مطابق تعاریف موجود در استاندارد ACI 207.1R ، بتن حجيم بتني است كه نياز به تمهيدات ويژه اي براي كاهش دما داشته باشد . افزايش دما در بتن حجيم منجر به انبساط داخلي وترك خوردگي آن مي گردد ، از اين رو لزوم كنترل حرارت در آن احساس مي گردد .
تحليل حرارتي حين اجرا به دلايل ذيل انجام مي گيرد :
1- تعیین حداكثر دماي اجراي بتن جهت جلوگيري از ترك خوردگي
2- محاسبات سيستم پيش سرمايش و پس سرمايش .
3- تعیین عرض بلوكها
4- تعیین ضخامت ليفت هاي بتن
5- تعیین فواصل زمانی بین اجرای دو لیفت بتنی
6- تعیین بهترین زمان آغاز اجرای بتن
7- تعیین بهترین آرایش برای ابزار دقیق حرارتی
مبانی نظری توزيع حرارت در بتن حجيم
از آنجا که سازه هاي بتني حجيم، اغلب به صورت یک جا اجرا نمي شوند و بتن ریزی آنها به صورت تدريجي انجام می شود ، محاسبه توزيع حرارت در بتن حجيم مقوله پيچيده اي خواهد بود.
همچنین علاوه بر مشخصه های حرارتی بتن و دمای اولیه آن، پارامترهای دیگری نظیر فاصله زمانی بين بتن ریزی لايه های متوالی و میانگین دمای محیط ، بر نحوه توزيع حرارت در سازه هاي بتنی حجيم تأثیر می گذارد .
بطور کلی ، جهت حصول نتايج مناسب و دقيق، حل معادله ديفرانسيل حرارت لازم است . اين كار امروزه با توجه به امكانات كامپيوتري، از طريق روش اجزاي محدود يا تفاضلات محدود انجام ميگيرد .
معادله كلي توزيع حرارت به صورت رابطه شماره 1 بيان مي گردد :
(1) 
در این رابطه ، معادله پخش حرارت در یک جسم نسبت به زمان(1) بيان شده است . در صورتي كه پخش حرارت به صورت پايدار مد نظر باشد، معادله به صورت رابطه شماره 2 در مي آيد:
(2) 
كه در آنها :
T : دمای جسم ، k : ضريب انتقال حرارت ، r : جرم حجمي ماده ، c : گرماي ويژه و w : توليد حرارت در داخل جسم می باشد.
آنچه در اين معادلات اهميت زيادي پيدا مي كند اعمال شرايط مرزي مي باشد.شرايط مرزي را می توان به روشهای زیر اعمال نمود:
1- نقاط گرهي با دماي مشخص
نقاطي كه جسم ( بتن ) در تماس با ماده اي با دماي مشخص قرار گرفته از نوع نقاط گرهی با دمای مشخص مي باشند . اين شرط مرزي به شرط مرزي ديريكله(Dirichlet) نيز موسوم است .
نمونه ای از این نقاط، سطح تماس بتن با سنگ پي که دارای دماي مشخصی است ، ميباشد .اين شرط مرزي به صورت رابطه شماره 3 بيان ميشود :
(3) 
2- حرارت با ميزان جريان معين
هرگاه در برخي از مرزها ميزان حرارت خارج شده از سطح بتن حجیم تعريف گردد . با تعريف اين نوع شرط مرزي ميتوان خروج حرارت را در مرزهاي مشخص شده تعیین نمود . مثالي از اين دست ، سازه هاي متقارن می باشند كه در آنها می توان جريان حرارت را در جهت عمود بر محور تقارن برابر صفر منظور نمود .سازه هاي داراي ابعاد طولي نسبتا بزرگ نيز مثال ديگري از اين دست هستند که در آنها ميتوان جريان حرارت در جهت افقي را تقريبا برابر صفر در نظر گرفت .اگر n بردار عمود بر مرز باشد، اين شرط مرزي به صورت رابطه شماره 4 بيان مي شود :
(4)
که در این رابطه ، q مقدار شار حرارتی خروجی در هر نقطه می باشد.
3- همرفت (Convection)
هرگاه بتن حجيم با يك سيال در تماس باشد ، مرز اين دو به صورت شرايط همرفتي تعريف
مي شود . در اين صورت دما مي تواند از بتن به سيال و يا بالعكس انتقال يابد . ميزان اين انتقال دما ، طبق قانون نيوتن به دماي سطح بتن ، دماي سيال ، شرايط سطح بتن و سرعت سيال بستگي دارد . اين شرط مرزي به صورت رابطه شماره 5 تعريف مي شود :
(5) 
در این رابطه ، T0 دمای سیال و h ضریب همرفتی می باشد.
4- تابش(Radiation)
قسمتي از حرارت به صورت تابشي، از محيط جذب شده يا به آن پس داده مي شود. اين شرط مرزي پيچيده ترين نوع آن مي باشد.يكي ازعوامل تولید انرژي حرارتی در بتن،تابش خورشيد مي باشد.
ميزان جذب انرژي مذكور به زاويه تابش خورشيد در هر فصل وهر ساعت از روز ، محل و موقعيت جغرافيايي قرار گيري سازه ، تعداد روزهاي ابري ، تعداد ساعات شب و روز ، زاويه سطح بتن با اشعه خورشيد و صافي سطح بتن بستگي دارد . در عمل اين شرط مرزي در محاسبات مربوط به تحلیل های حرارتی جز در شرایطی که محاسبات بسیار دقیق لازم باشد، اثر داده نميشود .
شرايط مرزي پیش گفته غالباً به طور دقيق قابل محاسبه نيستند . به عنوان مثال دماي هوا در طي شب و روز به طور پيش بيني نشده اي تغيير مي نمايد يا میزان رطوبت سطوح بتني قابل پيش بيني نبوده و در نتيجه ضرايب همرفت نامعين هستند، همچنين برنامه زمان بندي ساخت معمولاً حین اجرا دستخوش تغييراتي می گردد که در آغاز ، قابل پیش بینی نمی باشند. از اين رو عموماً شرايط ساده كننده اي در جهت اطمينان براي مرزها در نظر گرفته مي شود.
