李廣金
摘 要:堆石混凝土是一種新型的大體積混凝土技術(shù),為掌握其內(nèi)部堆石的溫度變化規(guī)律,本文依托于茅坡水庫工程,對(duì)該工程的堆石混凝土中的堆石溫度進(jìn)行了測(cè)量。實(shí)驗(yàn)結(jié)果可以看出,堆石的溫度與混凝土的溫度變化規(guī)律相似,但堆石溫度略低于混凝土溫度,從宏觀的角度來看,可以將堆石混凝土視為一種顆粒級(jí)配很大的混凝土材料,當(dāng)對(duì)堆石混凝土溫度進(jìn)行研究時(shí),可以忽略堆石對(duì)溫度分布產(chǎn)生的非均勻性。
關(guān)鍵詞:大體積混凝土;堆石混凝土;堆石溫度;溫度檢測(cè)
中圖分類號(hào):TV544 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A 文章編號(hào):1671-2064(2018)11-0125-03
1 引言
隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展,水利水電工程的重要性日益凸顯。在水利水電工程中,大體積混凝土占有極為重要的地位。而在大體積混凝土的使用過程中為降低混凝土膠凝材料用量,施工時(shí)往往使用較大粒徑的骨料,但由于常規(guī)混凝土施工過程需要拌和、振搗,大粒徑骨料難以直接投入使用。為解決這個(gè)難題,堆石混凝土(rock-filled concrete,簡(jiǎn)稱RFC)筑壩技術(shù)逐漸進(jìn)入人們視野。堆石混凝土技術(shù)是于2003年由清華大學(xué)金峰教授和安雪暉教授提出的,以自密實(shí)混凝土技術(shù)為基礎(chǔ)而發(fā)展的一種新型大體積混凝土施工技術(shù)[1]。
堆石混凝土筑壩技術(shù)的主要施工工序?yàn)椋菏紫葘⒘捷^大(通常大于30cm,最大可達(dá)1m)的塊石或卵石堆放至倉面從而形成有空隙的堆石體,必要時(shí)可碾壓密實(shí);然后澆筑具有高流動(dòng)性、高抗離析性能的自密實(shí)混凝土,使其填充堆石體[2]。圖1為堆石混凝土的形成過程示意圖。
相比較于普通混凝土,堆石混凝土主要有以下優(yōu)點(diǎn)[3]:
(1)水泥使用量小,絕熱溫升數(shù)值低。(2)造價(jià)低,經(jīng)初步篩選的堆石占據(jù)堆石混凝土的大部分體積,堆石體的孔隙率一般約45%左右,即在堆石混凝土中自密實(shí)混凝土占總體積的45%。(3)施工速度快,質(zhì)量有保證。與常態(tài)混凝土壩建設(shè)工期相比,采用堆石混凝土筑壩技術(shù)可使工程更早獲得效益。(4)強(qiáng)度高、耐久性好。
堆石混凝土屬于新型的大體積混凝土,對(duì)于大體積混凝土,由于其溫度易升高,容易產(chǎn)生溫度裂縫,因此對(duì)其溫度的研究一直是研究的熱點(diǎn),堆石混凝土也不例外。從堆石混凝土技術(shù)出現(xiàn)以來,眾多學(xué)者對(duì)其溫度規(guī)律做了大量研究。
金峰、李樂等通過將自密實(shí)混凝土絕熱溫升物理試驗(yàn)與堆石混凝土絕熱溫升過程數(shù)值試驗(yàn)相結(jié)合的方法,研究了堆石混凝土絕熱溫升性能,提出了堆石混凝土絕熱溫升的簡(jiǎn)便計(jì)算方法[4]。
金峰、潘定才等通過自密實(shí)混凝土與堆石混凝土絕熱溫升物理試驗(yàn),進(jìn)行了堆石不發(fā)熱的假定,通過熱平衡方程計(jì)算,得到了堆石混凝土的絕熱溫升的簡(jiǎn)單計(jì)算可通過計(jì)算自密實(shí)混凝土絕熱溫升的結(jié)論。
堆石混凝土水化升溫低的主要原因是巨石能夠吸收一部分自密實(shí)混凝土硬化產(chǎn)生的水化熱,可以達(dá)到減少大體積混凝土水化熱的目的[5]。但是實(shí)際施工中,這些吸收了熱量的巨石的溫度變化規(guī)律并沒有被掌握。而且上面的研究有的沒有對(duì)堆石本身的溫度規(guī)律進(jìn)行研究,有的僅僅是做出了假設(shè),這對(duì)于研究堆石混凝土是不夠的。本文中進(jìn)行的實(shí)驗(yàn)就是針對(duì)堆石的溫度進(jìn)行測(cè)量,并比較堆石和混凝土溫度變化,為進(jìn)一步研究堆石混凝土整體溫度變化規(guī)律打下基礎(chǔ)。
2 工程概況
本實(shí)驗(yàn)依托于遵義市茅坡水庫工程,遵義市茅坡水庫位于新蒲新區(qū)新舟鎮(zhèn)綠塘村境內(nèi)湘江二級(jí)支流、湄江一級(jí)支流洛安江中游河段,屬于長(zhǎng)江流域?yàn)踅怠?/p>
工程總體布置由水庫樞紐、輸水工程組成。水庫樞紐工程主要建筑物有大壩、壩頂溢流表孔、取放水建筑物。大壩為堆石混凝土重力壩,最大壩高43.0m,壩頂寬為10.0m,壩底最大厚度為39.9m;大壩壩頂中部設(shè)泄洪表孔,為開敞式設(shè)閘泄洪方式,堰頂高程818.00m,共3孔,孔寬6m,溢流凈寬18m,設(shè)3道6×8m(B×H)弧形工作鋼閘門,孔頂設(shè)交通橋連接大壩兩端;取水兼放空建筑物布置在大壩右壩段,采用壩式進(jìn)水口,進(jìn)口底板高程805.50m。輸水工程采用單管有壓重力式輸水至目標(biāo)地,輸水管道設(shè)計(jì)流量1.28m3/s,管長(zhǎng)約13.6km。
3 測(cè)量?jī)x器、測(cè)點(diǎn)布置及測(cè)量過程
3.1 測(cè)量?jī)x器
本實(shí)驗(yàn)溫度測(cè)量?jī)x器選擇XHS-DS18型溫度傳感器,這種型號(hào)傳感器可以對(duì)溫度進(jìn)行精確測(cè)量,具有精度高、穩(wěn)定性好、抗干擾能力強(qiáng)等特點(diǎn)。實(shí)物圖參見圖2。
3.2 測(cè)點(diǎn)布置
本測(cè)試方案綜合考慮堆石混凝土大壩的對(duì)稱性、澆筑厚度以及施工澆筑順序,共設(shè)置7個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn),測(cè)點(diǎn)按上、中、下三層布置,上層測(cè)點(diǎn)稱為1點(diǎn),中層測(cè)點(diǎn)稱為2點(diǎn),下層測(cè)點(diǎn)稱為3點(diǎn),大壩每倉澆筑高度2m,所以1點(diǎn)距離澆筑倉面300mm,2點(diǎn)距離澆筑倉面1000mm,3點(diǎn)距離澆筑倉面1700mm,連續(xù)測(cè)量3倉(標(biāo)高823m-829m,每倉澆筑高度2m)堆石混凝土大壩。其中第1倉和第2倉測(cè)量溫度與應(yīng)變,其中,每個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)上、下兩層布置一個(gè)溫度傳感器測(cè)量溫度,中層布置一個(gè)三向應(yīng)變計(jì)組測(cè)量應(yīng)變,并在每層選擇A、B、E三個(gè)點(diǎn)位巨石測(cè)量巨石溫度變化;考慮到對(duì)混凝土應(yīng)變測(cè)試值的修正,在每個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)設(shè)置一個(gè)無應(yīng)力點(diǎn)。第3倉只測(cè)量溫度,分別布置在每個(gè)測(cè)點(diǎn)的上、中、下三層,同樣選取A、B、E三個(gè)點(diǎn)位測(cè)量堆石溫度變化。監(jiān)測(cè)點(diǎn)位布置圖以及實(shí)際安裝圖詳見圖3-圖4。
3.3 測(cè)量過程
溫度的監(jiān)測(cè)思路為在混凝土澆筑后以及養(yǎng)護(hù)初期,結(jié)構(gòu)內(nèi)部應(yīng)變變化較大,而后期變化則比較平緩,因此監(jiān)測(cè)頻率以前期高頻,后期低頻的原則進(jìn)行。
測(cè)量過程為先對(duì)澆筑起始時(shí)間及每個(gè)應(yīng)變傳感器埋設(shè)時(shí)間的溫度做好相關(guān)記錄,記下混凝土的入模溫度以及當(dāng)時(shí)的環(huán)境溫度,混凝土整體澆筑之后,在混凝土水化升溫過程中每隔1h采集一次數(shù)據(jù);在養(yǎng)護(hù)期間,及時(shí)做好相關(guān)施工日志的記錄,降低監(jiān)測(cè)頻率,按每2h測(cè)讀采集一次數(shù)據(jù),具體的監(jiān)測(cè)周期以及頻率如表1所示。最后整理數(shù)據(jù),匯總每天的數(shù)據(jù),生成曲線并進(jìn)行分析,實(shí)時(shí)掌握堆石的溫度分布規(guī)律。
4 數(shù)據(jù)處理和測(cè)量結(jié)果
4.1 測(cè)量數(shù)據(jù)處理
根據(jù)適用范圍,相關(guān)的計(jì)算以廠家提供的說明書里面的修正公式對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理修正。其中,最主要的修正以溫度修正為主,溫度修正的公式為:
(式4-1)
式中:
——i時(shí)刻的溫度,單位℃;
——選取的初始值的溫度,單位℃;
初始讀數(shù)與初始溫度的確定應(yīng)根據(jù)相關(guān)規(guī)范要求選取,通常在埋入混凝土8-24小時(shí)之間確定。
4.2 測(cè)量結(jié)果
根據(jù)溫控得到的溫度數(shù)據(jù),分別作出第二倉A、B、E點(diǎn)、第三倉A、B、E點(diǎn)的堆石溫度曲線與相應(yīng)點(diǎn)下層溫度曲線如圖5-圖10所示。
5 分析與結(jié)論
通過對(duì)各倉測(cè)點(diǎn)堆石的溫度-時(shí)間曲線的分析,可以得出:
(1)堆石的溫度上升相較于自密實(shí)混凝土是比較緩慢的,但是大致的發(fā)展趨勢(shì)和自密實(shí)混凝土是相似的,在澆筑后的初期是上升的,然后在各自的某一時(shí)刻達(dá)到最高點(diǎn),之后再緩慢下降,直至溫度場(chǎng)基本達(dá)到穩(wěn)定;(2)對(duì)比第二倉A、B點(diǎn)堆石溫度曲線(圖5-圖6),堆石溫峰值低于相應(yīng)測(cè)點(diǎn)下層溫峰值,最高溫度的溫差在3℃左右,堆石的溫峰出現(xiàn)相較于自密實(shí)混凝土的溫峰晚了70h左右,之后再緩慢降低;A、B點(diǎn)的堆石溫度在上升階段溫度是低于自密實(shí)混凝土,但在下降階段是高于自密實(shí)混凝土,這是由于A、B點(diǎn)屬于上游點(diǎn)位,靠近邊界,散熱條件較好,自密實(shí)混凝土溫度下降速度快,堆石下降速率慢。第三倉A、B點(diǎn)堆石溫度也表現(xiàn)出類似的規(guī)律。(3)分析第二倉E點(diǎn)堆石溫度曲線(圖7),堆石溫峰值也低于相應(yīng)測(cè)點(diǎn)下層溫峰值,最高溫度的溫差在5℃左右,堆石的溫峰出現(xiàn)相較于自密實(shí)混凝土的溫峰晚了65h左右,之后再緩慢降低;堆石溫度在上升階段和下降階段均低于自密實(shí)混凝土溫度,這是由于E點(diǎn)在結(jié)構(gòu)中部,散熱條件差,自密實(shí)混凝土長(zhǎng)期保持較高溫度,堆石屬于不發(fā)熱材料,熱傳導(dǎo)能力差,最后導(dǎo)致堆石溫度低于自密實(shí)混凝土溫度;堆石溫度變化曲線和自密實(shí)混凝土溫度曲線表現(xiàn)一直;第三倉E點(diǎn)堆石溫度也表現(xiàn)出類似的規(guī)律。
從以上分析和溫度變化曲線不難看出,堆石溫度和自密實(shí)混凝土溫度發(fā)展規(guī)律相似,溫度相近,堆石引起的溫度不均勻性可以忽略,在對(duì)堆石混凝土進(jìn)行溫度問題分析時(shí),可以忽略堆石對(duì)堆石混凝土溫度產(chǎn)生的不均勻性影響。堆石混凝土在宏觀上可以看為顆粒級(jí)配很大的一種混凝土材料。
參考文獻(xiàn)
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