气温骤降时早龄期混凝土表面保温措施研究.pdf
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1、第3 6卷第 4期 2 0 1 0 年4 月 水 力 发 电 气温 骤降时早龄期混凝土表面 保温措施研究 陈彦 玉 ,黄达 海 , 代 婧 ( 北京 航 空航天 大 学交通 科 学 与工程 学 院,北 京1 0 0 1 9 1 ) 摘要 :针对溪洛渡坝 区可能出现的气温骤降模式 ,运用 正交设计试验理论 ,以坝体混凝土不 同部位保温材料 为影 响因素 ,抗 裂安全系数为指标 ,进行有 限元数 值试验 ,提出 了推荐 的保温方案 。坝体 表层 混凝土温度及 应力分布 、 典 型点应力历程 、表层 混凝土的成熟度等 的分析结果 表明 :推荐的保温措施能 明显减小表层混凝 土温度梯 度及 拉应 力
2、;保温引起的蓄热温升能增加表层混凝土的成熟度 ,增强其早期抗裂 能力。由此说明 ,推荐的保温方案是合理的。 关 键 词 :大 坝 ;早 龄 期 昆凝 土 ;表 面保 温 ;正 交试 验 ;抗 裂安 全 系数 ;成 熟 度 ;溪 洛 渡 工 程 S t u d y o n Ea r l y Ag e Co n c r e t e S u r f a c e I n s u l a t i o n Du r i n g a Co l d W a v e C h e n Ya n y u , Hu a n g Da h a i , Da i J i n g ( S c h o o l o f T r
3、 a n s p o r t a t i o n S c i e n c e a n d E n g i n e e r i n g , B e i j i n g U n i v e r s i t y o f A e r o n a u t i c s a n d A s t r o n a u x t i c s , B e i j i n g 1 0 0 1 9 1 ) Ab s t r a c t : C o n s i d e rin g t o t h e p o s s i b l e c o l d wa v e i n Xi l u o d u Hy d r n p o w
4、 e r S t a t i o n a r e a ,a n u me ri c a l e x p e r i me n t wa s c a r r i e d o u t b y u s i n g f i n i t e e l e me n t me t h o dThe e x p e r i me nt wa s de s i g n e d ba s e d o n t h e o r t h o g o na l t e s t t he o r y a n d c o n s i d er i n g t h e u s e o f pr o t e c t i v e
5、ma t e r i a l o n c o n c r e t e s urfa c e ,a n d t h e e v a l ua t i o n c rit e r i o n i s t he c o e ffic i e nt o f c r a c k r e s i s t a n c eAc c o r di ng t o t h e r e s u l t s ,a p r o t e c t i v e me a s u r e wa s p r o p o s e d T h e a p p l i c a t i o n o f me a s u r e s h o
6、 ws t h a t t h e t e mp e r a t u r e g r a d i e n t a n d t e n s i l e s t r e s s o f c o nc r e t e s u r f a ce i s s i g ni fic a nt l y l o we r e d ,t h e h e a t a c c u mu l a t i o n c a us e d b y t h e s u r f a c e p r o t e c t i o n c a n i nc r ea s e t h e ma t u rit y o f c o n
7、c r e t e a n d e n h a n c e t h e a n t i c r a c k i n g a b i l i t y o f e a r l y a g e c o n c r e t e Ke y Wo r d s : d a r n ; e a rl y a g e c o n c r e t e ; s u rf a c e i n s u l a t i o n ; o r t h o g o n a l t e s t ; c o e ffic i e n t o f c r a c k r e s i s t a n c e ; m a t u ri
8、t y ; X i l u o d u P r o j e c t 中 图分 类 号 : T V3 1 5 文献 标 识 码 : A 文 章 编 号 : 0 5 5 9 9 3 4 2 ( 2 0 1 0) 0 4 0 o 4 3 0 4 早 龄 期 混 凝 土 表 面 开 裂 是 工 程 中 普 遍 存 在 的 问 题 。 主 要 是 早 期 混 凝 土 抗 拉 强 度 低 ,一 旦 遭 遇 气 温 骤 降 、暴 雨 等 极 端 天 气 ,表 面 附 近 温 度 梯 度 增 大 。 混 凝 土 就 会 产 生 表 面 裂 缝 。 在 一 定 条 件 下 , 表 面 裂 缝 可 发 展 为 深
9、 层 裂 缝 或 贯 穿 性 裂 缝 ,严 重 危 害 建 筑 物 的 耐 久 性 和 安 全 性 。 以 往 混 凝 土 开 裂 情 况 表 明 , 8 0 的 裂 缝 都 发 生 在 6 1 5 d龄 期 内, 因 此 ,加 强 早 龄 期 混 凝 土 表 面 保 护 至 关 重 要 。 本 文 针 对 溪 洛 渡 坝 区独 特 的 气 候 条 件 ,以 大 坝 1 2 E l l 高 的 主 块 为 研 究 对 象 ,从 减 小 表 层 混 凝 土 内 外 温 差 ,降 低 温 度 应 力 , 提 高 早 龄 期 混 凝 土 抗 力 的 角度 ,对 坝 体 上 下 游 面 、 横 缝 面
10、 及 顶 面 合 理 的 保 温 措 施 进 行 探 讨 ,提 出 冬 春 季 浇 筑 块 保 温 的 合 理 化 建 议 。 1 工程概 况 溪 洛渡 水 电 站位 于 中亚 热 带亚 湿 润 气 候 的峡 谷 山 区 ,气 候 干 燥 x 【 速 较 大 , 混 凝 土 表 面 水 分 散 发 较 快 。气 温 温 差 较大 ,根 据 以往 5年 的气 温 统 计 资 料 ,3 d降温 幅度 达 到 8以上 的情况 多 出现在 冬 春 季 的 2月 4 月 。 该 电 站 拦 河 大 坝 为 混 凝 土 双 曲 拱 坝 共 分 3 1个 坝 段 ,坝 体 温 控 混 凝 土 总 量 约 6
11、 3 4 1 6 万 m ,混 凝 土 单 仓 最 大 浇 筑 面 积 约 1 6 0 0 m 采 用 不 设 纵 缝 通 仓 薄 层 连 续 浇 筑 、短 间 歇 、均 匀 上 升 的 施 工 _丁艺 。 2 基于正交设计有限元数值试验 2 1 气 温骤 降模 式 根 据 气 象 中 心 提 供 的 资 料 , 坝 区 近 5年 最 大 降 温 幅 度 统 计 结 果 为 : 日平 均 气 温 2 4 h最 大 降 幅 为 1 3 6 o C4 8 h最大 降 幅 为 l 4 1 ,7 2 h最 大 降 幅为 收稿 日期 :2 0 0 9 1 0 1 l 作 者简介 :陈彦玉 ( 1 9 8
12、 4 一) ,男 ,北京 人 ,硕 士研究生 ,研究 方 向为 限裂设计下准大体积混凝土温度控制 1 6 4 c C。 一 般 认 为 。 对 混 凝 土 抗 裂 最 不 利 的情 况 是 降温 幅度大 、历时较 长 的模 式 。因此 ,仅 对极 端模 式 混 凝 土 表 面 保 温 方 案 进 行 研 究 ,采 用 2 0 0 5年 实 测 温度值 ,即 3 d平均气 温下 降 1 6 4 ,3 d后恢 复 。 2 2 计算 参数 根 据 大 坝 混 凝 土 光 纤 实 测 温 度 值 进 行 反 演 分 析 , 得 到 大 坝 混 凝 土 热 学 参 数 见 表 1 。 大 坝 混 凝 土
13、 性 能 试 验 成 果 见 表 2 。 表 1 大坝混凝 土和基岩热学性 能参数 表 2 大坝混凝土力学参数 对 表 2中 混 凝 土 的 劈 拉 强 度 和 弹 性 模 量 进 行 拟 合 , 即 可 得 到 混 凝 土 强 度 和 弹 性 模 量 随 龄 期 增 长 的 关 系 曲线 。 厂 家 提 供 的 苯 板 和 聚 乙 烯 卷 材 的 导 热 系 数 分 别 为 0 1 5 8 7 6 k J ( 1q l h ) 和 0 1 3 6 8 k J ( m h ) , 不 同厚 度 的保温 材 料 等效 放热 系 数计 算 方法 见 文献 【 3 】 ;徐 变 度 计 算 参 见
14、文 献【 4 】 ,采 刚 8参 数 公 式 。 2 3 计 算模型 及计算 工况 2 3 1 考 虑混凝 土 浇筑 过 程 的三 维有 限元 计算模 型 及边界 条件 坝 体 混 凝 土 浇 筑 块 尺 寸 为 6 0 mx 2 4 t n 1 2 n l ( 长 宽 x高 ) , 升 程 3 0 n l ,4月 1日开 始 浇 筑 ,浇 筑 温 度 1 0 , 间 歇 期 7 d,水 管 间 距 3 0 m 1 5 m,一 期 水 温 8 ,通 水 时 间 持 续 1 4 d 。 为 了便 于 比较 保 温 效 果 ,取 表 面 附 近 点 为 研 究 对 象 将 距 表 面 2 I l
15、l 厚 度 的 混 凝 土 划 分 为 2 0份 。 基 岩 底 部 与 四 周 绝 热 , 混 凝 土 五 面 临 空 , 与 大 气 接 触 ,按 第 二 三 类 边 界 条 件 处 理 ,混 凝 土 浇 筑 完 7 d后 气 温 骤 降 。 基 岩 上 下 游 和 左 右 岸 均 施 加 垂 直 约 束 ,底 部 全 约 束 ,混 凝 土 五 面均为 自由边 界 。 2 3 2保 温数值试 验方 案的确定 考 虑 到 坝 体 不 同部 位 保 温 的 重 要 性 、安 全 性 与 经 济 性 , 对 上 下 游 、横 缝 面 及 顶 面 拟 采 取 不 同 的 保 温 材 料 。 坝 体
16、 混 凝 土 每 个 部 位 供 选 择 的 保 温 材 料 如 表 3所示 如 果 对 不 同 的保 温 方 案进 行 交 叉 组 合 共 有 2 7组 方 案 为 减 少 计 算 1 二 作 量 , 同 时 保 证 选 定 方案 具 有代 表 性 ,采 用正 交设 计 试 验理 论确 定 保温 方 案 。把 上 下 游 、横 缝 面 及 顶 面 保 温 材 料 作 为 影 响 因 素 ,每 个 因 素 取 3个 水 平( 见 表 3 ) , 由 于 所 有 因 素 都 是 3个 水 平 ,选 L J 9( 3 4 )表 安 排 保 温 有 限 元 数 值 试 验 方 案 试 验 方 案 及
17、 结 果 见 表 4 。 表 3保 温 材 料 因 素水 平 表 4 L 。( 3 )试验方案与计算结果 注 :上 、下游面正应力为轴向应力 横缝 面与顶面正应力为顺 河 向正 应 力 ,下 同 。 3 主要计算成果 3 1 保 温试 验方 案与计 算结 果 根 据 正 交 设 计 试 验 理 论 ,共 确 定 9种 工 况 进 行 有 限 元 数 值 试 验 , 以 第 四 层 混 凝 土 为 研 究 对 象 ,3 d 平 均气 温 下 降 1 6 4( ,计 算不 同工况下 坝 体混凝 土 最 大 正 应 力 及 抗 裂 安 全 系 数 ,结 果 如 表 4所 示 。 从 表 4中 可 以
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- 气温 骤降 时早龄期 混凝土 表面 保温 措施 研究
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