淺析隔熱混凝土噴層支護(hù)積水在水利工程中的運(yùn)用

孫志國(guó)

摘要：在水利工程中，噴射混凝土施工經(jīng)常會(huì)受到施工環(huán)境高溫的影響，導(dǎo)致施工質(zhì)量出現(xiàn)問(wèn)題，嚴(yán)重拖慢了施工進(jìn)度。因此我們開(kāi)始致力于隔熱混凝土噴射施工技術(shù)，這不僅可以有效提升施工質(zhì)量，還可以使施工的環(huán)境得到有效改善。

關(guān)鍵詞：隔熱;混凝土;噴層支護(hù);水利工程

引言：本文以某水利工程巷道施工為基礎(chǔ)，對(duì)新型隔熱保濕混凝土噴層支護(hù)施工技術(shù)進(jìn)行分析。目前施工中常見(jiàn)的兩種隔熱材料：頁(yè)巖陶粒、玻化微珠，對(duì)他們的性狀、隔熱原理等進(jìn)行介紹分析，并結(jié)合實(shí)際工程，對(duì)其回彈損失率、圍巖壓力、混凝土壓力等進(jìn)行實(shí)踐分析。

一、深井熱源介紹與隔熱材料性能分析

深井熱源

水利施工作業(yè)在進(jìn)行到壩底時(shí)，會(huì)受到多種熱源熱量的干擾，導(dǎo)致施工受到高溫?zé)岷Φ挠绊?。熱源的產(chǎn)生原因有很多，比如有機(jī)電設(shè)備使用時(shí)的散熱，空氣壓縮造成的放熱情況，壩底圍巖散熱等，但是絕大多數(shù)的熱量來(lái)源都是來(lái)自與圍巖散熱5。圍巖的熱量會(huì)散發(fā)到水壩的底部深處，同時(shí)也會(huì)受空氣對(duì)流的影響，將熱量傳導(dǎo)至地下水中。綜合分析以上兩種散熱方式，熱量散發(fā)到圍巖的表面之后，會(huì)使井下空氣的溫度變高，井下熱源是圍巖傳熱的主要熱量來(lái)源，深井熱量幾乎有一半是來(lái)源與圍巖傳熱。由于高溫環(huán)境部會(huì)對(duì)水利工程的混凝土噴射施工造成極大的影響，因此我們開(kāi)始了對(duì)隔熱混凝土材料的研究，利用隔熱混凝土材料在壩底制作一個(gè)噴層支護(hù)結(jié)構(gòu)，防止熱量向圍巖的底部傳遞，降低施工環(huán)境的溫度。

材料性能分析

隔熱材料的選擇

頁(yè)巖陶粒：頁(yè)巖陶粒的組成物質(zhì)主要有泥質(zhì)巖石、黏土、粉煤灰、煤矸石等，通過(guò)煅燒加工的方式將其制作成顆粒級(jí)配的陶質(zhì)物，其內(nèi)部為分布的微孔結(jié)構(gòu)外部有一層極密的釉殼，形狀呈球形。頁(yè)巖陶粒的孔隙率與筒壓強(qiáng)度都十分高，并且具有較好的隔熱保溫、耐火、抗震性能1。

?；⒅椋翰；⒅榈馁|(zhì)量非常輕，屬于非金屬類物質(zhì)，保濕隔熱性能十分好，形狀呈粉末顆粒狀，是將火山巖礦石中松脂巖作為原材料，通過(guò)開(kāi)采破碎之后經(jīng)過(guò)篩分，高溫燃燒膨脹?；谱鞫?。理化性能十分穩(wěn)定，材料質(zhì)量十分輕，具有很好的隔熱性能，防火耐高溫，不易老化，防水性能好2。

隔熱材料原理

目前使用的隔熱材料主要有陶粒、?；⒅榈?，將原本使用的砂石替換掉，從而使混凝土材料的孔隙率得到提升，以這樣的方式來(lái)降低熱量的傳導(dǎo)速度，使熱量在傳導(dǎo)的過(guò)程中被消耗掉，從而使混凝土材料的受熱溫度降低，提升材料的隔熱保溫性能3。砂石的骨料含量比較低，對(duì)混凝土強(qiáng)度的影響比較大，因此在設(shè)計(jì)材料的配合比時(shí)，一定要對(duì)混凝土的強(qiáng)度以及保溫隔熱性能進(jìn)行考量.

將陶粒與玻化微珠替換掉混凝土中的石子與砂子材料之后，混凝土的導(dǎo)熱系數(shù)得到了有效的降低，這是由于將這兩種材料加入到混凝土中之后，混凝土的內(nèi)部結(jié)構(gòu)會(huì)形成多孔狀，熱量不僅會(huì)在骨料中進(jìn)行傳播，在空隙的空氣中也會(huì)傳播4。而在正大混凝土的孔隙之后，就使得熱量的傳播渠道增加了，同時(shí)也使得熱量的傳播損失量得到了提升，熱量在傳播過(guò)程中被損失掉之后，混凝土的溫度也就得到了有效的降低。但是砂石骨料是支撐混凝土強(qiáng)度的重要原材料，混凝土中砂石骨料的份量被降低之后，混凝土的強(qiáng)度自然會(huì)有所降低，因此需要合理控制各種原材料的摻入量，既要保證混凝土的保濕隔熱性能，又要滿足水利工程施工混凝土結(jié)構(gòu)強(qiáng)度的要求。

二、隔熱混凝土的配制及試件制作

材料的選擇

水泥： 水泥材料方面的選擇，本試驗(yàn)的選用材料為當(dāng)?shù)啬乘鄰S生產(chǎn)的42級(jí)普通硅酸鹽水泥，石子也是采用的當(dāng)?shù)厣a(chǎn)的原材料，顆粒的粒徑大小在6毫米到12毫米之間。砂子也是選用的當(dāng)?shù)氐暮由?，?xì)度模數(shù)為2.7，含泥比例控制在0.02范圍內(nèi)。

粉煤灰：有相關(guān)的研究數(shù)據(jù)證明，在混凝土原料配合過(guò)程中，摻入適量的粉煤灰材料，可以是混凝土的粘黏性與流動(dòng)性得到有效提升，并且可以節(jié)省水泥的使用量，本試驗(yàn)選用的是當(dāng)?shù)啬硰S商生產(chǎn)的一級(jí)粉煤灰材料。

頁(yè)巖陶粒： 頁(yè)巖陶粒是混凝土混合中的主要原材料之一，本試驗(yàn)選擇的頁(yè)巖陶粒密度大小為每立方606千克，吸水率為0.16，筒壓強(qiáng)度控制在3.2兆帕以上，粒徑的大小范圍控制在4.8毫米到14.8毫米左右。替代混凝土中的瓜子片材料。

?；⒅椋罕驹囼?yàn)采用的玻化微珠材料密度為每立方78千克，吸水率大小為0.1，替換混凝土中的砂子材料，以體積比例的形式計(jì)算參入量。

聚丙乙烯纖維：該材料選取形狀為單絲束狀，選取長(zhǎng)度為10毫米。

外摻劑：一般外摻劑的選擇類型主要有早強(qiáng)劑與減水劑，本試驗(yàn)選擇的減水劑原材料為聚羧酸，早強(qiáng)劑原材料為氯化鈉。

配合比設(shè)計(jì)

以水利工程施工的深井噴射混凝土施工為試驗(yàn)的基礎(chǔ)模型，在經(jīng)過(guò)多次的模擬實(shí)驗(yàn)與實(shí)踐分析之后，我們確定隔熱混凝土各原材料的配合比為：水泥與石子與砂子與水的配合比為1：1.82：1.82：0.48。聚乙烯纖維材料的摻入量控制為每立方0.92千克，減水劑在水泥質(zhì)量中的占比為百分之一，早強(qiáng)劑在水泥質(zhì)量中的占比為百分之二。將混凝土的配合比作為定量，將頁(yè)巖陶粒、?；⒅橐约胺勖夯业膿饺肓孔鳛樽兞?。形成三種組合比例混合方案，陶粒代替石子的用量比例組合為百分之二十、百分之四十、百分之六十;粉煤灰代替水泥的用量比例組合為百分之十、百分之二十、百分之說(shuō)三十、?；⒅檎蓟炷馏w積的比例組合為百分之六十、百分之一百、百分之一百四十。

試驗(yàn)過(guò)程與結(jié)果分析

本試驗(yàn)采用的是正交試驗(yàn)方式，一共設(shè)定了二十七組試驗(yàn)方式，分別對(duì)材料的導(dǎo)熱性能、抗壓強(qiáng)度、抗拉強(qiáng)度以及抗折強(qiáng)度進(jìn)行了測(cè)量，

通過(guò)對(duì)實(shí)驗(yàn)測(cè)量之后我們可以知道，樣本試件導(dǎo)熱系數(shù)的波動(dòng)范圍大致在0.1781瓦/（米.開(kāi)爾文）到0.2538瓦/（米.開(kāi)爾文）之間，而普通混凝土構(gòu)件的導(dǎo)熱系數(shù)在1.75瓦/（米.開(kāi)爾文）之間，然后我們采用功效系數(shù)法的方式對(duì)混凝土試件的其他參數(shù)進(jìn)行分析，選定最佳的摻入量組合，在經(jīng)過(guò)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析之后，我們得到，功效系數(shù)d的最大取值為0.95303，對(duì)應(yīng)的混合比標(biāo)號(hào)為5，因此確定具體的摻入量比例為：百分之二十（頁(yè)巖陶粒）百分之一百（?；⒅椋俜种ǚ勖夯遥?。

結(jié)束語(yǔ)：由試驗(yàn)可知，新型隔熱混凝土材料的導(dǎo)熱性能明顯要比普通混凝土的導(dǎo)熱性能要好的多。強(qiáng)度也相比于普通的混凝土而言有所降低，這主要是因?yàn)樾滦突炷敛牧辖Y(jié)構(gòu)為多孔結(jié)構(gòu)，這樣才能使熱量在骨料和空隙內(nèi)均勻傳播，傳播路徑延長(zhǎng)，熱量損失加大，提升混凝土隔熱性能。

參考文獻(xiàn)：

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