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整理)水的比热

2020-11-08 11:31 作者:美高美官网 点击:

  (整理)水的比热:_理化生_高中教育_教育专区。精品文档 2、水的比热: 把单位质量的水升高 1℃所吸收的热量,叫做水的比热容,简称比热,水的比热为 4.2x103[焦/克.℃)]。 3、水的汽化热: 在一定温度下单位质量的水完全变成同温度的气态水

  精品文档 2、水的比热: 把单位质量的水升高 1℃所吸收的热量,叫做水的比热容,简称比热,水的比热为 4.2x103[焦/克.℃)]。 3、水的汽化热: 在一定温度下单位质量的水完全变成同温度的气态水(水蒸气)所需的热量,叫做水的 汽化热。(水从液态转变为气态的过程叫做汽化,水表面的汽化现象叫做蒸发,蒸发在 任何温度下都能进行) 4、冰(固态水)的溶解热: 单位质量的冰在熔点时(0℃)完全溶解为同温度的水所需的热量,叫做冰的溶解热。 5、水的密度: 在一个大气压下(105Pa),温度为 4℃时,水的密度为最大(1g/cm3),当温度低于或 高于 4℃时,其密度均小于 1g/cm3。 6、水的压强: 水对容器底部和侧壁都有压强(单位面积上受的压力叫做压强)。水内部向各个方向都 有压强;在同一深度,水向各个方向的压强相等;深度增加,水压强增大;水的密度增 大,水压强也增大。 7、水的浮力: 水对物体向上和向下的压力差就是水对物体的浮力。浮力总是竖直向上的。 8、水的硬 度: 水的硬度是指水中含有的钙、镁、锰离子的数量(一般以碳酸钙来计算)。 硬度单位:mg/L(毫克/升),mmol/L(毫克当量/升),PPM(个/百万),GPG(格令/加 仑) 天然水有哪些特性 水在常温下呈液态存在,具有一般液体的共性。与其它液体相比,又有许多独特的性质。 (1)水在 0~4℃范围内不是热胀冷缩,而提冷胀热缩,即温度升高,体积缩小,密度增大。 精品文档 精品文档 (2)在所有的液体中,水的比热容最大,为 4.18 焦耳/克度。因此水可作为优质的热交换 介质,用于冷却、储热、传热等方面。 (3)常温下(0~100℃),水可以出现固、液、气三相变化,帮利用水的相热转换能量是 很方便的。 (4)在液体中,除了汞(Hg)以外,水的表面能最大。 (5)水溶解及反应能力极强。许多物质不但在水中有很大的溶解度,而且有最大的电离度。 (6)水的导电性能是随着水中含盐量的增加而增大。 第四章 水泥 一.硅酸盐水泥 (一)硅酸盐水泥的组成、生产过程、矿物组成特性、以及与水泥性能 的关系。 (二)硅酸盐水泥的水化凝结过程、水化产物及水泥石的组成。硅酸盐 水泥的凝结硬化与水泥石性能的关系,养护温度、湿度对水泥水化及凝 结硬化的影响。硅酸盐水泥的强度发展规律。 (三)硅酸盐水泥的细度、凝结时间、体积安定性、标号、等技术要求 及实用意义。 (四)六种典型介质(软水及含硫酸盐、镁盐、碳酸盐、一般酸、强碱 的水)对水泥石的腐蚀作用及防止水泥石腐烂的措施,水泥石受腐蚀的 内因。 (五)硅酸盐水泥的性质与应用。水化热、抗碳化性对水泥应用的影响 及水泥 存放的条件。 精品文档 精品文档 二.掺混合材料的硅酸盐水泥 (一)普通硅酸盐水泥、矿渣、火山灰质、粉煤灰及复合硅酸盐水泥的组成、细度、 凝结时间、体积安定性标号等技术要求,复合硅酸盐水泥的性质和应用。 (二)掺活性混合材料的硅酸盐水泥的水化速度慢、早期强度低、后期强度高、 水化热低、耐腐蚀性较好、适合高温养护的原因。 (三)普通硅酸盐水泥、矿渣、火山灰质、粉煤灰硅酸盐水泥的性质与应用及 其后三种水泥的共性与特性。 (四)高铝水泥、快硬、白色与彩色硅酸盐水泥、膨胀、1 型低碱硫铝酸盐与快 硬硫铝酸盐水泥的组成、硬化特点、主要技术要求、主要性质与应用。 第五 章 混凝土 一。普通混凝土的组成、特点及各组成材料在混凝土中的作用。混凝土的四项基 本要求。 二.水泥品种及标号的选择依据、对混凝土用细、粗骨料的质量要求以及混凝土 对拌合用水的要求;质量要求对混凝土的经济、技术影响;骨料颗粒级配的评定、 细骨料的细度模数和粗骨料最大粒径的确定。 三.影响混凝土拌合物和易性的主要因素与和易性的测定方法、水灰比的适宜范 围及混凝土拌合物坍落度指标的选定原则;和易性对混凝土质量的影响,用水 量、水灰比及砂率对和易性影响;混凝土拌合物和易性的涵义、调整和易性的 原则、合理砂率对配制混凝土的重要意义。 四.普通混凝土的结构和性质: (一)普通混凝土的宏观结构特征及其对混凝土性质的影响与混凝土显微结构 所显示的结构特征。 (二)轴心抗压强度和抗拉强度的确定及其与立方体抗压强度之间的大致关系 。立方体抗压强度、立方体抗压强度标准值及强度等级的确定。影响混凝 精品文档 精品文档 土强度的诸因素、水灰比对强度影响的规律、强度经验公式的运用、不同龄期 混凝土强度的估算方法及提高混凝土强度的主要措施。 (三)混凝土变形的类别(化学收缩、干缩变形、温度变形及荷载作用下的变 形)产生原因、特点、影响因素及其危害。普通混凝土的耐久性(抗渗性、抗冻 性、抗侵蚀性、碳化及碱-骨料反应)的概念与提高耐久性的措施。 五.混凝土的质量评定:常用统计量(平均值、标准差、变异系数)的意 义,,直方图和频率分布曲线,正态分布曲线和正态概率密度函数,混凝土 强度保证率,混凝土配制强度。 六.普通混凝土配合比设计。 七.混凝土外加剂的作用及主要种类。 八.轻混凝土:轻骨料的种类及技术性质,轻骨料混凝土拌合物和易性,轻骨 料混凝土的特点及配合比设计,加气混凝土的生产特点及用途。 第六章 建筑砂浆 一.砂浆的技术性质:新拌砂浆的和易性(流动性及保水性),硬化砂浆的强 度(砂浆的抗压强度、强度等级与影响强度的因素)。 二.砌筑砂浆:组成材料(胶凝材料、细骨料、水、掺合料与外加剂),砂浆 配合比选择(砌筑砂浆的种类、强度等级的选择及配合比设计)。 三.抹灰砂浆:抹灰砂浆的种类(普通、装饰及特种抹面砂浆)及应 用。 精品文档 首先来分析一下水泥的硬化过程: 精品文档 水泥配上适当分量的水后,调和成浆,经过相当时间,凝固成块,最后成为坚硬如石 的物体,这一过程叫做水泥的硬化。硬化时发生下列反应: 3CaO·SiO2+2H2O=2CaO·SiO2·H2O+Ca(OH)2 (水解) 2CaO·SiO2+H2O=2CaO·SiO2·H2O (水化) 3CaO·Al2O3+6H2O=3CaO·Al2O3·6H2O (水化) 第一个反应生成的 Ca(OH)2 由于开始时量少而溶解,随着量的增多,变成饱和溶液而后 析出胶体 Ca(OH)2,引起水合硅酸钙和水合铝酸钙凝成凝胶状胶体,这时水泥具有可塑性。 胶状物经过一段时间,渐渐变结实,水泥就失去可塑性而凝结了。由于以上反应随着时间增 加从水泥表面向内部慢慢进行,使凝胶更多且更结实。同时在形成胶体时,氢氧化钙凝胶和 水合铝酸钙开始结晶,随着时间的增加,结晶的量增多,形成的晶体和无定形水合硅酸钙相 结合,使之机械强度不断增大而硬化。 在水泥组成中,与水作用的速率最大的是铝酸三钙和硅酸三钙,因此它们的含量对水 泥的凝结硬化速率起着主要作用。当加入石膏时,硫酸钙和铝酸三钙作用,生成难溶的铝硫 酸钙。由于这种化合物的生成,减小了铝酸三钙的作用,使胶凝速率变慢,因而延迟水泥的 凝结时间和硬化速率。 温度对混凝土强度和外观的影响 100~150℃时,混凝土通过自蒸作用失去自由水,导致 Ca(OH)2 晶体进一步结晶,未水化的进一步水化, 使混凝土硬而致密,强度增加。160~370℃。混凝土失去水化硅酸钙所吸附的物理水和水化铝酸钙中的水, 使混凝土收缩。400~600℃,Ca(OH)2 晶体失水引起晶体破坏,使混凝土强度大大下降。因此,混凝土受热 温度低于 300℃,温度升高对混凝土强度影响不大,甚至使强度增强;受热温度高于 300℃,混凝土的脱水 收缩超过热膨胀,混凝土体积缩小,而砂子、石子等骨料受热时不断膨胀。两者相反作用的结果,使混凝 土发生龟裂,强度下降;400~600℃,由于 Ca(OH)2 晶体失水,发生晶体破坏,使混凝土失去骨架,并且 骨料中的石英在 560℃由低温型相变为高温型,体积突然膨胀,使混凝土裂缝变大,强度急剧下降。普通 混凝土都经不起 600℃高温长时间作用,通常把 600℃称为混凝土破坏性温度。700~900℃混凝土中的 CaCO3 发生分解,使混凝土粉化,强度丧失殆尽。 3.1 温度裂缝 3.1.1 产生的原因和特征 水泥水化过程中产生大量的热量,每克水泥放出 502J 的热量,如果以水泥用量 350~550kg/m3 来计算, 每 m3 混凝土将放出 17500~27500KJ 的热量,从而使混凝土内部温度升高, 在浇筑温度的基础上,通常升 高 35℃左右。如果按着我国施工验收规范规定浇筑温度为 28℃ 则可使混凝土内部温度达到 65℃左右。但 是,如果没有降温措施或浇筑温度过高,混凝土内部温度高达 80~90℃的情况也时有发生,例如 XX 大厦 精品文档 精品文档 在浇筑筏板反梁基础的大体积混凝土的内部温度,经实际测定高达 95℃。水泥水化热在 1~3 天可放出热 量的 50%,由于热量的传递、积存,混凝土内部的最高温度大约发生在浇筑后的 3~5 天,因为混凝土内部 和表面的散热条件不同,所以混凝土中心温度低,形成温度梯度,造成温度变形和温度应力。温度应力和 温差成正比,温度越大,温度应力也越大。当这种温度应力超过混凝土的内外约束应力( 包括混凝土抗拉 强度)时,就会产生裂缝。这种裂缝的特点是裂缝出现在混凝土浇筑后的 3~5 天,初期出现的裂缝很细, 随着时间的发展而继续扩大,甚至达到贯穿的情况。 3.1.2 影响因素和防治措施 混凝土内部的温度与混凝土厚度及水泥品种、用量有关。混凝土越厚,水泥用量越大,水化热越高的 水泥,其内部温度越高,形成温度应力越大,产生裂缝的可能性越大。 对于大体积混凝土,其形成的温度应力与其结构尺寸相关,在一定尺寸范围内,混凝土结构尺寸越大, 温度应力也越大,因而引起裂缝的危险性也越大,这就是大体积混凝土易产生温度裂缝的主要原因。因此 防止大体积混凝土出现裂缝最根本的措施就是控制混凝土内部和表面的温度差。 轻集料混凝士的热物理系数 导热系数 比热容 轻集料混凝土技术规程 JGJ51-90 导温系数 表 3.2.7 蓄热系数 密度 等级 λd λc (W/m·k) Cd Cc (kJ/kg·k) ad ac (㎡/h) Sd24 Sc24 (W/㎡.K) 800 0.23 0.30 0.92 1.25 1.38 0.84 900 0.26 0.33 0.92 1.22 1.33 0.84 1000 0.28 0.36 0.92 1.20 1.37 0.84 1100 0.31 0.41 0.92 1.23 1.36 0.84 1200 0.36 0.47 0.92 1.29 1.43 0.84 1300 0.42 0.52 0.92 1.38 1.48 0.84 1400 0.49 0.59 0.92 1.50 1.56 0.84 1500 0.57 0.67 0.92 1.63 1.66 0.84 1600 0.66 0.77 0.92 1.78 1.77 0.84 1700 0.76 0.87 0.92 1.91 1.89 0.84 1800 0.87 1.01 0.92 2.08 2.07 0.84 1900 1.01 1.15 0.92 2.26 2.23 0.84 3.37 3.73 4.10 4.57 5.12 5.73 6.43 7.19 8.01 8.81 9.74 10.70 4.17 4.55 5.13 5.62 6.28 6.93 7.64 8.44 9.30 10.20 11.30 12.40 注:①轻集料混凝土的体积平衡含水率取 6%。 ②膨胀矿渣珠混凝土的导热系数可按比表列数值降低 25%取用或通过试验确定。 精品文档 精品文档 表 1 土壤各种成分的性质分数成分 成分 液体水 空气 石英 其它矿物值 有机质 I(下标) 1(l) 2(a) 3(s) 4(s) 5(s) CI/(J/cm3·C) 4.18 1.3×10-3 1.92 1.92 2.51 热平衡计算(以一立方码混凝土为计算单位)1 立方码=0.76 立方米 混凝土成分 重量 (Ib 磅) 粗骨料(不含水) 1,800 粗骨料含水量 (1.5%) 27 细骨料(不含水) 1,400 细骨料含水量 70 (5%) 需加水 193 水泥 570 温 度比 热热 容 量 热焓(Btu) (?F) (Btu/Ib.?F)(Btu/yd.?F) 90 0.2 360 32,400 90 1.0 27 2,430 82 0.2 280 22,960 82 1.0 70 5,740 75 1.0 193 14,475 120 0.2 114 13,680 精品文档 精品文档 总计 1,044 91,685 拌合后混凝土温度=91,685/1,044=87.8?F(31?C) 混凝土温度控制的主要目的是使因温差产生的拉应力小于同期混凝土抗 拉强度的标准值,并有一定的安全系数。为计算温差,就要事先计算混 凝土内部的最高温度,它是混凝土浇筑温度、实际水化热温升和混凝土 散热温度的总和。混凝土内部的最高温度大多发生在浇筑后的 3~7 天。 混凝土内部的最高温度 Tmax 可按下式计算: Tmax=To+(WQ)/(Cr)ξ +(F)/(5O) (1) 式中:T0——混凝土的浇筑温度(℃) W——每 m3 混凝土中水泥(矿渣硅酸盐水泥)的用量(kg/m3) F——每 m3 混凝土中粉煤灰的用量(kg/m3) Q——每 kg 水泥水化热(J/kg) C——混凝土的比热 r——混凝土的密度 ξ ——不同厚度的浇筑块散热系数(见表 1) 不同厚度的浇筑块散热系数 表1 厚度(m) 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0 3.5 4.0 >4.0 ξ 0.23 0.35 0.48 0.61 0.73 0.83 0.95 1.0 实测资料显示,当基础板厚大于 2 米时,上述公式的相对误差在 0.1%~1.3% 之间,在计算温差后,即可计算出降温阶段混凝土内部的温度应力 σ(2)xmax σxmax=Eα△ T(1-(1)/(cosh βL/2))H(t,τ)………(2) 式中:E——混凝土的弹性模量(N/mm2) α——混凝土的线/℃) △ T——温差(℃) L——板长(mm) β=Cx/HE 精品文档 精品文档 H——板厚(mm) H>0.2L 时,取 H=0.2L Cx——地基水平阻力系数(N/mm3) H(t,τ)…考虑徐变后的混凝土松驰系数, 其中,t——产生约束应力时的龄期,τ——约束应力延续时间。 注意同期内由于混凝土收缩引起的应力应转化为当量温差,计入△ T 一并计算 σxmax。 由(1)、(2)分析可知:为避免裂缝出现,主要是减少△ T。可采用合理选用材料, 降低水泥水化热,优化混凝土集料的配合比,控制水灰比,减少混凝土的干缩,具 体控制措施见后。如有可能,减少浇筑长度 L,增加养护时间减少降温速率以相应 减少松驰系数对控制贯穿裂缝也有一定的意义。 2、地下室混凝土墙板及楼板的裂缝分析 地下室墙板的裂缝产生与基础大体积混凝土裂缝产生的原因有相同之处,即混 凝土在硬化过程中由于失水会产生收缩应变,在水泥水化热产生的升温达到最高点 以后的降温过程会产生温度应变。但又有其特点:一是墙板受到基础、外围楼板受 到地下室外墙的极大约束,这种约束远大于桩基对基础的约束,产生贯穿裂缝的机 率大。二是内墙板及楼板受环境温度影响较大。三是内外温差小,产生表面裂缝的 机率小。四是养护困难,散热快、降温速率大,混凝土的松驰徐变优势难以利用, 在气温骤变季节尤应注意。 在计算板内最大拉应力时仍可利用公式(2),但有以下几点应注意: 1)H 取 0.2L,L 为整浇长度; 2)Cx 取值应大于 1.5N/mm3 因为连接部位有较强钢筋约束; 3)计算温差△ T 时,要考虑底板及外墙(兼作围护情况下)紧靠土体,受环境温 差小,而被它们约束的墙板及周边楼板在施工过程中基本同外界温度同步变化。 4)若底板墙板施工间隔过长、外墙兼作围护时,则在计算混凝土收缩时应注意 约束体与被约束体的收缩期不同,收缩量也不相同。 3、高强混凝土裂缝分析 目前高层建筑中已广泛使用 C40~C60 中高强混凝土,随着材料科学的迅速发 展,C80~C120 的高强混凝土在具体工程中已有应用。由于高强混凝土采用的配 合比设计多为低水灰比、高标号水泥、高水泥用量、使用高效减小剂及掺加超细矿 粉。这样其收缩机制与普通混凝土就有所不同。 高强混凝土由于其水泥用量大多在 450~600kg/m3),是普通混凝土的 1.5~2 倍。这样在混凝土生成过程中由于水泥水化而引起的体积收缩即自缩就大于普通混 凝土,出现收缩裂缝的机率也大于普通混凝土。 高强混凝土因采用高标号水泥且用量大,这样在混凝土硬化过程中,水化放热 量大,将加大混凝土的最高温升,从而使混凝土的温度收缩应力加大。在叠加其他 因素的情况下,很有可能导致温度收缩裂缝。由于高强混凝土中水泥石含量是普通 混凝土的 1.5 倍,在硬化早期由于水分蒸发引起的干缩也将大于普通混凝土。 二、裂缝的控制措施 1、设计措施 1)增配构造筋提高抗裂性能,配筋应采用小直径、小间距。全截面的配筋率应 在 0.3~0.5%之间。 2)避免结构突变产生应力集中,在易产生应力集中的薄弱环节采取加强措施。 3)在易裂的边缘部位设置暗梁,提高该部位的配筋率,提高混凝土的极限拉伸。 4)在结构设计中应充分考虑施工时的气候特征,合理设置后浇缝,在正常施工 精品文档 精品文档 条件下,后浇缝间距 20~30m,保留时间一般不小于 60 天。如不能预测施工时的 具体条件,也可临时根据具体情况作设计变更。 2、施工措施 1)严格控制混凝土原材料的的质量和技术标准,选用低水化热水泥,粗细骨料 的含泥量应尽量减少(1~1.5%以下)。 2)细致分析混凝土集料的配比,控制混凝土的水灰比,减少混凝土的坍落度, 合理掺加塑化剂和减少剂。 3)浇筑时间尽量安排在夜间,最大限度降低混凝土的初凝温度。白天施工时要 求在沙、石堆场搭设简易遮阳装置,或用湿麻袋覆盖,必要时向骨料喷冷水。混凝 土泵送时,在水平及垂直泵管上加盖草袋,并喷冷水。 4)根据工程特点,可以利用混凝土后期强度,这样可以减少用水量,减少水化 热和收缩。 5)加强混凝土的浇灌振捣,提高密实度。 6)混凝土尽可能晚拆模,拆模后混凝土表面温度不应下降 15℃以上,混凝土 的现场试块强度不低于 C5。 7)采用两次振捣技术,改善混凝土强度,提高抗裂性。 8)根据具体工程特点,采用 UEA 补偿收缩混凝土技术。 9)对于高强混凝土,应尽量使用中热微膨胀水泥,掺超细矿粉和膨胀剂,使用 高效减水剂。通过试验掺入粉煤灰,掺量 15%~50%。 蒸汽加热养护混凝土升温和降温速度 结构表面系数(m-1) 升温速度(°C/h) =6 15 6 10 注:厚大体积的混凝土,应根据实际情况确定。 表 4.4 降温速度(°C/h) 10 5 淮安枢纽立交地涵采用的混凝土配合比和性质参数见下表。 混凝土各材料配合比和性质参数 单位 水 水泥 粉煤灰 JM-3# 砂 石子 总计 重量 kg 141 250 63 2.817 582 1260 2399 百分比 % 5.88 10.42 2.63 0.13 24.26 52.52 100 密度 ρ kg/m3 1000 3100 3100 3100 2660 2660 2399 导热系数 λ kJ/(m.h.℃) 2.160 4.593 4.593 4.593 11.099 10.467 8.924 比热 c kJ/(kg.℃) 4.187 0.536 0.536 0.536 0.745 0.708 0.867 热胀系数 α 10-5m/℃ 1.85(水泥浆) 0.86(石子,砂) 1.10 精品文档 精品文档 表 1 混凝土及岩石的热学力学参数 材 弹模 泊松 容重 线胀系数 料 (GPa) 比 (t/m3) (1/℃) 导温系 数 (m2/h) 比热 导热系数 表面散热系数 (kJ/t·℃) (kJ/m·h·℃) (kJ/m2·h·℃) 混 30 0.17 2.5 0.000008 3.6×10 870 7.83 41 凝 -3 土 基 15 0.2 2.4 0.000008 3.6×10 870 7.52 41 岩 -3 精品文档

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