混凝土表面保温保湿试验探究

（1）混凝土表面保温保湿试验目的。

呼和浩特抽水蓄能电站位于中温带季风亚干旱气候区，具有冬长夏短，寒暑变化急剧的特征。下水库极端最低气温-32.8℃，极端最高气温38.5℃气温的年较差和日较差都比较大，冷热变化剧烈，早晚霜冻机会多，流域年降水量较少，一般为300～400mm。冬季月降水量一般都在10mm以下，冬季降水约占年降水量的5%以下，流域降水量远远小于蒸发量。

下水库拦沙坝和拦河坝均采用碾压混凝土重力坝，通仓浇筑，均匀上升，坝体内部混凝土除浇筑间歇期层面热量有所散发外，其他时段内部热量很难散发出去，将在很长一段时间按保持高温状态，坝内温度达到峰值后将缓慢下降，经过几十年直至稳定温度场为止，表层混凝土浇筑完毕后，由于水化热作用，温度将有所升高，此后受环境温度的影响，表面温度随着气温的变化而作周期性变化。混凝土的内外温差也将随着季节作周期性变化。坝内混凝土应力规律与温度变化规律相对应，内部特征点早期温升过程中主要体现为压应力，随着温度的下降压应力逐渐减小，并转化为拉应力。

根据《下水库大坝温度应力及温控防裂措施仿真分析报告》，当拦沙坝和拦河坝无温控措施时，坝体内部混凝土温度高达49℃，强约束区混凝土的最大内外温差将达25℃，非约束区常态混凝土的最大内外温差超过40℃。坝体各部位最高温度均高于控制温度，并出现在混凝土浇筑后的第一个冬季。坝体存在较大范围高拉应力区，最大值超过4.9MPa，远大于混凝土允许抗裂应力，最大表面应力产生的部位一般为强约束区与高温季节浇筑的混凝土表面。坝体因温度应力和混凝土干缩引起的裂缝问题较为严重。

试验研究目的是混凝土大坝保温保湿材料工艺及保温保湿成效的测试工作。主要有以下几个方面的目标：

1）在了解材料性能的同时对保温、保湿材料性能不改变的情况下要求达到工程施工的需要。

2）针对工程施工的要求，对喷涂聚氨酯设备的选型及施工设备的改造达到或满足工程施工条件。

3）对工程保温、保湿材料进行施工原型观测，研究寒冷条件下不同厚度聚氨酯泡沫层的保温效果，科学选择施工方案及实施工艺。

（2）混凝土表面保温保湿试验布置。

1）试验分区。利用施工现场交通大桥5个混凝土桥墩作为试验5个区域进行试验，即A区喷涂5cm厚聚氨酯；B区喷涂8cm厚聚氨酯；C区喷涂8cm厚聚氨酯泡沫加喷3cm厚聚酯砂浆；D区喷涂12cm厚聚氨酯泡沫加喷3cm厚聚酯砂浆；E区喷涂15cm厚聚氨酯泡沫加喷3cm厚聚酯砂浆。

2）试验布置。A区喷涂聚氨酯的长度绕桥墩一周（长度为22.8m），喷涂高度为4m，按厚度5cm进行喷涂。埋设仪器时，埋设入混凝土深度按照设计值，所埋设仪器和混凝土之间缝隙用砂浆填充。

B区喷涂聚氨酯的长度绕桥墩一周（长度为22.8m），喷涂高度为4m，按厚度8cm进行喷涂。埋设仪器时，埋设入混凝土深度采用设计值，所埋设仪器和混凝土之间缝隙用砂浆填充。现场混凝土桥墩试验区布置如图8.3.3所示。

C区喷涂聚氨酯的长度绕桥墩一周，喷涂高度为4m，按厚度8cm进行喷涂。埋设仪器时，埋设入混凝土深度采用设计值，所埋设仪器和混凝土之间缝隙采用砂浆填充。喷涂前每天的10时、15时、18时各用水湿润一遍，持续湿润5天后，待混凝土表面干后进行聚氨酯喷涂施工，聚氨酯喷涂施工完毕后加喷3cm厚度聚酯砂浆（中砂与抗裂胶重量比为4∶1）。进行聚氨酯砂浆喷涂施工需要铺设耐碱玻纤网格布，网格布孔径规格为10mm×10mm，玻纤网格布按2m间隔采用射钉条进行固定。

图8.3.3　交通大桥5个混凝土桥墩试验区布置

D区喷涂聚氨酯的长度绕桥墩一周（长度为22.8m），喷涂高度为4m，按厚度12cm进行喷涂。埋设仪器时，埋设入混凝土深度比设计值略深，所埋设仪器和混凝土之间缝隙采用砂浆填充，并在埋设部位采用整体喷涂喷涂聚氨酯厚度12cm的方式予以保护。聚氨酯喷涂施工完毕后加喷3cm厚度聚酯砂浆（中砂与抗裂胶重量比为3.5∶1）。进行聚氨酯砂浆喷涂施工需要铺设耐碱玻纤网格布，网格布孔径规格为10mm×10mm，玻纤网格布采用孔径为10mm、长度为16cm的保温钉进行固定。保温钉布置按5个/m2进行布置，4个分别布置在角落，一个在正中心位置，保温钉锚固端固定在桥墩混凝土中。

E区喷涂聚氨酯的长度绕桥墩一周，喷涂高度为4m，按厚度15cm进行喷涂。埋设仪器时，埋设入混凝土深度比设计值略深，所埋设仪器和混凝土之间缝隙采用砂浆填充，并在埋设部位采用整体喷涂喷涂聚氨酯厚度15cm的方式予以保护。聚氨酯喷涂施工完毕后加喷3cm厚度聚酯砂浆（中砂与抗裂胶重量比为3.5∶1）。进行聚氨酯砂浆喷涂施工需要铺设耐碱玻纤网格布，网格布孔径采用规格为5mm×5mm的，玻纤网格布采用孔径为10mm、长度为25cm的保温钉进行固定。保温钉布置按5个/m2进行布置，4个分别布置在角落，一个在正中心位置，保温钉锚固端固定在桥墩混凝土中。

（3）仪器埋设方法。(www.xing528.com)

5个桥墩，分为5个试验区。在每个试验区取3个面埋设测试仪器：上游面、左侧面和右侧面。上游面测试体系由2组温度计和1组湿度计组成；左、右侧面测试体系由3组温度计和1组湿度计组成。

通过在每块做实验区域的混凝土表面和浅层固定温度计、湿度仪，然后喷涂聚氨酯泡沫将之覆盖。另外为了对比分析，设定一个对比实验区，在第六个桥墩上埋设3组温度传感器和3组湿度传感器。

总共埋设了127支温度计和18支湿度计，具体埋设方案见表8.3.18。

表8.3.18　A～E实验区温度传感器、湿度传感器埋设方案

注　温度计串采用单孔4只温度传感器埋设方式，温度计采用支架固定位置，埋设深度分布为表面、3cm和5cm。

（4）数据观测。

温度传感器数据由人工读取和无纸记录仪记录两种方式分别记录，湿度传感器的数据由人工读取数据的方式进行记录。人工读取数据的方式成本低，对仪器设备稳定性要求低，但数据需要人工读取，难以获得日温度变化全过程曲线和昼夜温差。由于采集的数据量有限，实验分析结果对数据的敏感性大，分析结果精度较差。施工现场使用的普通传感器每天最多采集四组数据，采集典型时间点为8时、14时、17时、21时，采集数据的时间间隔为3～8h/次。无纸记录仪是自动记录传感器测量数据的仪器，可以连续记录传感器的数据，因此能够得到日温度变化全过程曲线和昼夜温差。实验现场使用的无纸记录仪记录数据的时间间隔为1min，即每天能够获得1440组数据。由于数据量大，所以分析结果的精度较高。但无纸记录仪对设备的稳定性要求较普通传感器高，试验现场需提供稳定电源并进行现场保护。

实验拟测定气温变幅、混凝土表面温度变幅、空气湿度并进行90天的原型观测，得到聚氨酯层下的混凝土表面保温系数和湿度变化规律。待喷涂完成后每天进行观测记录原始数据。同时在试验位置附近固定一组温度计、湿度仪，并每天进行观测记录原始数据。

（5）实验结论。

1）保温措施对混凝土温度保护作用明显。保温系数随深度增加而减小，表面处保温系数最高，受环境温度影响最大。A、B、C方案，混凝土温度浮动限制在0～3cm范围内；D、E方案，混凝土温度浮动限制在0～1cm范围内。未喷涂任何保温材料区域的保温系数计算结果为其他各区值的6倍以上，气温变化对混凝土的影响深度远在6cm以上。

2）C、D、E方案混凝土表面温度变幅较B方案有明显减小，说明8～15cm聚氨酯配合3cm聚酯砂浆的保温方案能够有效保护混凝土，再增加聚氨酯的厚度对保温效果的改善不明显。

3）保温效果由优到劣为E、D、C、B、A。E方案保温效果极佳。

4）聚酯砂浆具有一定的保温效果。聚氨酯的保温效果好于聚酯砂浆，在进行比选时，可优先使用。

5）无纸记录仪能连续温度变化全过程曲线值，数据量大、准确。

6）在拆模二周内及时跟仓进行混凝土保温。同时适宜施工的温度范围是18～24℃。

7）施工现场空气湿度浮动明显，日均湿度约为50%RH，浮动40%RH。埋设于保温材料下方的混凝土，湿度值稳定，0cm处的湿度与空气湿度值贴近，3cm、5cm处的湿度传感器受空气湿度影响渐小。A～C方案0cm、3cm、5cm的湿度值有明显差异，D～E方案中，除了0cm处，3cm和5cm处的湿度基本一致，即D、E方案对混凝土湿度起到了很好的保护作用。