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寒冷环境下国内大坝混凝土的保温抗冰技术现状

赵成先 孙红尧 潘旭勇 罗建华 裴成元 李洪鑫

赵成先,孙红尧,潘旭勇,等. 寒冷环境下国内大坝混凝土的保温抗冰技术现状[J]. 水利水运工程学报 doi:  10.12170/20200106003
引用本文: 赵成先,孙红尧,潘旭勇,等. 寒冷环境下国内大坝混凝土的保温抗冰技术现状[J]. 水利水运工程学报 doi:  10.12170/20200106003
(ZHAO Chengxian, SUN Hongyao, PAN Xuyong, et al. Current situations of thermal insulation and ice resistance technology of dam concrete in China under cold environment[J]. Hydro-Science and Engineering(in Chinese)) doi:  10.12170/20200106003
Citation: (ZHAO Chengxian, SUN Hongyao, PAN Xuyong, et al. Current situations of thermal insulation and ice resistance technology of dam concrete in China under cold environment[J]. Hydro-Science and Engineering(in Chinese)) doi:  10.12170/20200106003

寒冷环境下国内大坝混凝土的保温抗冰技术现状

doi: 10.12170/20200106003
基金项目: 国家重点研发计划资助项目(2018YFC0406706,2018YFC0406702)
详细信息
    作者简介:

    赵成先(1978—),男,新疆乌鲁木齐人,高级工程师,主要从事水利工程建设和运营管理。E-mail:303378664@qq.com

  • 中图分类号: TV642

Current situations of thermal insulation and ice resistance technology of dam concrete in China under cold environment

  • 摘要: 大体积混凝土大坝施工时内外大温差会造成混凝土的开裂,寒冷环境下大坝运行时冰的冻融过程会对混凝土造成胀裂破坏,因此寒冷环境下混凝土大坝浇筑时必须采取临时保温措施,大坝运行时必须采取永久保温措施。大坝上游面接水部位水结冰过程中的推力、剪切力和拉拔力会破坏保温材料,所以大坝上游面必须采取抗冰措施。从保温材料种类、抗冰技术、应用案例和调研结果等方面回顾了寒冷环境下国内混凝土大坝的保温和抗冰技术的现状,目前主要采用泡沫塑料作为临时保温材料,采用聚苯板和聚氨酯泡沫作为大坝永久保温材料,采用在保温材料表面涂布涂料或砂浆的方式以及采用抗冰装置的方式抵抗冰的破坏。抗冰技术尚处于起步阶段,最后提出了目前大坝保温抗冰技术存在的问题和需要继续研究的内容。
  • 图  1  普通混凝土冻融试验前后的外观状态

    Figure  1.  Appearance state of ordinary concrete before and after freeze-thaw test

    图  2  大坝迎水面冰对保温材料基体作用力示意(图中符号斜体)

    W为冰的自重;F为冰的自重在水位下降时保温材料基面受到向外的拉拔力;F为冰的自重在水位下降时保温材料基面受到的剪切力;F为水体对保温材料基体的压力;F为水结冰过程体积膨胀对保温材料基体形成的推力。

    Figure  2.  Schematic diagram of forces of ice acting on thermal insulation materials at the upstream of dam

    图  3  专利CN201611088608.X中防冰拔力破坏的结构

    Figure  3.  Ice-resistant structure in patent CN201611088608. X

    图  4  专利CN201620420456.8中的产气装置

    Figure  4.  Gas-generating unit in patent CN201620420456.8

    图  5  聚氨酯保温材料被冰破坏露出基面

    Figure  5.  Polyurethane insulation material is damaged by ice and the base surface is exposed

    图  6  曝气装置处的保温材料状态

    Figure  6.  Status of thermal insulation material at aeration unit

    表  1  几种保温材料的性能比较

    Table  1.   Performance comparison of several thermal insulation materials

    保温材料密度/(kg·m−3耐燃性等级压缩强度/ MPa导热系数/(W·(m·K)−1体积吸水率/%
    发泡珍珠岩100~200A不燃,耐温≤800 °C0.6~1.20.047~0.054≤88.0
    EPS聚苯板≥18B2可燃,遇火熔融≥0.10≤0.042≤4.0
    XPS聚苯板≥25B2可燃,遇火熔融≥0.15≤0.032≤1.0
    聚氨酯硬泡≥35B1难燃,离火自熄时间≤2s≥0.17≤0.028≤5.0
      注:代表通过在聚苯板和聚氨酯硬泡中添加阻燃剂方式达到相应的耐燃性等级。
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