严寒地区混凝土坝保温技术

任务来源：

技术领域：水利工程建设与管理

技术来源：省部计划，自主研发。3件实用新型专利：大坝防渗保温一体化系统（ZL201320188966.3）；严寒区大坝保温施工专用吊篮（ZL2019 20619788.2)；严寒区大坝保温整体式抗冰拔结构层（ZL201920616623.X）。计算机软件著作权，软件名称：大体积混凝土不稳定温度场及徐变应力场的三维有限元计算程序V1.0（2020SRO041580）。

技术原理

通过数值模拟仿真计算、材料遴选、设备研发、施工工艺完善等形成一套系统的混凝土坝保温技术。该技术包含大坝施工期的临时保温、越冬保温以及运行期的永久保温，通过三种保温型式保温厚度设计、保温时机优化并配以安全高效的施工技术，可有效控制大坝混凝土内外温差、上下层温差，减小坝体温度应力，有效防止坝体裂缝的产生。研发的远红外加热吊篮设备，现场永久保温可施工时间提高1倍以上。采用吸水率低的永久保温材料及防冰技术解决了传统保温材料易燃以及在长期浸水、冰拔作用下的破坏问题，真正实现了大坝“永久保温”的功能。

技术特色

（1）该技术通过自编三维有限元仿真计算程序得出温度及应力变化规律，以此来设计不同气候条件下不同混凝土坝体的临时保温、越冬面保温及永久保温，并给出每种保温型式的最优实施时机。（2）考虑经济性，每种保温型式采用不同的保温材料。临时保温采用聚乙烯泡沫被，越冬面保温采用棉被，永久保温采用发泡聚氨酯。该保温体系同时具备保湿功能，可防止严寒干燥地区干缩裂缝的产生。（3）为了防止大坝上游面水位变化区永久保温材料的冰推、冰拔破坏，在水位变化区内采用密度大于70kg/m³的高密度聚氨酯（其他部位采用密度45kg/m³的聚氨酯），并在表面涂刷防冰拔涂料，以解决冰拔、冰推对永久保温材料的破坏。（4）临时保温和越冬面保温施工工艺比较简单。永久保温施工质量受高空作业、低温、大风、坝面潮湿等影响较大，为此配套研制出严寒区大坝永久保温施工专用吊篮，包括防火吊篮、伸缩式防火蓬体、远红外加热器、照明装置和通风换气装置。在防火吊篮的前侧面设置施工口，伸缩式防火蓬体安装在施工口上，在靠近施工口一侧的防火吊篮内安装远红外加热器，远红外加热器通过施工口对坝体施工作业面加热。本发明结构合理紧凑，通过设置全封闭式的防火吊篮与伸缩式防火蓬体在防火吊篮内形成一个相对密闭的工作空间，即使外界气温较低，也可以通过远红外加热器对坝体的施工作业面进行加热、烘干，施工过程不受低温、潮湿坝面影响，从而实现全天候施工。（5）该技术工艺可靠、适用性强、隔热保温效果明显、经济合理，节能环保。永久保温施工后可形成无接缝的连续壳体，耐老化性能好，在低温-50℃不脆裂，在高温150℃不流淌。永久保温材料本身无毒环保，遇火阻燃，耐弱酸、弱碱等化学物质的侵蚀。

技术指标

（1）大坝越冬期间，可将越冬水平面混凝土表面温度控制在5℃以上，上下游坝面混凝土温度控制在0℃以上。坝体混凝土上下层温差和内外温差分别控制在12～15℃。（2）研发的加热式吊篮设备，可将现场喷涂聚氨酯喷涂施工时的外界气温要求由原来5℃以上降低到-10℃以上，现场永久保温可施工时间提高1倍以上。（3）采用的坝体永久保温材料导热系数小于0.024W/（m·K），-50℃不脆裂，防火等级可达B2级，吸水率小于3%。

应用范围及前景

适用于低端最低气温-50℃以上严寒、寒冷地区混凝土重力坝、拱坝保温系统设计及实际工程混凝土防裂。该项技术已应用于新疆KLSK碾压混凝土重力坝、新疆BEJ山口电站常态拱坝、东北丰满碾压混凝土重力坝（新坝）、东北奋斗水库大坝、新疆SETH碾压混凝土重力坝等工程的保温。典型案例：KLSK碾压混凝土重力坝。2007年至2010年应用于新疆KLSK碾压混凝土重力坝保温。KLSK大坝是我国在严寒地区修建的最高碾压混凝土重力坝，最大坝高121.5m，全坝长1583m，共分83个坝段。坝址多年平均气温2.7℃，极端最低气温-49.8℃，年温差近90℃，全年寒潮频繁，即使在气温较高的6月、7月、8月平均每月出现2～3次寒潮。采用三维有限元仿真计算程序对大坝的临时保温、越冬保温及永久保温进行了厚度设计，并根据实际浇筑计划优化了三种保温的实施时机，为施工现场提供了技术指导。临时保温采用聚乙烯被，厚度3cm，其等效放热系数78.4kJ/(㎡·d·℃)；越冬保温采用12层棉被，厚度26cm，等效放热系数15.3kJ/(㎡·d·℃)；大坝上下游面永久保温采用10cm厚挤塑苯板，等效放热系数为23.9kJ/(㎡·d·℃)，在每年9—10月中旬施工。KLSK大坝共计浇筑混凝土280余万m³，施工期为2007年4月—2010年10月，大坝混凝土整体防裂效果优异，未出现危害性裂缝，只在基础灌浆盖板出现裂缝114条。3个越冬水平面布设了裂缝计及渗压计，监测结果表明越冬水平面未出现开裂现象，国内第一次防止了严寒地区混凝土坝越冬面裂缝的开裂。2008年8月蓄水，至今运行近13年，坝体最大渗漏量4.7L/s，优于国内同类地区混凝土坝。

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高鹏

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