堆石混凝土绝热温升影响因素浅析

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摘要:为研究堆石混凝土绝热温升的影响因素，有效地降低堆石混凝土绝热温升。文章依据室内试验绝热温升经验公式，并结合在建项目堆石混凝土热力学参数，对堆石混凝土绝热温升进行研究，获得了影响堆石混凝土绝热温升的因素，对类似工程在实施时相应配合比及堆石料的选取具有借鉴意义。

关键词:堆石混凝土;绝热温升;影响因素;在建项目

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。

2绝热温升计算方法

根据SL282—2018《混凝土拱坝设计规范》，混凝土绝热温升公式简化为根据文献［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: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。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。

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。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。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。而根据表3各原材料比热容取值可知，减小用水量和胶凝材料用量可以一定程度减小自密实混凝土比热容，从而达到降低堆石混凝土绝热温升的目的。4.2.4块石热力学性质。本文加入了沙千水库(石英砂岩作为堆石料和混凝土粗骨料)进行对比分析，主要研究堆石岩性不同对堆石混凝土最大绝热温升的影响。根据上述原则，选取了堆石率相同的4个工程进行对比分析，见表8。通过绘制如图4所示的堆石岩性－堆石混凝土最大绝热温升柱状图，可知，较小比热容的堆石，吸热效果越小，对应的堆石混凝土绝热温升越大。

4.3堆石混凝土绝热温升与实测值对比

各项目堆石混凝土实测最大温升为9.2～13.1℃，总体较计算堆石混凝土最大绝热温升低2～5℃。同时受外部环境影响，实测堆石混凝土最大温升多集中在3～10d，见表9。

4.4堆石混凝土绝热温升与常态及碾压混凝土对比

如图5所示，通过对比堆石混凝土与常态混凝土和碾压混凝土最大绝热温升，发现堆石混凝土由于水泥用量较少且堆石存在一定吸热作用，故绝热温升相对较低，体现了堆石混凝土作为一种新型复合型筑坝材料在温控方面的优势。

5结语

(1)通过对堆石混凝土绝热温升的研究，发现“增加堆石率、降低自密实混凝土水胶比、减小用水量和胶凝材料用量、采用比热容较大的堆石”是降低堆石混凝土绝热温升的有效措施。(2)通过理论计算得到各工程堆石混凝土绝热温升趋于13.4～15.5℃之间，较实测最大温升高约2～5℃。对比常态混凝土和碾压混凝土，堆石混凝土绝热温升明显小于前二者，体现了其在温控方面的优势，同时也为堆石混凝土坝简化温控措施、不分缝或少分缝提供了理论依据。(3)由于采用控制单一变量研究各项影响因素，从而使得样本数量不足，后续还需进一步完善。

作者:罗键 曾旭 单位:遵义水利水电勘测设计研究院