炎炎夏日,不仅是你的命,连大坝的命都是“冰箱”给的

来源:建筑界编辑:朱应杰发布时间:2022-02-09 11:40:15

[摘要] 每年夏天,很多地方都将经历高温天气。面对这种天气,总是让人有一种只想躲在“冰箱” 里的想法,这么热的天,不仅咱们需要一台冰箱,就连大坝这种“水生”建筑物都需要。


  中国研制的智能通水系统,相当于给大坝装上了性能良好的“智能冰箱”,可实时、自动并精确地完成对大坝各部分混凝土的温度控制,有效防止大坝温度裂缝的产生。用上了智能通水系统的大坝,“降火去燥”后内心os可能是这样的:我这条命都是冰箱给的。

  不过,大坝需要降温,却不是天气热造成的,而是自身“火气太旺”。

  (一)大坝混凝土“火气太旺”,裂缝成一大难题

  现在的大坝主要使用混凝土,混凝土是由砂石、水泥和水搅拌而成,具有材料来源广、可塑性强、耐久性好、强度高等优点,而且它还防水抗渗,是修大坝的绝佳材料。

  但万事无绝对,混凝土也有个很大的缺点:在搅拌、浇筑完成后,有28天左右的硬化过程,这个过程中混凝土(尤其是大体积混凝土)很脆弱,需要精心养护,以维持一定的湿度和温度条件。

  一旦养护出问题,就容易出现裂缝,而一旦出现裂缝,外观难看事小,万一影响结构承载力和防水功能那事情就大了。所以,大坝混凝土浇筑完成后,工程师们最关心的问题之一就是如何防止裂缝产生。

  那么,混凝土究竟为什么会产生裂缝呢?

  原因很多,但其中非常重要的原因就是——温度。

  我们都听过热胀冷缩,举例来说,我们用瓷碗先装100℃的沸水后倒掉,再马上倒入接近0℃的冰水,则瓷碗很容易裂开。

  这是因为装入开水后,瓷碗表面和内部的温度都会慢慢升高,把热水倒出,立刻倒入冷水,瓷碗表面温度降低快,而内部温度降低慢,在热胀冷缩的作用下,表面收缩程度大,而内部收缩程度小,从而产生了一股拉力,使得脆性的瓷碗马上开裂。这股拉力的学名叫“温度应力”,它与温度梯度成正比,即温差越大,温度应力越大。

  混凝土产生温度裂缝的过程也是如此。混凝土也是脆性材料,硬化过程中水泥的水化反应会释放大量的热量,由于混凝土表面散热比内部快,内部温度比表面更高,内外温差作用下产生了温度应力,从而导致了混凝土开裂。

  这一问题,在中国的水电开发中显得尤为突出。

  中国的水电资源集中在西南的高海拔地区,无论是年际温差还是日内温差,都非常大,并且往往伴有风雪等恶劣天气,使得混凝土温控成为非常棘手的问题。

  (二)解决混凝土裂缝的方法——给大坝 “装冰箱”

  不过,这难不倒中国水电人,他们在艰难的实践中想出了一种妙招,给大坝装上稳定的“冰箱”,便解决了“裂缝”这个大难题。

  虽然“此冰箱非彼冰箱”,但原理却和冰箱大同小异——我们的冰箱是通过制冷剂吸收冰箱内物体的热量,达到降温效果;而给大坝“装冰箱”则是在浇筑混凝土时预埋好冷却水管,硬化过程中给水管中注入冷水,吸收水泥水化反应产生的热量,从而给大坝降温。

  通过调节注入冷水的温度、流量和时间,可以控制大坝内部冷却的速率,进而控制大坝内部的温度差,防止较大的温度应力导致混凝土开裂。

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