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岩石的热学性能

岩石的热学性能
岩石的热学性能包括热扩散系数、比热、导热系数和热膨胀系数等。
岩石破碎后的骨料是混凝土中最大的组成成分，因此岩石的热学性能参数是影响混凝土热学性能的主要因素。对于大体积混凝土，为减小温度梯度造成的温度应力，使用热扩散系数大、比热值大、导热系数大的骨料是有利的。表3-3-1所列数据看三种岩石的比热值近似，相差不大；热扩散系数和导热系数玄武岩最大，松园灰岩和金河泥质白云岩相近。
表3-3-1 玄武岩的热扩散系数、比热和导热系数
玄武岩(ZK-90)（密度为2.68 g / cm3）
热学性能
20℃
30℃
40℃
50℃
平均
热扩散系数
mm2/s
1.394
1.360
1.319
1.297
1.343
×10-3m2/h
5.018
4.896
4.748
4.669
4.833
比热      KJ / (kgK)
0.760
0.795
0.829
0.839
0.806
导热系数
2.840
2.898
2.932
2.916
2.897
kJ/(m.h.oC)
10.22
10.43
10.55
10.50
喷胶
10.43
表3-3-2  金河泥质白云岩的热扩散系数、比热和导热系数
金河泥质白云岩（密度为2.80 g / cm3）
热学性能
20℃
30℃
40℃
50℃
平均
热扩散系数
mm2/s
1.903
1.836
1.765
1.710
1.804
×10-3m2/h
6.851
6.610
6.354
6.156
6.493
比热      KJ / (kgK)
0.808
0.843
0.848
0.886
0.846
me0407
导热系数
W/mK
4.308
4.333
4.191
4.239
4.268
kJ/(m.h.oC)
15.50
15.60
15.08
15.26
15.36
表3-3-3  松园灰岩的热扩散系数、比热和导热系数
松园灰岩（密度为2.72 g / cm3）
热学性能
20℃
30℃
40℃
50℃
平均
热扩散系数
mm2/s
1.311
1.260
1.225
1.186
1.246
×10-3m2/h
4.720
4.536
4.410
4.270
4.484
比热    KJ / (kgK)
0.817
0.850
0.889
0.910
0.867
导热系数
W/mK
2.915
2.911
2.961
2.937
2.931
kJ/(m.h.oC)
10.49
10.48
10.66
10.57
10.55
岩石的线膨胀系数采用NETZSCH热膨胀仪DIL 402PC进行测量
测量结果见表3-3-4，表中所列线膨胀系数为工程膨胀系数，即岩石样品在一定温度区间长度方向的平均膨胀率。检测结果可以看出金河泥质白云岩大于玄武岩，玄武岩大于松园灰岩。 
混凝土配比大致相同的条件下，岩石的线胀系数越小，配制的混凝土的线胀系数也越小，岩石的线胀系数越大，配制的混凝土的线胀系数也越大。影响混凝土线胀系数的主要因素是骨料因素，这一点在后面的混凝土性能试验中得到了很好的验证。
表3-3-4  岩石的线膨胀系数
检测指标
岩石种类
玄武岩
金河泥质白云岩
松园灰岩
线膨胀系数
（20～60℃）
6.62×10-6
7.19×10-6
4.28×10-6
线膨胀系数
（20～100℃）
7.08×10-6
8.25×10-6
4.51×10-6
线膨胀系数
（20～200℃）
7.59×10-6
11.20×10-6
5.22×10-6
混凝土试验
试验所使用的水泥为红塔滇西水泥股份有限公司生产的42.5中热硅酸盐水泥
试验采用云南曲靖发电公司生产的Ⅱ级粉煤灰
混凝土性能试验使用的外加剂为浙江龙游五强混凝土外加剂有限责任公司生产的ZB-1A缓凝高效减水剂和北京中水科海利工程技术有限公司生产的SK-H引气剂。
表5-3-2基准混凝土配合比
水胶比
砂率
(%)
用水量(kg/m3)
水泥(kg/m3)
砂(kg/m3)
石(kg/m3)
坍落度（cm）
含气量(%)
0.64
38
200
312.5
714.4
1165.9
8.0
1.4
表5-3-3 基准混凝土性能测试结果
容重（Kg/m3）
泌水率（%）
初凝时间（h：min）
终凝时间（h：min）
28天干缩率（10-6）
抗压强度
3天
7天
28天
2393
5.3
7:48
10:28
307.4
15.9
23.6
35.3
混凝土性能试验
表6-1-1    混凝土配合比
试验编号
水胶比
粉煤灰掺量（%）
砂率（%）
外加剂掺量，(%)
每立方米混凝土材料用量（kg/m3）
坍落度（cm）
含气量（%）
ZB-1A
SK-H
水
水泥
粉煤灰
砂
石
LK-J
0.467
30
25
0.7
0.011
85
127.4
54.6
569
1711
4.7
4.6
LK-S
0.467
30
25
0.7
0.011
85
127.4
54.6
557
1678
4.8
4.7
LK-XJ
0.467
30
25
0.7
0.007
85
127.4
54.6
569
1637
4.4
5.1
LK-XW
0.5
30
26
0.7
0.003
91
127.4
54.6
562
1603
4.0
5.2
LK-J-0.5
0.5
30
25
0.7
0.011
85
119
51
572
1719
4.5
4.9
LK-S-0.5
0.5
30
25
0.7
0.011
85
119
51
560
1687
4.4
5.0
LK-XJ-0.5
0.5
30
25
0.7
0.007
85
119
51
572
1645
4.2
5.2
6.4 混凝土的绝热温升
混凝土的绝热温升测定在日本全自动MIT-686-0型混凝土热量测定仪上进行，温度跟踪精度为±0.1℃，试件尺寸Φ400×400mm，可直接进行全级配混凝土试验。LK-S配比混凝土28天的绝热温升-历时测定结果列于表6-4-1，绝热温升过程曲线见图 6-4-1。采用最小二乘法进行曲线拟合，对双曲线方程和指数方程两种线形进行优选，结果以双曲线方程为最优,混凝土的绝热温升—历时最优拟合表达式见表6-4-2。
表 6-4-1      混凝土绝热温升—历时测定结果   
历时
（天）
混凝土绝热温升  （℃）
历时
（天）
混凝土绝热温升  （℃）
1
5.8
15
23.9
2
10.9
16
24.2
3
14.3
17
24.5
4
16.5
18
24.8
5
18.1
19
25.0
6
19.2
20
25.2
7
20.1
21
25.4
8
20.8
22
25.5
9
21.4
23
25.6
导电膜
10
21.9
24
25.7
11
22.3
25
25.9
12
22.8
26
26.0
13
23.2
27
26.1
14
23.7
28
26.2
混凝土绝热温升—历时拟合方程式
焊锡线
试验编号
初始温度（℃）
28天
绝热温升
（℃）
拟合最终
绝热温升
（℃）
绝热温升
T—绝热温升（℃），t—历时（天）
表达式
95%置信度
适用条件
LK-S
13.6
26.2
29.0
0.5
t>0.75
6.5 混凝土的比热、导温系数、导热系数和线胀系数
试验按照《水工混凝土试验规程》(DL/T5150-2001)，在试件成型时，用湿筛法筛除40mm以上的骨料。试验结果见表6-5-1。
混凝土导温系数和比热测定在MIT-686-0型混凝土热量测定仪上进行。混凝土导温系数测定采用Φ20×40cm试件，混凝土养护28天后置于MIT-686-0型混凝土热量测定仪中，升温到60℃恒温，然后通恒定温度的冷却水降温，测定不同历时试件中心温度与周围边界温度。
温度由温度传感器测定，经放大器送入温度记录仪。记录仪上显示出温差（试件中心温度与周围边界温度之差）—历时过程线。
导温系数和导热系数是表征热传导和扩散的参数，数值越大越有利于热量的扩散，对大体积混凝土来说，较大的导温系数和导热系数有利于内部温度的扩散，降低温度梯度。从试验所得的数据看，金河泥质白云岩骨料混凝土的导温系数和导热系数最大，最有利于温度扩散。各种骨料混凝土的导温系数和导热系数从大到小的顺序为LK-J＞LK-XJ > LK-S> LK-XW。
  混凝土的比热、导温系数、导热系数和线胀系数试验结果
编号
比热
kJ/kg.0C
导温系数
m2/h
导热系数
kJ/(m.h.oC)
线膨胀系数
10-6/ 0C
LK-XW
0.847
0.00295
6.02
7.22
LK-XJ
0.856
0.00340
7.05
7.99
LK-J
0.861
0.00389
8.27
9.04
LK-S
0.851
0.00314
6.52
6.64
混凝土的热学性能汇总表（比热、导温系数、导热系数、线胀系数和绝热温升试验）
编号
比热
kJ/kg.0C
导温系数
m2/h
导热系数
kJ/(m.h.oC)
线膨胀系数
10-6/ 0C
28天绝热温升
0C
LK-XW
0.847
0.00295
6.02
7.22
——
LK-XJ
0.856
0.00340
7.05
7.99
——
LK-J
0.861
0.00389
8.27
9.04
——
LK-S
0.851
0.00314
6.52
6.64
26.2
总结
龙开口水电站混凝土骨料选择试验基本完成，工程拟用的三种岩石（玄武岩、金河泥质白云岩和松园灰岩）的性能参数和相应组合方案混凝土的性能试验参数也基本得出，根据各组数据可以对更适宜配置混凝土的骨料做出判断。
5）三种岩石比热值检测结果：松园灰岩>金河泥质白云岩>玄武岩。
三种岩石热扩散系数和导热系数检测结果：玄武岩最大，松园灰岩和金河泥质白云岩相近。
从混凝土性能数据看，混凝土强度都能满足一般大坝混凝土设计的强度要求。从力学性能和变形性能来说，使用灰岩骨料要好一些；从混凝土线膨胀系数来说，松园灰岩骨料最好，玄武岩骨料其次；从导温导热性能来说，金河泥质白云岩骨料要好一些。
综合以上各方面性能，我们认为龙开口工程用骨料的优先使用顺序为：松园灰岩骨料、金河泥质白云岩骨料盲文图书、混合骨料、玄武岩骨料。

本文发布于:2024-09-23 11:23:23，感谢您对本站的认可！

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