堆石混凝土绝热温升影响因素分析

2022-06-21罗键，曾旭

水利规划与设计 2022年4期

罗键，曾旭

(遵义水利水电勘测设计研究院，贵州遵义 563000)

1 概述

堆石混凝土是由高自密实混凝土与堆石组成的新型复合筑坝材料，研究堆石混凝土绝热温升旨在排除外界影响的因素下，探求自密实混凝土水化热量级及影响温升的因素，从而通过设计和施工优化，达到减小堆石混凝土绝热温升的目的。本文根据文献[3]中堆石混凝土绝热温升经验公式，结合遵义市堆石混凝土坝建设情况，选取了9个已建项目进行温度监测成果资料收集与分析。各工程特性参数及工程特点见表1。

表1 各工程特性参数及工程特点

2 绝热温升计算方法

根据SL 282—2018《混凝土拱坝设计规范》，混凝土绝热温升公式简化为：

θ(τ)=θ0×(1-e-mτ)

(1)

根据文献[3]利用最小二乘法拟合出的自密实混凝土绝热温升指数公式(2)—(3)，结合堆石混凝土特性，进一步推导出了堆石混凝土绝热温升公式如下：

θSCC=3441×(1-e-00339τ)

(2)

θSCC=292×(1-e-0442τ)

(3)

(4)

式中，θRFC—堆石混凝土绝热温升值，℃；θscc—自密实混凝土绝热温升值，℃；τ—自密实混凝土浇筑后时间，h；τ′—自密实混凝土浇筑后时间，d；Vrock—堆石体积，m3；Vscc—自密实混凝土体积，m3；ρrock—堆石容重，kg/m3；ρscc—自密实混凝土容重，kg/m3；Crock—堆石比热容，KJ/(kg·℃)；Cscc—自密实混凝土比热容，KJ/(kg·℃)。

结合实际工程，为便于探求最大绝热温升出现具体天数，本文自密实混凝土绝热温升分析采用公式(3)。

3 参数取值与计算结果

由于堆石混凝土为自密实混凝土和块石组成的复合材料，堆石率和密度各工程均有统计，根据公式(4)求出自密实混凝土与块石的比热容，则可以推导出堆石混凝土绝热温升的经验公式。

其中，自密实混凝土的导热系数和比热容是根据表2—3中各种材料参数按质量权重计算得出，具体计算成果见表4。

表2 各工程自密实混凝土配合比统计表单位：kg/m3

表3 材料比热容取值表单位：KJ/(kg·℃)

表4 自密实混凝土及块石比热容计算成果

根据表4可知，虽然各项目自密实混凝土配合比存在一定差异，但自密实混凝土比热容总体变化不大，Cscc=0.976±0.022(均值±标准差)。

将计算成果代入，得到相关参数和理论绝热温升最大值，见表5。

表5 堆石混凝土绝热温升相关参数计算结果

4 堆石混凝土绝热温升分析

4.1 堆石混凝土绝热温升最大值及出现时间

根据堆石混凝土指数计算公式和前述计算结果可知，选取的9个工程计算最大绝热温升范围为13.4～15.5℃。同时在绝热条件下，达到最大温升所需时间约为20d。

4.2 堆石混凝土绝热温升值影响因素

4.2.1堆石率

选取堆石岩性(灰岩)相同的8个工程(除沙千水库外)，通过绘制堆石率-堆石混凝土最大绝热温升线性回归方程(图1，相关系数为0.905)可知，适当提高堆石率以减少自密实混凝土用量有利于降低堆石混凝土最大绝热温升。

4.2.2水胶比

选取堆石率、粉煤灰掺量、堆石岩性相近的3个工程研究自密实混凝土比热容对堆石混凝土最大绝热温升的影响，见表6。

表6 水胶比对堆石混凝土最大绝热温升的影响工程案例

通过绘制水胶比-堆石混凝土最大绝热温升线性回归方程(图2，相关系数为0.996)可知，在堆石率、粉煤灰掺量、堆石岩性相近的前提下，降低水胶比有利于降低堆石混凝土最大绝热温升。

4.2.3自密实混凝土比热容

相同岩性的堆石比热容接近，故选取了堆石率、水胶比、堆石岩性相近的3个工程研究自密实混凝土比热容对堆石混凝土最大绝热温升的影响，见表7。

表7 自密实混凝土比热容对堆石混凝土最大绝热温升的影响工程案例

通过绘制自密实混凝土比热容-堆石混凝土最大绝热温升线性回归方程(图3，相关系数为0.997)，并结合堆石混凝土绝热温升计算公式相关参数β取值可知，在堆石率、堆石岩性相近的前提下，β的大小取决于自密实混凝土比热容Cscc，Cscc越大，对应的β越大，从而堆石混凝土绝热温升越大。故较小的自密实混凝土比热容有利于降低堆石混凝土最大绝热温升。