低温季节混凝土流筑仓温度双控指标拟定及预警研究.pdf

水 力 发 电 第 3 8 卷第 8 期 2 0 1 2年8月 低温吾 混凝土洗策仓温良矾茬 指标拟足 艮 预 萼衍 毙 周宜红 ，黄耀 英 ，瞿立新 2 刘丹丹 ，周绍武 。 ，李金 河 ，周建兵 。 ( 1 三峡大学水利 与环境 学院，湖北宜 昌 4 4 3 0 0 2 ；2 武汉大学水利水 电学院， 湖北武汉 4 3 0 0 7 2 ；3 中国长江 三峡集 团公 司，湖北宜 昌 4 4 3 0 0 2 ) 摘 要 ：低 温季节浇筑混凝土 ，如果混凝土浇筑仓最高温度较低 ，将使早龄期混凝土力学性能发展较慢 ，对混凝土 的早期抗 裂不利 。结合西南某建设 中的混凝 土特高拱坝低温季节浇筑仓实测温度 ，首先获得浇筑仓最高温度低于合 适最高温度 的概率 ，然后假设典 型龄期 的温度和温度变化率小于典型龄期的容许温度和容许温度变化率的概率与浇 筑仓最高温度低于合适最高温度 的概率 相同 。采用概率法拟定 了混凝土浇筑仓温度双控指标 即混凝土浇筑仓达到 最高温度前 典型龄期对应的容许温度和容许温度变化 率 ，以预警和控制混凝土浇筑仓出现最高温度过低的现象。 关键词 ：温度双控指标 ；概率法 ；浇筑仓 ；低温季节 ；混凝土 S t u d y o n Dr a f t i n g a n d Pr e - wa r n i ng o f Do u b l e - c o n t r o l I n d e x f o r Co n c r e t e P o u r i n g S u r f a c e Te m p e r a t u r e i n Co l d S e a s o n s Z h o u Y i h o n g ， Hu a n g Y a o y i n g ， Q u L i x i n ， L i u D a n d a n ， Z h o u S h a o w u ， L i J i n h e ， Z h o u J i a n b i n ( 1 C o l l e g e o f Hy d r a u l i c En v i r o n me n t a l E n g i n e e rin g ， C h i n a T h r e e Go r g e s Un i v e r s i t y ， Yi c h a n g 4 4 3 0 0 2 ， Hu b e i ， Ch i n a ； 2 C o l l e g e o f W a t e r Re s o u r c e s a n d Hy d r o e l e c t ri c E n g i n e e rin g ， W u h a n Un i v e r s i t y ， W u h a n 4 3 0 0 7 2 ， Hu b e i ， C h i n a ； 3 C h i n a T h r e e Go r g e s Co r p o r a t i o n ， Yi e h a n g 4 4 3 0 0 2 ， Hu b e i ， C h i n a ) Ab s t r a c t ： I f t h e ma x i mu m t e mp e r a t u r e o f c o n c r e t e p o u r i n g s a a c e i s l o w e r i n c o l d s e a s o n s ， t h e me c h a n i c s p a r a me t e r o f e a r l y a g e c o n c r e t e wi l l d e v e l o p s l o w l y ，wh i c h i s h a r mf u l t o t h e e a dy a n t i - c r a c k i n g o f c o n c r e t e B a s e d o n t h e me a s u r e d t e mp e r a t u r e s o f c o n c r e t e p o u ti n g s u r f a c e i n t h e c o n s t r u c t i o n o f a n e x t r a h i g h a r c h d a m i n s o u t h we s t C h i n a i n c o l d s e a s o n ， t h e p r o b a b i l i t y o f the ma x i mu m t e mp e r a t u r e o f c o n c r e t e p o u ri n g s u r f a c e l o we r t h a n t h e p r o p e r ma x i mu m t e mp e r a t u r e i s fi r s t l y o b t a i n e d ， a n d t h e n i t i s s u p p o s e d t h a t t h e p r o b a b i l i t i e s of t h e t e mp e r a t u r e a n d t e mp e r a t u r e g r a d i e n t l o w e r t h a n t h e a l l o w a b l e t e mp e r a t u r e a n d i t s g r a d i e n t i n t y p i c a l a g e r e s p e c t i v e l y a r e s a me wi th the p r o b a b i l i t y o f the ma x i mu m t e mp e r a t u r e o f c o n c r e t e p o u ti n g s u r f a c e l o w e r t h a n t h e p r o p e r ma x i mu m t e mp e r a t u r e F i n a l l y ， t h e t e mp e r a t u r e d o u b l e - c o n t r o l i n d e x ， i e the a l l o wa b l e t e mp e r a t u r e a n d i t s gra d i e n t b e f o r e t h e c o n t r a c t p o u ti n g s u r f a c e r e a c h i n g i t s ma x i mu m t e mp e r a t u r e i n t y p i c a l a g e ，a r e p u t f o r wa r d b y p r o b a b i l i t y me tho d t o w a r n a n d c o n t r o l t h e p h e n o me n o n of t o o l o w ma x i mu m t e mp e r a t u r e Ke y W o r d s ： t e mp e r a t u r e d o u b l e - c o n t rol i n d e x ； p rob a b i l i t y me tho d ； c o n c r e t e p o u tin g s u r f a c e ； c o l d s e a s o n ； c o n c r e t e 中图分类号： T V 3 3 1 文献标识码 ： A 文章 编号 ： 0 5 5 9 9 3 4 2 ( 2 0 1 2 ) 0 8 0 0 4 8 0 3 O 引言 混 凝 土 热力 学 特 性 的发 展 与水 化 反应 程 度 密 切 相 关 ，水 化 反 应程 度 不 同 ，混 凝 土 的热 力学 性 能 也 不 同 。试 验 研 究表 明 ，混凝 土 的 养 护温 度 和龄 期 对 混 凝 土热 力 学 性能 的发 展具 有 重 要影 响 。如混 凝 土 强度 随 龄期 增 加 而增 长 ，养护 温 度越 高 ，混凝 土 的 早期 强度 增 长 越快 。低 温 季节 浇 筑混 凝 土 ，由于 外 圈 m c r ， M r V o ! 3 8 N o 8 界环境 气温 低等 原 因使 ? 昆凝 土 浇筑仓 最 高温 度 较低 ， 收稿 日期 ：2 0 1 I - 1 0 1 4 基金项 目：国家 自然科学基金项 目( 5 1 0 7 9 0 7 9 ) ：湖北省教育厅科 学技术研究项 目( D 2 0 1 0 1 2 0 7 ) ；三峡大学基金项 目( K J 2 0 1 0 B 0 0 3 ) 作者简 介 ：周宜红 ( 1 9 6 6 一 ) ，男 ，湖 北枝 江人 ，教 授 ，博 士 ， 博士生 导师 主要从事水利水 电工程施 工方 面的教 学与研究 ：黄耀 英 ( 通讯作者 ) 第 3 8 卷第 8期 周宜红， 等 ： 低温季节混凝土浇筑仓温度双控指标拟定及预警研究 以致 早 龄 期 混凝 土 力 学 性 能 发展 较 慢 ，这 对混 凝 土 的早 期 抗 裂 不利 。另 外 ，低 温季 节 浇 筑 混凝 土如 果 浇 筑仓 最 高 温度 过 低 ，对 坝 体混 凝 土 横 缝 的 张开 也 会 有 较 大 影 响 。 因此 ，在 低 温 季节 浇 筑 混 凝 土 时 ， 为 了使 混 凝 土热 力 学 性 能正 常发 展 ，必 须使 混 凝 土 浇筑 仓 最 高 温度 达 到 合适 的 温度 。与 之 相对 应 在 高 温季 节 浇 筑混 凝 土 时 ，必 须要 控 制 混 凝 土浇 筑 仓 的 最 高 温 度 不 能 过 高 ， 以达 到 控 制 基 础 温 差 的 目 的 。 即混凝 土 浇 筑 仓 的最 高温 度 既 不 能 过 高 ，也 不 能过 低 。 温 度监 控 指 标 是 混凝 土 大坝 温 控 防 裂 的重 要 指 标 l 1 ，2 。针对 高 温 季 节 浇筑 混 凝 土 时 控 制 浇筑 仓 最 高 温 度不 超标 的问题 ，笔 者 等翻 提 出 了温 度 双控 指标 来 动 态 控 制浇 筑 仓 的最 高温 度 ，并采 用 最 大 熵 法 拟定 了高 温 季节 浇 筑 混凝 土 时 的温 度 双控 指 标 ，在 实践 中起 到 了 良好 的 指 导作 用 。与 之 类 同 ，可 以采 用 温 度 双 控 指标 来 动 态控 制 低 温 季 节混 凝 土 浇 筑 仓 的合 适 最 高 温度 。即 选取 混 凝 土 浇 筑仓 达 到 最 高 温度 前 的典 型 龄期 ，拟 定该 龄 期 对 应 的容 许 温 度 和 容许 温 度 变 化 率 ，当该 龄期 下 的混 凝 土 温度 和温 度 变 化率 低 于 容许 温 度 和 容许 温 度 变 化 率 时 ，预 示 着 在 当前 温 控 措施 下 ，浇 筑仓 混 凝 土 温 度极 可 能 低 于 合适 的 最 高 温度 ，必 须 采取 更 为 有 效 的 温控 措 施 才 能 避免 浇 筑 仓 混凝 土 温 度低 于合 适 的最 高 温度 。为 此 ，本 文 结 合 西南 某 建 设 中 的混 凝 土 特 高拱 坝 低 温 季节 浇 筑 的 混凝 土浇 筑仓 的实 测 温 度 ，从概 率 统 计 分 析 的 角 度 拟定 典 型 混凝 土龄 期 的容 许 温度 和 容 许 温度 变 化 率 ，以指导 现场 混凝 土浇 筑 。 1 基本原理 从 实 测 资 料 中 ，选 择 不 利 温控 组 合 情 况 下 的监 测 效应 量 ，例如 低 温季 节 下混 凝 土浇 筑仓 的温度 测 值 ，则 为 随 机 变 量 。 由监 测 资 料 系列 可得 到 一 个 子 样 数 为 凡的 样 本 空 间 = “， X ， ， l ( 1 ) 其 统计 量 可用 下列 两式 估计 其统 计 特征值 一 1 = ( 2 ) ( 3 ) 然 后 ，用 统 计 检 验 方 法( 如 A D法 、K S法 等 ) 对 其 进 行 分布 检 验 ，确定 其 概 率 密度 函数 厂 ( ) 和分 布 函数 F( ) ( 如正 态分 布 、对数 正态 分 布和极 值 I型 分 布等 ) 。 令 为 温 度监 测值 的容 许值 ，当 X X 时 ，混 凝 土浇 筑仓 温度 将低 于合 适 的最 高温度 ，其概 率为 P ( X ) = f ) ( 4 ) 求 出 的分 布 后 ，估 计 的主 要 问题 是 确 定 低 于 合 适 温 度 的概 率 ( 简 称 O ) 。本 文结 合 西 南 某 建设 中 的 特 高 拱 坝 ，假 设 低 温 季 节 浇 筑 仓 最 高 温 度 2 3 ，统 计 了该 坝 低 温 季 节( 1 1月 次 年 3 月 )的 1 6 5个 浇筑 仓 的 温度 过程 线 ，分析 表 明有 3 9 个 浇 筑仓 的 最 高 温 度 低 于 2 3 ，最 高 温 度 最 小 值 仅 2 1 6 1。 即 最 高 温 度低 于 合适 的最 高 温 度 不是 一 个 小 概 率事 件 。为 此 ，本 文 首 先对 低 温 季 节 的 这 1 6 5个 浇 筑 仓 的 最 高 温 度 进行 统 计 分 析 ，把 浇 筑 仓 最 高 温 度作 为 随机 变 量 ，确 定 浇 筑仓 最 高 温 度 的概 率 密 度 函数 及 分 布 函 数 ，并 由 此 确 定 浇 筑 仓 最 高 温 度 低 于 2 3 的概 率 ( 2 3) = 。接 着 分 别 获 得 混 凝 土 浇 筑 仓 达 到 最 高 温 度 前 的 典 型 龄 期 对 应 的 温 度 和 温 度 变 化 率 样 本 ，然 后 用 统 计 检 验 方 法 确 定 其 分 布 ，并 求 出 概 率 密 度 函 数 厂 ( ) ( 见 图 1 ) 。假 设 典 型 龄 期 对 应 的 温 度 和 温 度 变 化 率 小 于 典 型 龄 期 的 容 许 温 度 和 容 许 温 度 变化 率 的概 率为 ( r， n 【 T o ) 和P 3 ( ( O T &) 【 ( O T ) 】 ) ， 令 P l ( 2 3 ) =P 2 ( 【 T , J ) = 9 3 ( ( O T O t ) 【 ( d ) ) = ，确定 后 ， 由 的分 布 函数 采 用式 ( 5) 直 接求 出 。 |r I= r ( ， O x ， o 1 ) ( 5 ) x X 图 1 随机变量 X的分布 图和特性值 2 实例分析 2 1 低温 季节 温 度双控 指标 拟定 西 南某 建 设 中的 特 高拱 坝 位 于 四川 I 省 雷 波 县 和 云南 省 永 善 县 接 壤 的金 沙 江 峡谷 段 ，拦 河 大 坝为 混 凝 土 双 曲 拱 坝 ，坝 顶 高 程 61 0 1 1 1 ，最 大 坝 高 2 8 5 5 m， 大 坝 共 分 为 3 1个 坝 段 。 为 达 到 温 控 防 裂 的 目 的 ，在 混 凝 土 浇筑 仓 埋 设 常规 温 度 计 ，并 且 在 典 型 坝 段 埋 设 分 布 式 光 纤 进 行 温 度 监 测 。 本 文统计 了该 拱 坝 7 2 5号坝 段在 低温 季 节浇 筑 ( 1 1月 次 年 3月 ) 的 1 6 5仓 混 凝 土 实 测 温 度 过 程 线 ，统 计 分 析 表 明 ，混 凝 土 达 到最 高 温度 的龄 期 一 般 为 4 3 7 d 。按 上述 典 型 温度监 测 量 的概 率 法 原理 ， 水 力 发 电 2 0 1 2年 8月 首 先 对低 温 季 节 浇筑 的 1 6 5个 浇筑 仓 的最 高 温 度进 行 统计 分 析 把 浇筑 仓 最高 温 度作 为 随机 变 量 ， 由 K S法 进 行 统 计 检 验 可 知 ，浇 筑 仓 最 高 温度 满 足 正态 分 布 浇 筑仓 最 高温 度 的均 值为 2 4 2 2 6 ，标 准 差 为 1 3 9 9 6 假 设 低 温 季 节 浇 筑 仓 最 高 温 度 2 3， 由此 确 定 浇筑仓 最 高 温度 低 于 2 3的 概率 P l ( 2 3 ) = 0 1 9 0 5 。本 文接 着分 别获 得 了混 凝 土 龄 期 为 2 d和 2 5 d时 的 温度 和 温度 变 化 率 ， 由 K S法进 行 统 计 检验 可 知 ，温度 和 温度 变 化率 均 满 足 正态分 布 ，由此 计算 混凝 土 龄期 为 2 d和 2 5 d时 的 温度 样本 特 征 量 ，温 度 样本 以及 温度 变 化 率样 本 的均值 和标 准差见 表 1 。 表 1 统计样本均值和标 准差 假设 典 型 龄期 对 应 的温 度 和温 度 变 化率 小 于 典 型 龄 期 的 容 许 温 度 和 容 许 温 度 变 化 率 的 概 率 为 P 2 ( ) 和 ( ( a T O r ) ( 8 T 3 t ) J ) ，令 P f ( 2 3 ) = ( 【 ) = ( ( z ) 【 ( a T a t ) ) = a t = 0 1 9 0 5 ，确 定 O l 后 采用式 ( 5) 计算获 得混凝 土龄期 为 2 d和 2 5 d时 的容许 温度 和容许 温度 变化 率见 表 2。 表 2 典型龄期下容许温度和容许温度变化率 2 2基 于 温 度 双 控 指 标 的 预 罾 基 于 上 述 拟 定 的 混 凝 土 典 型 龄 期 的 温 度 双 控 指 标 ，采用 下述 方 式 对低 温 季 节 浇筑 的 混凝 土 浇 筑仓 温 度进行 预 警 ： 当 a T a t ) a T a t ) 时 ，重点 关注并采取更 【 ( 【 ( 一一 一一 有 效 的温控 措施 ； 当 l r ( - 【 ( a T a t ) 1 时，关注并采取更有效 。 l ( 【 1 一 一一一 的 温 控 措 施 ： 当 o r at ) a T a t ) 】 时，温度跟踪监测； 一 【 ( ( 】 一一一一 当 ( (a T a t) ( a T a t) 时 ， 正 常 ， 按 现 有 的 温 l ( 一 控 措 施 执 行 。 上述 各式 中 ， 和( a T a t ) 分 别是混凝 土龄期 为 天( n = 2 d或 n = 2 5 d )时 的温 度及 温度 变化 率 ； T d 和 ( a T a t ) 1 分 别 是 混 凝 土 龄 期 为 天 时 ，拟 定 的 容 圈 H e r P o e r F o L 3 8 N o 8 许温度 和容 许温度 变化 率 。 实践 表 明 ，本 文 提 出和 拟定 的典 型混 凝 土 龄 期 的容 许温 度 和 容许 温 度 变化 率 双控 指 标 对现 场 低 温 季节混 凝 土浇筑 仓 的温控可 以起 到动 态 预警作 用 。 3 结语 为 了控 制低 温 季 节 浇筑 混凝 土 的最 高 温度 ，避 免 最高 温度 过 低 ，本 文 结 合西 南 某建 设 中的 混凝 土 特 高拱 坝低 温 季 节浇 筑 仓 的实 测 温 度 ，采 用 概率 法 拟 定 了温 度 双控 指标 来 预 警 和控 制 混凝 土 浇 筑仓 出 现 最高温 度过低 的现象 ，得 到如下 结论 ： ( 1 )首 先 获 得浇 筑 仓 最高 温 度 低 于合 适 最 高 温 度 的概率 。然后 假设 典 型 龄 期 的温 度 和温 度 变 化率 小 于 典 型龄 期 的容 许 温 度 和容许 温 度 变 化率 的概 率 与 浇 筑仓 最 高 温 度 低 于 合 适 最 高 温 度 的 概 率 相 同 ， 采用 概率 法 拟 定 了混 凝 土浇 筑 仓温 度 双 控指 标 ， 即 混凝 土 浇筑 仓 达 到最 高 温度 前 典 型 龄期 对应 的容 许 温度 和容许 温度 变化 率 。 ( 2 )基 于低 温 季节 拟定 的混 凝 土 典 型龄 期 的温 度 双控 指标 ，给 出 了低 温 季节 进 行 混凝 土 浇 筑 时 的 温 度预 警模 式 ，实践 表 明 ，本 文 拟 定 的低 温 季节 温 度双 控指标 可 以取 到动态 预警 作用 。 参考文献 ： 1 朱伯 芳 ，张超然 高拱坝结构安 全关键技术研究 M 北京 ：中 国水利水电出版社 2 0 1 0 2 吴中如 水工建筑物安全 监测理论及其应用 E M 北京 ：高等教 育 出版社 ，2 0 0 3 3 三峡 大学 溪洛渡大坝 2 0 1 1年温控相关问题研究 R 2 0 1 1 ( 责任编辑常 青) ； 屯 s 止 舢 ； S 舢 址 址 址 J L ( 上 接 第 3 2页 )岩石高边坡稳定性反馈分析和预警系统关 键技术研究成果报告 R 成都 ：中国水 电顾 问集 团成都勘 测设 计研究院 2 0 1 0 9 中 国水 电工程顾 问集 团公司 云南澜沧 江小湾水 电站枢纽 工程 蓄水安全鉴 定报告( 第二阶段 蓄水 l 1 6 0 m水 位报告 ) R1 北 京 ：中国水电工程顾 问集 团公 司2 0 0 9 1 0 中国水电顾 问集 团成都 勘测设计研究 院 四川 I 省雅砻江锦 屏一 级水 电站拱坝施工期应 力及横 ( 裂 )缝相 关问题分 析 R 成 都 ：中国水 电顾问集团成都勘测设计研究 院 2 0 1 2 1 1 潘 家铮 水电要为减排做更 多的贡献一 在中 国水科 院院士 论坛 上 的发言 2 0 1 0 1 2 中国水电工程顾 问集团公 司 云南澜 沧江小 湾水 电站枢纽工程 蓄水 安全鉴定 报告 ( 第 二阶段蓄水 1 1 6 0 n水位报告 ) f R 北 京 ：中国水 电工程顾问集团公司 2 0 0 9 ( 责任 编辑焦雪梅 )