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聚苯板保溫材料在三峽工程中的研究與應用

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標簽:組織結構設計,鋼結構設計, 聚苯板保溫材料在三峽工程中的研究與應用,http://www.nvlbio.live
聚苯板保溫材料在三峽工程中的研究與應用


    摘要:為防止因氣溫驟降引起大壩混凝土表面裂縫,應對壩體進行表面保溫。根據設計要求并結合三峽二期工程保溫材料實際運用情況,通過一系列試驗比選,最終選擇聚苯板作為三峽工程三期大壩、廠房永久暴露面保溫材料。經使用驗證,采用聚苯板作為保溫材料保溫效果良好,施工工藝簡便,滿足壩體跟進保溫要求,且因耐久性好可多年保溫,具有較好的經濟性。
    關鍵詞:壩體保溫; 聚苯板; 三峽三期工程


    氣溫驟降是引起大體積混凝土表面裂縫的主要成因。根據有關資料,三峽壩區氣溫驟降多發生在秋、春季,此期間溫度降幅也達到最大。氣溫驟降引起的壩塊裂縫,主要發生在混凝土早齡期,以6~20 d發生率最高。二期工程廠壩混凝土裂縫成因研究成果表明,秋冬季節,由于氣溫年變化的影響,壩體內外存在較大溫差,即使對于已澆筑2~3年的老混凝土壩體也可能產生裂縫。因三峽大壩暴露面大,壩址氣溫驟降頻繁,更凸顯壩體表面保護的重要性。設計提出對于三期廠壩永久暴露面在10~4月份澆筑的混凝土,拆模后立即設永久保溫層,5~9月份澆筑的混凝土,10月份設永久保護層,保溫后混凝土等效放熱系數β≤1.5~2.0 w/m2•℃。 
    三峽二期工程中主要采用1.5~2.0 cm厚表面粘結彩條布的高發泡聚乙烯塑料卷材作為保溫材料,存在封閉不嚴導致透風,保溫材料較易受損,耐久性差諸問題,故其保溫效果不理想。為此,在三峽三期廠壩開工后,即開展了大量試驗比選工作,以確定合適的保溫材料。
    1 保溫材料性能及保溫效果試驗 
    在對國內生產的保溫材料廣泛調研基礎上,選取了三種較為適合用于壩體大面積保溫的材料,即聚苯板、珍珠巖發泡保溫涂料和發泡聚氨酯。三種材料的施工方法,聚苯板保溫材料的做法為:人工涂刷粘結劑+人工粘貼聚苯板+防水涂料;珍珠巖發泡保溫涂料的做法為:人工涂抹珍珠巖發泡涂料;聚氨酯保溫材料的做法為:機械噴涂聚氨酯。
    1.1 保溫材料性能 
    聚苯板保溫材料由粘結劑、聚苯板、防水涂料組成。①粘結劑:由礦物型膠凝材料、優化級配的骨料及特殊的添加劑組成。其拉伸粘結強度≥0.10 MPa,透水性(24 h)≤3.0 ml。②聚苯板:采用模塑聚苯乙烯泡沫塑料制作的板材。③防水涂料:是一種雙組分、丙烯酸類高聚物改性的水泥基防水材料,由無機(水泥基)材料和高分子材料復合而成。當兩種組分按一定比例拌和后,其中的聚和物乳液失水而成為具有粘結性和連續性的彈性膜層,水泥因與乳液中的水發生水化反應而產生硬化,水泥硬化體分散、填充在聚合物膜層牢固地形成一個堅固而有彈性的防水層。防水涂料可以提高聚苯板的機械強度和耐久性,其拉伸強度≥0.12 MPa。 
    聚氨酯硬質泡沫由主料與輔助材料組合而成,包括發泡劑、催化劑、穩定劑、阻燃劑。聚氨酯硬質泡沫在沒有加入發泡劑之前是一種強度極高的粘合劑;在加入發泡劑制成泡沫后,其粘結力仍然很強,仍能跟水泥(混凝土)連為一體。由于水對聚醚型氨酯基本上沒有溶解、腐蝕作用,水與泡沫不起反應,所以被水淹后不易脫落。 
    珍珠巖發泡保溫涂料是依據對冶金工業爐窯保溫的原理,以珍珠巖、礦物纖維為主要原料,以水性結合劑復合而成,它具有無毒、無污染、保溫隔熱、阻燃等特性,可以在任何形狀的物體表面進行保溫。使用后可直接用高壓水沖洗干凈,沒有環境污染,采用的礦物原料可以在自然中消解。  
    以上3種材料的主要理化指標見表1、2、3。
    保溫材料等效放熱系數β值的計算公式: 
    β效=k/(0.05+δ/λ) 
    其中k為修正值,根據保溫的密封情況而定,k=1.0~1.20;當粘貼接縫緊密不透風時,取k=1.20(或更趨近于1)。 
    λ為熱導系數; 
    δ為保溫板厚度。 
    上述公式反映了等效放熱系數與板厚的關系,由此可計算出保溫材料在相同等效放熱系數條件下的板厚: δ=λ(k/β效-0.05) 取β效=1.5 w/m2•℃,k=1.20。 
    聚苯板、珍珠巖發泡保溫涂料和發泡聚氨脂三種材料的導熱系數分別取0.034、0.045和0.019 w/m•k,分別計算得板厚為2.55、3.38和1.43 cm。 
    從上述材料需要的厚度對比,在滿足相同的等效放熱系數條件下,珍珠巖發泡保溫涂料需要的厚度最大,聚苯板需要的厚度次之,發泡聚氨酯需要的厚度最小。
    1.2 保溫效果試驗 
    在三峽工地現場測試了聚苯板、珍珠巖發泡保溫材料的保溫效果;限于條件,發泡聚氨脂的保溫效果直接采用新疆塔西河石門子水庫大壩的有關測試數據。 
    測試現場:在縱向圍堰右側選取2個0.6 m×2 m區域內各鑿槽埋設2支電阻溫度計,另外再埋設2支電阻溫度計測試現場氣溫和混凝土表面溫度;炷帘砻鏈囟扔嬭彍\槽埋設于混凝土表面。同時用酒精玻璃溫度計測試環境氣溫,與電阻溫度計測量結果進行互校。儀埋完成后,進行保溫材料施工。I區采用2.8 cm厚聚苯板,粘結劑粘結,表面涂防水涂料。II區采用珍珠巖發泡涂料,按不下墜脫落要求,涂抹厚度為1.8~2.2 cm。保溫材料及儀器埋設2天后,按1天3次(早上8∶00,下午15∶00,晚上23∶00) 進行觀測,從2003年8月21日開始觀測,連續測量1個月,特征值統計見表4。
    兩種材料相比較,聚苯板的保溫效果要優于珍珠巖發泡保溫涂料的保溫效果。 
    發泡聚氨酯保溫效果: 
    新疆塔西河石門子水庫大壩采用發泡聚氨酯作為壩體保溫材料。據測試資料,噴涂聚氨酯后壩面20天內,當氣溫在-12℃~3.5℃之間,溫度變幅為15.5℃條件下,內部溫度在4.1℃~6.8℃之間,內部溫度變幅為2.7℃。 
    可見,聚氨酯有較好的保溫效果。
    2 保溫材料比選 
    (1)聚苯板 操作工藝簡單,易施工,只需在聚苯板上涂抹粘結劑,然后將涂抹好的聚苯板粘貼在混凝土面上,最后在聚苯板表面涂刷一道防水涂料。 
    三峽工程混凝土永久外露面均使用的是大型懸臂鋼模板,模板支腿部位保溫一直是薄弱環節,因模板支腿結構影響,此部位只能采用吊掛保溫被臨時保溫,因封閉不嚴導致保溫效果較差。一般將模板提升后再進行永久保溫。采用聚苯板粘貼工藝可在模板支腿支點部位處裁剪聚苯板預留缺口,先行將模板支腿其他部位保溫,待模板提升后,再將支腿部位缺口補上,較好地解決了壩體跟進保溫問題。聚苯板較輕,易于轉運,適合高空粘貼作業。人工粘貼作業時,采取系安全帶措施后可使用固定在模板支架上的軟梯或在模板下支架上進行,施工方便。 
    聚苯板粘貼后不易脫落,耐久性強,可作為永久保溫;炷撩嬲迟N聚苯板厚度均勻,不因人為操作因素而出現的厚度不均現象;涂刷防水劑后的聚苯板表面與沒有粘貼的混凝土面顏色相近,外形較好。 
    聚苯板本體機械強度較差,在外力作用下較宜折斷,表面較宜破損,但涂抹水泥基柔性防水涂料后可解決此問題。 
    (2)珍珠巖發泡保溫涂料 
    耐久性、整體性較好。保溫涂料施工需由人工直接在混凝土面涂抹,涂抹耗時較長,材料轉運不便,也不適合進行高空作業。涂抹后24 h硬化期內受水沖刷或其它因素影響宜脫落。 
    保溫涂料涂抹厚度因下墜而不宜過厚,且厚度也不易控制,宜出現厚度不均現象,同時,導熱系數也較大,受上述幾種因素制約。 
    (3)發泡聚氨酯 

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