混凝土表面保温和水管冷却的温控效果研究

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1、第42卷第11期人民长江VO1．42．NO．112011年6月YangtzeRiverJune，2011文章编号：1001—4179(2011)11—0027—05混凝土表面保温和水管冷却的温控效果研究郭磊，韩永林，黄养连，陈守开(1．华北水利水电学院水利学院，河南郑州450045；2．浙江省水利水电建筑监理公司，浙江杭州310020；3．舟山原水管理中心，浙江舟山316021)摘要：为了对比探讨表面保温和通水冷却这两种措施的温控效果，采用有限单元法，对带有冷却水管的混凝土温度场和应力场进行模拟计算。在表面保温方面，认为应合理

2、选择保温力度，优化保温效果，可以实现“既达到防止早期表面开裂，又能提高后期表面的抗裂性能”的目的。在水管冷却方面，提出了影响水管冷却效果的4个控制指标，即温度峰值、峰值龄期、降温速率和停水温度，认为在采用水管冷却方法控制温度峰值的同时，还应考虑峰值龄期和降温速率对温度应力的影响。关键词：表面保温；水管冷却；温度应力；温控效果中图法分类号：TV544文献标志码：A一直以来混凝土结构的裂缝问题并没有得到真正(3)减小表层混凝土温度受环境因素的影响，如的解决，颇受各方关注。在水工混凝土中，温度变形是昼夜温差、寒潮和风速等，减小水和空

3、气中不利介质对导致开裂的主要原因之一，混凝土浇筑后，由于水混凝土的侵蚀。泥的水化放热和混凝土的表面散热，混凝土的温度在(4)不透气的保温材料还能起到表面保湿的作时问和空间上都不断变化，从而产生温度变形和温度用。众所周知，混凝土的水灰比一般在o．50左右，水应力，有时温度应力在数值上可能超过其他外荷载引分在用于水泥水化反应后还有大量的剩余，这些剩余起的应力，因此，需要对施工期混凝土采取温度控制措水分有一部分会通过表面和仓面蒸发掉，若在表面覆施。目前，水工混凝土施工期温控最常用和最有效的盖不透气(水)的保温材料，则会在保温材料和混

4、凝土措施就是表面保温和水管冷却方法，且已在大体积混表面之间形成“湿润的小环境”，从而达到保湿目的。凝土施工中得到了广泛应用。本文运用较为成熟的含1．2表面保温力度的选择冷却水管的温度场和应力场有限单元法，对表面这里的保温力度是指保温强度(热阻能力)和保保温和水管冷却的温控效果进行研究。温时长。目前，保温力度问题存在争议。保温对于施1表面保温及保湿工和温控而言存在利弊两方面的影响。由于混凝土热性和热惰性，使得混凝土内部热量容易积聚，温度较1．1表面保温的温控作用高，而表面散热快，温度较低。换言之，内部混凝土成(1)增加混凝土与外

5、界环境的热阻，即当环境温熟较快，表层混凝土成熟较慢，即存在由水化度和成熟度高于混凝土温度时可以减少热量倒灌(称为隔热)，度不同引起的热力学性能的内外差异，如内外温差，内环境温度低于混凝土温度时可以减少表面热损(称为外自生体积变形差，内外热胀系数差等等，这些差异导保温)，从而减小内外温差。致在表层混凝土产生了不利的拉应力，易引起开裂。(2)保温有利于减小内外混凝土热力学性能在发表面保温是减小这些差异的主要手段，但是保温力度展过程中的差异，如强度、弹性模量、自生体积变形等，大小的合理选择对混凝土整体结构的散热量、去除保研究表明，保

6、温还有利于混凝土强度的发挥。温后所导致的冷击的抗裂压力以及经济成本等都有直收稿日期：2010—12—10作者简介：郭磊，男，讲师，博士，主要从事水工混凝土耐久性研究。E28人民长江2011年接的影响，因此如何选择合理的保温力度是温控防裂的材料达到最佳的保温效果，除了选择导热性能较低的关键。(即保温性能较好)的材料外，还要注意避免材料受潮笔者认为，在保证混凝土表面不开裂的同时，选择而影响其保温效果。较小的保温力度对提高后期混凝土表面的抗裂性能是有利的。其一，保温力度越大，混凝土结构的散热量就越小，最高温度就越高，基础温差也就越大

7、，不利于混凝土后期的防裂工作；其二，混凝土结构较大的内外温差一般出现在升温阶段，此时的混凝土刚度较低，产生＼赠的拉应力也较小，而到了后期，混凝土的刚度变大，内外温差的减小则会带来更大的剩余压应力，有利于提高后期混凝土表面的抗裂性能，对于大坝蓄水表面还可以减小蓄水冷击带来的抗裂压力；其三，保温强度越龄期／d大，说明混凝土表面温度会越高，即与环境温差就越(a)温度大，去除保温后带来的冷击就越显著，那么需要的保温时长就越长；此外，保温强度越大，意味着所需保温材料用量越大，增加经济成本，而保温时长越久，则会增加人工维护成本和影响后续混

8、凝土的施工。现设一10m×6m×3m的混凝土浇筑块，计算模型如图1所示，计算时假定底部(=0m)为绝热和约束面，其余边界面为自由散热面，给定导热系数为8．58kJ／(m·h·oC)，导温系数为0．0032m／h，绝热温升龄期／d(r)=28．4×[1一exp(一0．56r)]