水泥土比热的计算方法技术领域
本发明涉及一种水泥土比热的计算方法，主要应用于硬化完成后的水泥土比热计
算，可用于人工冻结水泥土法加固地基的温度场计算。
背景技术
随着城市人口数量不断增加，城市交通拥堵问题严重影响着人们正常出行。目前，
修建地铁已经成为缓解城市交通压力的重要方法。开挖地铁联络通是修建地铁的重要一
环，然而在采用人工冻结法开挖地铁联络通道后，周围地层产生冻胀、融沉现象，进而使土
的工程性质和邻近的建筑物受到不良影响，如造成地基失稳，地下管线发生破坏等。为减小
和抑制冻结法施工后冻胀融沉对附近环境的破坏，有些地区采用人工冻结水泥土改良法进
行土体加固。通过对冻结土体温度场模拟，预测冻结壁发展状况，为施工提供安全保障。比
热作为热物理参数，直接影响温度场模拟结果的准确性。
目前，测量比热的方法有混合量热法、差热分析法(DTA法)等。混合量热法是将已
知质量和温度的待测物放入到质量与温度均已知且装满水的量热器中，待量热器内温度稳
定后，根据混合前后温度变化量计算出待测物的比热。差热分析法(DTA法)是在程序控温
下，得出待测物质和参比物的温度差与温度或者时间的关系，进而得出待测物的比热。
上述比热的测试方法操作复杂、环境要求高、比热测量时间长，对于试验者理论和
操作要求较高，不适合在实际工程中应用。之前专利申请的砌体比热和钢筋混凝土构件比
热计算方法，在制作试样时，由于砖砌体结构和钢筋混凝土构件内部分别有砖、钢筋，容易
造成试样内部组成与施工现场构件内组成不等效，造成比热计算的误差较大。水泥土不含
有砖、钢筋等，制作的试样与施工现场构件内部组成相同。因此，很有必要对水泥土的比热
进行合理推定，进而可以直观的计算的确定水泥土的比热。该方法为人工冻结水泥土法加
固地基的温度场计算提供依据。
发明内容
为解决上述技术问题，本发明的目的是提供一种水泥土比热的计算方法，该方法
操作简单、原理清晰，能够直观的计算出水泥土比热值。
为实现上述目的，本发明采用的技术手段是提供一种水泥土比热的计算方法，该
方法包括以下步骤：
(1)根据水泥土的施工配合比，得到单位立方体水泥土所需土的质量m，制作边长
为0.0707m的立方体水泥土试样，计算水泥土试样体积V。利用单位立方体水泥土所需土的
质量m乘以水泥土试样的体积V，计算得水泥土试样内土的质量m1；将制备好的水泥土试样
放入标准养护箱，养护箱内的温度和湿度与施工期间的温度和湿度相同，测得水泥土试样
养护后的质量为m2，然后将水泥土试样放在105℃～110℃温度下的烘箱内烘干至恒重，测
得水泥土试样烘干后的质量m3，利用水泥土试样养护后的质量m2减去试样烘干后的质量m3
得到试样内孔隙水的质量；利用水泥土试样烘干后的质量m3减去试样内土的质量m1得到水
泥石质量。
(2)查询比热表，得到土、水和水泥石的比热分别为c1、c2、c3。
(3)按照公式(1)进行水泥土比热的计算：
式(1)中，c、c1、c2、c3分别代表水泥土、土、水、水泥石的比热。
本发明的效果是采用该水泥土比热的计算方法能够直观的计算得到水泥土的比
热，进而为人工冻结水泥土法加固地基的温度场计算提供依据。该方法具备计算原理清晰、
操作简单、精度高等特点，便于实际工程中水泥土比热的确定。通过计算值与混合法和差热
分析法(DTA法)所测比热值的对比，误差在1％与2％之间，精度的提高能够满足实际工程中
热值的应用，进而保证温度场计算的准确性。
具体实施方式
结合实例对本发明的水泥土比热计算方法加以说明。
本发明提出的水泥土比热计算方法依据混合物比热的加权思想。水泥土主要成份
为水泥石、土和孔隙水。第一步，确定水泥土各成分的含量。根据水泥土的施工配合比，制作
试样并计算试样内土的质量；将水泥土试样养护后，采用烘干法测量试样中孔隙水的含量；
根据水泥土试样内土的质量和试样烘干后的质量，计算水泥石质量。第二步，根据相关文献
和资料获得水泥石、土和水的比热。第三部，将水泥土各组成成分的质量乘以其对应的比热
并叠加，之后再除以总质量即可得到水泥土的比热。
本发明的水泥土比热的计算方法包括以下步骤：
根据水泥土的施工配合比，得到单位立方体水泥土所需土的质量m，制作边长为
0.0707m的立方体水泥土试样，计算水泥土试样体积V。利用单位立方体水泥土所需土的质
量m乘以水泥土试样的体积V，计算得水泥土试样内土的质量m1；将制备好的水泥土试样放
入标准养护箱，养护箱内的温度和湿度与施工期间的温度和湿度相同，测得水泥土试样养
护后的质量为m2，然后将水泥土试样放在105℃～110℃温度下的烘箱内烘干至恒重，测得
水泥土试样烘干后的质量m3，利用水泥土试样养护后的质量m2减去试样烘干后的质量m3得
到试样内孔隙水的质量；利用水泥土试样烘干后的质量m3减去试样内土的质量m1得到水泥
石质量。
实施例：某施工单位采用配合比水：水泥：天然土体＝140.25kg：280.5kg：1870kg
的水泥土进行回填地基加固。
根据水泥土的施工配合比，得到单位立方体水泥土所需土的质量1870kg，制作边
长为0.0707m的立方体水泥土试样，计算水泥土试样体积为0.07073m3。利用单位立方体水泥
土所需土的质量1870kg乘以水泥土试样的体积0.07073m3，得水泥土试样内土的质量
0.661kg；将制备好的水泥土试样放入标准养护箱，养护箱内的温度和湿度与施工期间的温
度和湿度相同，测得水泥土试样养护后的质量为0.81kg，然后将水泥土试样放在110℃温度
下的烘箱内烘干至恒重，测得水泥土试样烘干后的质量0.782kg，利用水泥土试样养护后的
质量0.81kg减去试样烘干后的质量0.782kg得到试样内孔隙水的质量为0.028kg；利用水泥
土试样烘干后的质量0.782kg减去试样内土的质量0.661kg得到水泥石质量为0.121kg。
(2)查询比热表，得到土、水和水泥石的比热分别为0.84x103J/kg·℃、4.2x103J/
kg·℃、0.84x103J/kg·℃。
(3)按照公式(1)进行水泥土比热的计算：
2.混合法和差热分析法(DTA法)测定比热方法
取与方法1中所述的水泥土试样，分别采用混合法和差热分析法(DTA法)进行比热
测试，并对方法1所获取的比热计算值与测定的比热值进行误差分析，如表2所示。
表2实验所测比热容
由表2分析可知，水泥土比热的计算值与混合法所测比热值误差为1.60％，与差热
分析法(DTA法)误差为1.16％，常规测试方法与本发明的理论计算方法之间的误差在1％与
2％之间。精度的提高能够满足实际工程中热值的应用，进而保证温度场计算的准确性。与
目前比热的测定方法相比，该方法具有原理清晰、操作简单、参数较少等特点，便于实际工
程中水泥土比热的确定，进而为人工冻结水泥法加固地基的温度场计算提供依据。