較大，大量的水化熱聚積在混凝土內部而不易散發，導致內部溫度急劇上升。而混凝土表面散熱較快，這樣就形成內外的較大溫差。較大的溫差造成混凝土內部與外部熱脹冷縮的程度不同，使混凝土表面產生一定的拉應力。當拉應力超過混凝土的抗拉強度極限時.混凝土表面就會產生裂縫，這種裂縫多發生在混凝土施工中后期。
二、影響大體積混凝土裂縫的主要因素
（一）水泥水化熱的影響
大體積混凝土由于結構物斷面大，自身的導熱性能又較差，澆灌后，在硬化期間，水泥放出大量的水化熱。水泥水化熱聚集在結構物的內部不散失而引起升溫，引起不均勻膨脹與收縮，當受到約束時，就會導致混凝土開裂。水化熱與水泥用量、水泥品種有關，并隨混凝土的齡期按指數關系增長。
（二）澆筑溫度與外界氣溫的影響
在東北冬季澆筑混凝土，由于環境溫度較低，內部與表面溫度差很大，特別是大體積混凝土基礎結構平面尺寸很大時，澆筑溫度對混凝土內部裂縫的開展影響明顯，容易產生表面裂縫或貫穿性裂縫。因此澆筑溫度是不可忽視的因素之一。
（三）約束條件的影響
結構物在變形過程中，由于約束條件的存在，必然會受到一定的約束或抑制而阻礙變形。若沒有約束，無論內部溫度和外部溫度如何變化，都不會引起開裂。對于大體積混凝土來說，它總是置于一定的基底之上，這個約束產生的應力大于混凝土的抗拉強度時就引起開裂，直至貫穿。
（四）混凝土的收縮變形的影響
在大體積混凝土中，僅有20%左右的水分是水泥水化所必須的，尚有80%的游離水分需要蒸發，多余水分蒸發所引起的混凝土體積收縮稱為收縮變形。因此，混凝土的收縮變形在約束力的作用下，在其內部就會產生拉應力，從而引起混凝土的開裂。
三、防治裂縫的措施
為了有效地控制有害裂縫的出現和發展，可采取如下措施：
（一）降低水泥水化熱
1.采用低水化熱或中水化熱的水泥品種配制混凝土。
2.充分利用混凝土的后期強度或60d強度，減少水泥用量。試驗結果表明，每增加10公斤水泥用量，其水化熱將使混凝土的溫度相應升高1℃。
3.盡量選用粒徑較大，級配良好的粗骨料，摻和粉煤灰等摻合料，或摻入相應的減水劑緩凝劑，改善混凝土和易性，從而降低水灰比，以達到減少水泥用量、降低水化熱的目的。
（二）降低混凝土的入模溫度
1.選擇較適宜的溫度澆注大體積混凝土，灌筑溫度控制在8-10℃，入模溫度控制在5℃左右。
2.摻入相應的緩凝型減水劑。
3.混凝土入模時，采取通風散熱措施，加快熱量的散失。
（三）加強施土中的溫度控制
1.在混凝土澆注之后，做好混凝土的保溫保濕，緩緩降溫，降低溫度應力。冬季施工應采取措施保溫覆蓋，以免產生急劇的溫度梯度?；炷翝沧⑼瓿珊?，應進行保濕養生，并應隨混凝土內部溫度的升高，逐漸提高養護溫度，在整個養生過程中要密切關注混凝土溫度變化，隨時調節養護溫度，嚴格控制降溫速率在0.9-1.5℃/h，保證大體積混凝土的內在質量。
2.采取長時間的養護，規定合理的拆模時間，延緩降溫時間和速度，充分發揮混凝土的應力松弛效應。
3.加強溫度監測與管理，實行信息化控制，隨時控制混凝土內溫度變化，內外溫差控制在25℃以內，基面溫差和基底面溫差均控制在20℃以內。
（四）改善約束條件，減少溫度應力
1.分層或分塊澆注大體積混凝土，合理設置水平或垂直施工縫，或在適當的位置設置施工后澆帶，以放松約束程度，減少每次澆注長度的蓄熱量，以防止水化熱的積聚，減少溫度應力。
2.在大體積混凝土基礎與巖石地基，或基礎與厚大的混凝土墊層之間設置滑動層，如采用平面澆瀝青膠鋪砂，或刷熱瀝青，或鋪卷材。在垂直面，鍵槽部位設置緩沖層，可用鋪設30-50mm厚瀝青木絲板或聚苯乙烯泡沫塑料，以消除嵌固作用，釋放約束應力。
四、結語
裂縫問題是混凝土結構中普遍存在的一種現象，它的存在特別是危害裂縫的存在，會影響建筑物的承載能力和使用功能。而大體積混凝土結構裂縫控制涉及的環節很多，只要采取了切實有效的防治措施，取得工程建設的成功是有切實保障的。
參考文獻
[1]李光文.初探大體積混凝土裂縫的原因及預控措施[J].四川建筑,2009(5).
[2]花磊.大體積混凝土裂縫分析及應對措施[J].工程施工,2011(10).
[3]高冬.大體積混凝土裂縫產生原因及其預防控制措施[J].工程,2012(3).
