[发明专利]一种大体积混凝土结构表面放热系数确定的方法和装置

说明书

技术领域

本发明涉及混凝土结构表面保温效果的确定的技术领域，具体地说，是涉及一种大体积混凝土结构表面放热系数确定的方法和装置，适用于大体积混凝土结构温控防裂措施的制定、表面保温效果的评价。

背景技术

大坝、水闸、渡槽等水利工程由于混凝土用量大、体积大，再加上混凝土是热性材料，施工时由于水泥水化反应发热，温度升高，同时混凝土又受周围环境的影响，表面温度同内部温度有差别，形成内外温差。工程经验表明，周围环境温度变化越剧烈、内外温差越大，混凝土越容易产生裂缝，这些裂缝的出现既影响结构外形美观，又严重影响工程的工作性、耐久性和安全性。

目前工程界为防止这种温度裂缝的产生，一般是采取表面保温的方法措施，即在混凝土表面贴保温板来减小内外温差，降低开裂的风险。但是针对不同地区的工程，保温材料和保温厚度的选择是一个重要的环节，它涉及到保温效果和经济费用两方面的问题；材料厚，效果相对较好但是不经济，材料薄，虽然经济但是不能起到良好的保温效果。因此，选择适度保温材料厚度就成为工程设计人员要考虑的问题。保温厚度和效果的科学表述和温控防裂数值计算的精确与否，都涉及到混凝土表面放热系数，这个系数成为问题的关键。

混凝土表面放热系数的取得一般是通过经验公式计算或者专用仪器获得。经验公式计算的表面放热系数不能模拟实际工程环境、不能反映混凝土实际情况，往往和实际有较大出入；专用仪器非常昂贵且很难普及。此外，当不采取表面保温措施时，经验公式和专业仪器都没有区分不同结构面的表面放热系数的差别，而且在本技术领域中，普遍认为放热系数和结构面方位没有关系，实际上对于竖直面和水平面而言，放热系数是有所不同的，但是区别如何，怎样能够获得不同结构面方位放热系数并得到实测验证，这种方法在现有技术中是没有的。这些问题都使得现有技术中对于混凝土结构的保温措施设计存在盲目性。因此，寻求大体积混凝土结构表面放热系数确定的装置和方法，对工程经济合理的保温措施的制定、保温效果的监控和温控防裂的研究具有重要意义和工程价值。

发明内容

本发明的目的在于改进现有确定混凝土表面放热系数方法的不足，提供一种从反映工程实际、经济合理有效方面入手，确定混凝土的表面放热系数，包括有表面保温和无表面保温时表面放热系数的方法和装置。

本发明的目的是这样实现的：

本发明提供的大体积混凝土结构表面放热系数确定的方法，是通过将混凝土试件设置在一个风道装置中，用一风源向试件吹风，通过测试风速对混凝土结构表面放热系数的影响而确定和验证放热系数。

本发明提供的方法是：

步骤1：启动风道中设置的一风源，向试件提供一设定风速的气流；

步骤2：检测和记录不同风速时的混凝土表面温度，反演出混凝土表面放热系数，回归分析出风速和混凝土表面的相关规律。

反演混凝土表面放热系数时，分成试件上设置保温材料和不设置保温材料两种情形；

(1)试件上设置保温材料的情形：

混凝土表面放热系数和风速的关系为：

式中，β为混凝土表面放热系数，kJ·(m²·h·℃)^-1；v_s为风速，m·s^-1；和μ需根据混凝土表面的粗糙程度来确定，经验值在20-25之间，μ经验值在10-15之间；

(2)试件上不设置保温材料的情形：

无保温措施时混凝土表面的放热系数和风速的关系为：

水平面：

竖直面：

式中，β为混凝土表面放热系数，kJ·(m²·h·℃)^-1；T_s为混凝土表面温度；T_a为周围环境气温；v_s为风速，m·s^-1；θ和α相关参数，需根据具体试验条件确定，θ经验值在20-40，α经验值在20-30之间；和μ需根据混凝土表面的粗糙程度来确定，经验值在20-25，μ经验值在10-15之间。

θ和α根据试验环境，结合相关规范和著作，得出这两个值。

根据上述公式得出的放热系数β，再通过现有技术中的有限元软件数值计算程序计算出表面温度；