嚴(yán)寒地區(qū)越冬期混凝土表面各部位的最低溫度探究

路強(qiáng)

（水利部新疆維吾爾自治區(qū)水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院，新疆 烏魯木齊 830000）

嚴(yán)寒地區(qū)越冬期混凝土表面各部位的最低溫度探究

路強(qiáng)

（水利部新疆維吾爾自治區(qū)水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院，新疆 烏魯木齊 830000）

對(duì)于嚴(yán)寒地區(qū)極端氣候條件下，混凝土的冬季保溫具有重要意義。衡量混凝土保溫效果的關(guān)鍵是越冬期間混凝土表面最低溫度控制在允許范圍之內(nèi)，評(píng)判混凝土冬季保溫效果的關(guān)鍵是控制混凝土的表面及棱角的最低溫度。通過試驗(yàn)表明，最低溫度實(shí)測(cè)值往往高于理論估算值，理論計(jì)算值結(jié)果偏于保守，特別是在棱角部位，因此，在選取保溫材料的厚度時(shí)可適當(dāng)放寬。［關(guān)鍵詞］嚴(yán)寒地區(qū)；實(shí)驗(yàn)墩；混凝土；表面；棱角；最低溫度

1　工程概況

樞紐由碾壓混凝土重力壩、1號(hào)副壩、2號(hào)副壩、溢流表孔、泄洪中孔、放水底孔、發(fā)電引水系統(tǒng)、發(fā)電廠房等建筑物組成，擋水建筑物主壩為全斷面碾壓混凝土重力壩，最大壩高121.5 m，主壩全長(zhǎng)1 570 m。

樞紐地處高緯度嚴(yán)寒干燥地區(qū)，冬季嚴(yán)寒，年溫差、日溫差較大，氣象和氣候條件都十分惡劣。多年平均氣溫2.7℃，極端最高氣溫40.1℃，極端最低氣溫-49.8℃，晝夜溫差平均12.8～16.2℃。氣候干燥，多年平均蒸發(fā)量為多年平均降水量的10倍左右，多年平均風(fēng)速1.8 m/s，最大風(fēng)速25 m/s，最大積雪厚度75 cm，最大凍土深175 cm。

2　最低溫度預(yù)測(cè)

在嚴(yán)寒地區(qū)施工條件與一般溫和地區(qū)不同，水工混凝土的施工期一般為每年4月初至10月末，其余時(shí)間則停止混凝土施工。這種冬季長(zhǎng)時(shí)間間歇式施工方式，對(duì)于嚴(yán)寒地區(qū)極端氣候條件下，混凝土的冬季保溫具有重要意義。衡量混凝土保溫效果的關(guān)鍵是越冬期間混凝土表面最低溫度控制在允許范圍之內(nèi)，評(píng)判混凝土冬季保溫效果的關(guān)鍵是控制混凝土的表面及棱角的最低溫度。

在實(shí)際的工程運(yùn)用中，往往由于資料的匱乏，理論上確定最低溫度非常困難，樞紐技術(shù)組根據(jù)參考文獻(xiàn)［1］中相關(guān)越冬期間的混凝土最低溫度的計(jì)算方法，通過計(jì)算分析預(yù)測(cè)在極端嚴(yán)寒天氣情況下表面溫度的最低值。

樞紐技術(shù)組在工地現(xiàn)場(chǎng)設(shè)置兩個(gè)實(shí)驗(yàn)墩，1號(hào)實(shí)驗(yàn)墩粘貼8 cm厚的XPS板進(jìn)行保溫，2號(hào)實(shí)驗(yàn)墩刷上8 cm厚的聚氨酯進(jìn)行保溫，氣溫的降幅為25℃和30℃。由于混凝土表面和棱角的最低溫度與越冬期間的氣溫降幅成正比關(guān)系，可簡(jiǎn)單預(yù)測(cè)1號(hào)實(shí)驗(yàn)墩混凝土表面及棱角部位最低溫度，預(yù)測(cè)結(jié)果列于表1。

表1　混凝土（貼8 cm厚XPS板）表面及棱角最低溫度的預(yù)測(cè)成果℃

3　最低溫度分析

1號(hào)實(shí)驗(yàn)墩和2號(hào)實(shí)驗(yàn)墩2006年、2007年越冬期間實(shí)測(cè)最低溫度列于表2，3。實(shí)測(cè)最低溫度與估算值對(duì)比見表4。

以上實(shí)測(cè)成果表明：

1）棱角處混凝土溫度同表面中心處混凝土溫度的變化趨勢(shì)一致，但由于1號(hào)、2號(hào)實(shí)驗(yàn)墩所使用的保溫材料不同，棱角處溫度下降速度略有不同。受氣溫影響，棱角處混凝土溫度同表面中心溫差在冬季最大。

2）1號(hào)實(shí)驗(yàn)墩在2006年越冬期間，東側(cè)三向棱角最低溫度為-6.6℃，日最大降幅為1.04℃，與東側(cè)表面中心最大溫差為5.55℃；西側(cè)三向棱角最低溫度為-6.2℃，日最大降幅為0.94℃，與西側(cè)表面中心最大溫差為4.97℃；東西測(cè)表面中心最低溫度分別為-4.09℃和-4.37℃，滯后于棱角最低溫度約6 d。2007年越冬期間東側(cè)三向棱角最低溫度為-10.96℃，日最大降幅為1.2℃，與東側(cè)表面中心最大溫差為5.77℃；西側(cè)三向棱角最低溫度為-10.62℃，日最大降幅為1.09℃，與西側(cè)表面中心最大溫差為5.38℃；東西測(cè)表面中心最低溫度分別為-6.73℃和-6.45℃，滯后于棱角最低溫度約1 d。

表2　實(shí)驗(yàn)墩東西南北側(cè)表面最低溫度　℃

表3　實(shí)驗(yàn)墩頂表面最低溫度　　℃

表4　實(shí)驗(yàn)墩表面及棱角實(shí)測(cè)最低溫度與估算值對(duì)比

3）2號(hào)實(shí)驗(yàn)墩在2006年越冬期間，東側(cè)三向棱角最低溫度為-3.74℃，日最大降幅為1.07℃，與東側(cè)表面中心最大溫差為7.98℃；西側(cè)三向棱角最低溫度為-5.19℃，日最大降幅為0.97℃，與西側(cè)表面中心最大溫差為6.4℃；東西測(cè)表面中心最低溫度分別為-0.11℃和-1.54℃，滯后于棱角最低溫度約6 d。2007年越冬期間東側(cè)三向棱角最低溫度為-8.39℃，日最大降幅為1.57℃，與東側(cè)表面中心最大溫差為8.96℃；西側(cè)三向棱角最低溫度為-9.76℃，日最大降幅為1.58℃，與西側(cè)表面中心最大溫差為7.57℃；東西測(cè)表面中心最低溫度分別為-3.78℃和-1.98℃，滯后于棱角最低溫度約10 d。

4）2006年由于初始溫度影響的因素存在，1號(hào)和2號(hào)實(shí)驗(yàn)墩表面及棱角最低溫度的實(shí)測(cè)值和理論計(jì)算值得差值較大，隨著初始溫度影響逐漸消失，2007年1號(hào)和2號(hào)實(shí)驗(yàn)墩表面及棱角最低溫度的實(shí)測(cè)統(tǒng)計(jì)值和理論計(jì)算值的差值較小。

4　結(jié)語(yǔ)

通過以上試驗(yàn)，說明經(jīng)過保溫之后的混凝土表面中心點(diǎn)和雙向棱角處的溫度較未保溫的有很大提高，對(duì)于混凝土表面最低溫度的理論計(jì)算，實(shí)測(cè)值往往高于理論估算值，理論計(jì)算值結(jié)果偏于保守，特別是在棱角部位，因此，在選取保溫材料的厚度時(shí)可適當(dāng)放寬。

［1］朱伯芳.大體積混凝土溫度應(yīng)力與溫度控制［M］.北京：中國(guó)電力出版社，2003.

TV431；TV52+1

A

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2015-05-12