一種大體積混凝土結(jié)構(gòu)表面放熱系數(shù)確定的方法和裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及混凝土結(jié)構(gòu)表面保溫效果的確定的技術(shù)領(lǐng)域，具體地說，是涉及一種 大體積混凝土結(jié)構(gòu)表面放熱系數(shù)確定的方法和裝置，適用于大體積混凝土結(jié)構(gòu)溫控防裂措 施的制定、表面保溫效果的評價。
【背景技術(shù)】
[0002] 大壩、水閘、渡槽等水利工程由于混凝土用量大、體積大，再加上混凝土是熱性材 料，施工時由于水泥水化反應(yīng)發(fā)熱，溫度升高，同時混凝土又受周圍環(huán)境的影響，表面溫度 同內(nèi)部溫度有差別，形成內(nèi)外溫差。工程經(jīng)驗表明，周圍環(huán)境溫度變化越劇烈、內(nèi)外溫差越 大，混凝土越容易產(chǎn)生裂縫，這些裂縫的出現(xiàn)既影響結(jié)構(gòu)外形美觀，又嚴重影響工程的工作 性、耐久性和安全性。
[0003] 目前工程界為防止這種溫度裂縫的產(chǎn)生，一般是采取表面保溫的方法措施，即在 混凝土表面貼保溫板來減小內(nèi)外溫差，降低開裂的風險。但是針對不同地區(qū)的工程，保溫材 料和保溫厚度的選擇是一個重要的環(huán)節(jié)，它涉及到保溫效果和經(jīng)濟費用兩方面的問題；材 料厚，效果相對較好但是不經(jīng)濟，材料薄，雖然經(jīng)濟但是不能起到良好的保溫效果。因此，選 擇適度保溫材料厚度就成為工程設(shè)計人員要考慮的問題。保溫厚度和效果的科學(xué)表述和溫 控防裂數(shù)值計算的精確與否，都涉及到混凝土表面放熱系數(shù)，這個系數(shù)成為問題的關(guān)鍵。
[0004] 混凝土表面放熱系數(shù)的取得一般是通過經(jīng)驗公式計算或者專用儀器獲得。經(jīng)驗公 式計算的表面放熱系數(shù)不能模擬實際工程環(huán)境、不能反映混凝土實際情況，往往和實際有 較大出入；專用儀器非常昂貴且很難普及。此外，當不采取表面保溫措施時，經(jīng)驗公式和專 業(yè)儀器都沒有區(qū)分不同結(jié)構(gòu)面的表面放熱系數(shù)的差別，而且在本技術(shù)領(lǐng)域中，普遍認為放 熱系數(shù)和結(jié)構(gòu)面方位沒有關(guān)系，實際上對于豎直面和水平面而言，放熱系數(shù)是有所不同的， 但是區(qū)別如何，怎樣能夠獲得不同結(jié)構(gòu)面方位放熱系數(shù)并得到實測驗證，這種方法在現(xiàn)有 技術(shù)中是沒有的。這些問題都使得現(xiàn)有技術(shù)中對于混凝土結(jié)構(gòu)的保溫措施設(shè)計存在盲目 性。因此，尋求大體積混凝土結(jié)構(gòu)表面放熱系數(shù)確定的裝置和方法，對工程經(jīng)濟合理的保溫 措施的制定、保溫效果的監(jiān)控和溫控防裂的研究具有重要意義和工程價值。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明的目的在于改進現(xiàn)有確定混凝土表面放熱系數(shù)方法的不足，提供一種從反 映工程實際、經(jīng)濟合理有效方面入手，確定混凝土的表面放熱系數(shù)，包括有表面保溫和無表 面保溫時表面放熱系數(shù)的方法和裝置。
[0006] 本發(fā)明的目的是這樣實現(xiàn)的：
[0007] 本發(fā)明提供的大體積混凝土結(jié)構(gòu)表面放熱系數(shù)確定的方法，是通過將混凝土試件 設(shè)置在一個風道裝置中，用一風源向試件吹風，通過測試風速對混凝土結(jié)構(gòu)表面放熱系數(shù) 的影響而確定和驗證放熱系數(shù)。
[0008] 本發(fā)明提供的方法是：
[0009] 步驟I :啟動風道中設(shè)置的一風源，向試件提供一設(shè)定風速的氣流；
[0010] 步驟2 :檢測和記錄不同風速時的混凝土表面溫度，反演出混凝土表面放熱系數(shù)， 回歸分析出風速和混凝土表面的相關(guān)規(guī)律。
[0011] 反演混凝土表面放熱系數(shù)時，分成試件上設(shè)置保溫材料和不設(shè)置保溫材料兩種情 形；
[0012] (1)試件上設(shè)置保溫材料的情形：
[0013] 混凝土表面放熱系數(shù)和風速的關(guān)系為：
[0015] 式中，β為混凝土表面放熱系數(shù)，
：ν 3為風速，m · s S .史和μ 需根據(jù)混凝土表面的粗糙程度來確定，W經(jīng)驗值在20-25之間，μ經(jīng)驗值在10-15之間；
[0016] (2)試件上不設(shè)置保溫材料的情形：
[0017] 無保溫措施時混凝土表面的放熱系數(shù)和風速的關(guān)系為：
[0020] 式中，β為混凝土表面放熱系數(shù)，
T s為混凝土表面溫度；T 3為 周圍環(huán)境氣溫；vs為風速，m*s 1J和α相關(guān)參數(shù)，需根據(jù)具體試驗條件確定，Θ經(jīng)驗值 在20-40, α經(jīng)驗值在20-30之間#和μ需根據(jù)混凝土表面的粗糙程度來確定，供經(jīng)驗值 在20-25, μ經(jīng)驗值在10-15之間。
[0021] Θ和α根據(jù)試驗環(huán)境，結(jié)合相關(guān)規(guī)范和著作，得出這兩個值。
[0022] 根據(jù)上述公式得出的放熱系數(shù)β，再通過現(xiàn)有技術(shù)中的有限元軟件數(shù)值計算程序 計算出表面溫度；
[0023] 用計算出的表面溫度與試驗實測的表面溫度比較，驗證所述公式計算的β的合 理性，計算出的表面溫度與實測的表面溫度接近程度，證明所述計算公式的合理性，計算出 的表面溫度與實測的表面溫度越接近，證明所述計算公式的合理性越高。根據(jù)合理性較高 的計算公式得出各種保溫材料的實際的保溫效果。
[0024] 本發(fā)明要解決的是兩方面的問題：
[0025] 一、評價保溫層效果
[0026] 保溫好與壞，或者說保溫效果好不好，保溫效果與表面放熱系數(shù)或者散熱系數(shù)β 直接相關(guān)，β值越小，保溫效果越好，β越大，保溫效果越不好。
[0027] 二、找出β值
[0028] 不知道這個值的大小，沒法評價保溫效果好與壞，但是這個值直接得不到，必須根 據(jù)經(jīng)驗公式或者試驗來得到，上述試驗的目的就是得到這個β。
[0029] 得到β，再通過現(xiàn)有技術(shù)中的有限元軟件數(shù)值計算程序計算出表面溫度，用根據(jù) 數(shù)值計算方法得出的表面溫度和試驗測出的溫度對比，如果兩數(shù)據(jù)吻合一致，說明β是合 理的。
[0030] 根據(jù)本發(fā)明的試驗方法得出的求β的公式，經(jīng)過驗證合理，就可以推廣應(yīng)用了， 再要了解相關(guān)條件下的保溫效果，根據(jù)本試驗得出的公式直接計算就可以了。
[0031] 反演值就是根據(jù)試驗得出這個β，計算得出的溫度，實測值就是試驗中實測得出 的溫度。
[0032] 本發(fā)明提供的大體積混凝土結(jié)構(gòu)表面放熱系數(shù)確定的裝置，包括一個風道，該風 道設(shè)置一個進風口和一個出風口，使得該風道中可以形成一由進風口到出風口的氣流方 向，在所述進風口上設(shè)置一風源；在該風道中設(shè)置一支座用于放置混凝土試件，在放置混凝 土試件位置的相對于氣流的上風口 一側(cè)設(shè)置一試件前端分流墩，在相對于氣流的下風口的 一側(cè)設(shè)置一試件尾端分流墩；在該風道中還設(shè)置測溫探頭，該測溫探頭包括環(huán)境溫度測溫 探頭和試件表面溫度測溫探頭。
[0033] 具體地，所述試件表面溫度測溫探頭包括設(shè)置在所述試件的水平面的測溫探頭和 /或設(shè)置在所述試件的豎直面的測溫探頭。
[0034] 所述試件表面測溫探頭設(shè)置在相應(yīng)表面的中點上；和/或，
[0035] 在所述試件的中心點上設(shè)置測溫探頭；和/或，
[0036] 在所述試件內(nèi)相對于中心點上下左右位置之一上設(shè)置至少一個測溫探頭。
[0037] 所述風道的具體結(jié)構(gòu)優(yōu)選為：包括截面較小的直管段、截面較大的直管段和截面 漸變段，截面大小不同的兩個直管段通過所述截面漸變段密封地連接成一體；所述支座設(shè) 置在截面較大的直管段中。
[0038] 所述前端分流墩優(yōu)選為朝向來風風向的弧面為橢圓形柱面，在來風方向上的長軸 為橢圓形柱體的短軸的1. 2-2倍為優(yōu)選方案，更進一步地，長短軸的比值優(yōu)選為1. 5。該比 值增大可以減小阻力系數(shù)，但會增加接觸面積。因此，實際設(shè)計中不能太小，也不能太大。
[0039] 前端分流墩的短軸與試件的寬度相等。
[0040] 所述尾端分流墩為圓柱形柱面。
[0041 ] 尾端分流墩的直徑與試件的寬度相等。
[0042] 本發(fā)明提供的大體積混凝土結(jié)構(gòu)表面放熱系數(shù)確定的方法和裝置為獲得混凝土 表面保溫層的保溫效果的研究給出了很好的試驗方法，通過試驗，可以對各種保溫層在對 混凝土保溫中的保溫效果進行反演，并可以與實測的混凝土表面的溫度進行比較，驗證反 演出來的數(shù)據(jù)的正確性，然后，將試驗結(jié)果得到的放熱系數(shù)用于實際工程中混凝土表面保 溫層的保溫效果的評價。本發(fā)明具有如下優(yōu)點：
[0043] (1)該裝置簡單易操作，可以避免為了得到相關(guān)的重要參數(shù)，而進行昂貴的專用試 驗儀器購買，結(jié)合計算方法，可以較方便的得到結(jié)構(gòu)的表面放熱系數(shù)，為工程服務(wù)，具有廣 泛的實用性。
[0044] (2)該方法可以根據(jù)得出的試驗公式，計算混凝土表面的放熱系數(shù)，特別是可以區(qū) 分豎直面和水平面的不同方位面的保溫系數(shù)，使得數(shù)據(jù)更加符合客觀實際，對于評價保溫 層的效果更有意義。
【附圖說明】
[0045] 圖1為本發(fā)明提供的試驗裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0046] 圖2為本發(fā)明提供的試驗裝置中混凝土試塊。