考虑环境因素的大体积混凝土水化热损伤预测模型

摘要

【目的】大体积混凝土早期水化放热导致的温度梯度与拉应力集中，现有评价方法多依赖三维有限元分析与现场应力监测，难以在施工方案比选阶段实现快速定量评估，针对这一问题提出一种考虑环境因素的水化热损伤快速预测方法。【方法】基于热传导方程与连续损伤力学，构建“最大温差预测-温差分布-热应变计算-损伤演化”的显式预测链。以绝热温升、环境温度、入模温度、水灰比和浇筑层厚度为关键变量；引入以热扩散特征长度为依据的耦合参数ω,用以表征配合比与几何尺寸对热累积的协同作用，并通过15组参数化有限元数值试验完成参数回归标定；将厚度方向温差分布近似为指数分布，并在典型路径上开展误差对比；将损伤变量定义为刚度退化指标，明确其与微裂纹及宏观裂缝阈值的对应关系。【结果】在绝热温升50～70℃、环境温度12～28℃、入模温度10～30℃、水灰比0.30～0.40、浇筑层厚度2～3 m的范围内，最大温差预测值与有限元结果的相关系数R²=0.96,温差分布相关系数均大于0.94;损伤分布与有限元计算的高风险区域一致，可识别出距外表面1.2 m范围内的潜在裂缝敏感区（工况15）。【结论】所建模型为参数化显式计算模型，适用于施工前温控方案快速比选与开裂风险分区；模型系数在上述参数范围内完成标定，超出该范围时需结合现场监测或扩展样本重新校准。

关键词

大体积混凝土 / 水化热 / 环境因素 / 温差预测 / 温度应变 / 连续损伤力学 / 裂缝风险区 / 快速评估