钢筋混凝土构件超低温试验研究.pdf

6 低温建筑技术 2 0 1 3 年第 3 期( 总第 1 7 7 期) 钢筋混凝土构件超低温试 验研 究 谢剑 ， 聂治盟 ， 韩晓丹 ， 魏强 ( 1 天 津大学建筑工程学院 天津3 0 0 0 7 2； 2 天津大学滨海土木 T程结构 与安全教育部重点实验室 天津3 0 0 0 7 2) 【 摘要】 介绍了适用于钢筋混凝土构件及预应力钢筋混凝土构件低温试验的大型超低温冷库的构造及性 能， 并利用该设备进行了钢筋混凝梁的降温及保温试验。试验证明： 使用该设备可以对钢筋混凝土构件进行有效 的降温及保温( 可降温至 I O 0 C ) ； 随着降温试件的增多， 降温时间会有一定的增加。 【 关键词】 超低温； 钢筋混凝土构件； 降温试验 【 中图分类号】 T U 5 2 8 7 【 文献标识码】 A 【 文章编号】 1 0 0 1 6 8 6 4 【 2 0 1 3 ) 0 3 0 0 0 6 一 O 2 THE F EAS l I T Y S TUDY ON EXPE R姗NT oF RED F oRCED CoNCRET E M E M BERS AT CRYOGENI C T E旺 ERATURE X I E J i a n ， N I E Z h i m e n g ， H A N X i a o d a n ， WE I Q i a n g ( 1 D e p a r t m e n t o f C i v i l E n g i ， T i a n j i n U n i v ， T i a n j i n 3 0 0 0 7 2 ，C h i n a ； 2 K e y L a b o r a t o r y o f C o a s t C i v i l S t r u c t u r e S a f e t y ， Mi n i s t r y o f E d u c a t i o n ， T i a n j i n U n i v ， T i a n j i n 3 0 0 0 7 2 ， C h i n a ) Ab s t r a c t ： T h e s t r u c t u r e a n d p e r f o r ma n c e o f t h e l a r g e c ryo g e n i c t e mp e r a t u r e s t o r a g e f o r c o o l i n g r e i n f o r c e d c o n c r e t e me mb e r s a n d p r e s t r e s s e d r e i n f o r c e d c o n c r e t e me mb e r s wa s d e s c ri b e d i n t h i s p a p e r Mo r e o v e r ，t e mp e r a t u r e r e d u c t i o n e x p e r i me n t s a n d h e a t i n s u lat i n g e x p e r i me n t s o f r e i n f o r c e d c o n c r e t e b e a ms we r e c a r r i e d o u t Re s u l t s o f the e x pe rime n t s s ho w t h a t t h e s t o r a g e i s c o mp e t e n t f o r t he c oo l i n g a n d h e a t i n s u l a t i n g t a s k o f r e i n f o r c e d c o n c r e t e me mb e rs a n d the t e mp e r a t u r e c a n b e c ool e d d o w n t o I O 0 CWi th mo r e s p e c i me ns t o b e c oo l e d，mo r e time i s n e e d e d Ke y wo r d s： c ryo g e ni c t e mp e r a t u r e； r e i nfo r c e d c o n c r e t e me mb e rs ；t e mp e r a t u r e r e d uc t i o n e x p e r i m ent 近年来， 混凝土结构越来越多地应用于低温和超低温 领域， 主要包括液化天然气储罐以及低温冷藏仓库等混凝 土构筑物的建设。液化天然气存储 的温度一般在 一1 6 5 E 左右， 当内灌泄漏时， 混凝土结构的外罐需充分考虑低温环 境的影 响。此外 ， 寒冷地 区的钢筋混凝 土结构 、 极 地探索 的 基地建设等均处在低温环境下， 对钢筋混凝土结构的性能 都提出了较高的要求。我国黑龙江境内的漠河地区历史上 就曾经达到 一 5 3 3 E的极端最低温度 】 。 目前国内外对超低温混凝土的研究主要集中在钢筋、 混凝土的材料性能及两者的粘结性能等小尺寸试件的研 究。而对超低温钢筋混凝土构件及预应力钢筋混凝土构件 的研究， 限于降温保温设备的降温能力有限和降温室的尺 寸较小， 导致试件温度达不到超低温的要求或者试件尺寸 太小， 其试验资料具有极大的片面性 】 。因此， 为了实现 较大尺寸的钢筋混凝土构件及预应力钢筋混凝土构件的超 低温性能试验研究 ， 进行一定的可行性试验研究是非常有 必要的。 1 试验设备 基金项 目 国家 自然科学基金项 目( 5 1 0 7 8 2 6 0 ) ( 1 ) 制冷系统整体设计。天津商业大学建立了一套 三级复叠式制冷循环的试验装置 。 ( 2 ) 低温环境试验台。低温环境试验台的低温箱箱 体外部尺寸为4 O m 3 O m3 O m， 箱体内部尺寸为 3 3 m 2 4 m 2 O m。保温板采用厚 2 5 0 ra m、 双面0 6 ra m厚彩钢 板内部硬质聚氨酯泡沫塑料复合板， 其中硬质聚氨酯泡沫 塑料密度不小 于 4 5 k g m 3 ， 导 热系数不 大 于 0 o 2 w ( m ) ， 适用的温度低达 一1 l O 以下。低温箱内空气为制 冷剂直接蒸发冷却， 冷凝器为水冷却式。其冷凝温度为 2 O 一一 4 o 可调 ， 低温箱内环境温度为 一 5 O一一I O 0 C可调 ， 精 度为 O 3 C。为了准确地测量低温箱内的温度， 在低温箱 中使用了两种测温装置： 第一种是铜 一 康铜热电偶， 可以保 证其温度测量误差小于0 5 C； 另一种为上海t l 动化三厂生 产的精度等级为 A级的 P t l O 0 铂金电阻温度传感器。由热 电偶和热电阻得到的电信号接入数据采集仪， 可得到低温 箱内部实时的温度数值。在低温冷库空载时其温度最多能 达到 一1 0 0 以下， 降温曲线见图 1 。 2降温及保温试验 谢剑等： 钢筋混凝土构件超低温试验研究 7 2 0 O - 4 0 -8 0 1 2 0 1 6 ：O 6：23 1 6： 5 6：23 l 7 ： 4 6 ： 2 3 1 8 ： 3 6 ： 2 3 时间 t 图1 低温冷库空载时降温曲线【 l 0 】 ( 1 ) 试验方案。为了测试整个低温系统对大尺寸钢 筋混凝土构件及预应力钢筋混凝土构件的实际降温及保温 效果 ， 设计降温保温测试试验方案如下 ： 设计尺寸为 6 5 mm X 1 2 0 m m x 1 6 0 0 m m的钢筋混凝土温度梁 1根， 在梁的中心 部位埋人 P t l 0 0 铂金 电阻温度传感器 ， 另外， 设计相同尺寸 的钢筋混凝土梁9根一同放人低温环境箱内； 在整个降温及 保温试验过程中， 对于钢筋混凝土构件通过外置的读数装 置 L U一 9 0 6 M智能调节仪显示温度梁 内部温度 ， 对于低 温箱内的环境温度则采用 E L I WE L温控器直接显示。 ( 2 ) 试验过程。将 1 O根试验梁放入低温环境箱内进 行降温试验， 在试件降温过程中， 按 5 m i n时间间隔记录( 在 温度很低、 降温很慢时， 则适当延长记录时间间隔) 低温箱 内环境温度及试件内部温度， 当低温环境箱内温度达到 一 8 0 0 c时， 维持环境箱内温度不变测试环境箱对试件的保温 效果。随后， 继续对试件进行降温， 直至试件达到可降最低 温度 。 时间 ra i n 图2 低温箱环境降温及试件降温曲线 ( 3 ) 试验结果及分析。图 2表示的是降温过程中低 温箱内环境温度及试件中心温度随时问变化的情况。从图 中可以看出， 开始降温时低温箱内环境温度的降温较快 ， 而 试件中心降温稍慢。但总体来讲， 试件内的温度是随着箱 内环境温度下降而逐步平缓下降的。在低温箱内环境温度 达到 一 8 0 0 c时， 开始保温测试。从图中曲线可以看出环境 温度在 一 7 8一一 8 O 之间变化， 而试件的温度则是稍有下降 并逐渐接近 一8 o 。保温测试后 ， 再次开始降温后发现其 箱内环境温度的下降比之前要慢很多。其主要原因是制冷 系统重新开始增加功率需要一定的时间。在箱内环境温度 为 一 8 2 C时， 其降温速度才有所增加。从 图中还可以看出 箱内的环境温度在 一9 0一1 0 0 C降温时， 其降温速率有一 个突变 ， 这主要与降温系统工作原理有关。箱 内环境温度 降至 一1 0 0 C时， 其温度不再降低， 试件内温度缓慢降温并 接近 一1 0 0 c C。 通过以上分析可知 ， 整个低温冷库降温系统降温较 为 平缓， 且试件温度与箱内环境温度降温趋势一致。另外 ， 对 比图 1及图 2可知， 放人 1 O根钢筋混凝土试验梁后的降温 时间要大于空载降温时间。总之， 通过本次试验可知 ， 此试 验设备有能力完成较大钢筋混凝土构件及预应力钢筋混凝 土构件的降温和保温工作。 3结语 ( 1 ) 使用低温冷库制冷系统可以对较大钢筋混凝土 构件及预应力钢筋混凝土构件进行有效 的降温和保温， 其 最低温度可降至 一1 0 0 c， 且保温效果良好。 ( 2 ) 随着冷库内所放降温试件的增加， 降温时间会有 一 定的增加， 但其降温的趋势不变。 作为对钢筋混凝土构件超低温试验 的探索性工作， 本 试验证明了试验所用低温冷库能够进行尺寸较大甚至足尺 构件的降温及保温工作 ， 为以后进行钢筋混凝土构件和预 应力钢筋混凝土构件在超低温条件下的力学性能试验研究 奠定了基础。 参 考文献 1 陈锦年， 褚健婷 ， 许兰英 南极气候和海冰的时空变化特征及 其与太平洋海温场的关 系 J 海洋学报( 中文版) ， 2 0 0 3 ， ( 6 )： 3 94 7 2 顾安忠 迎向“ 十二五” 中国L N G的新发展 J 天然气工业， 2 0 1 l ， ( 6 ) ： ll 1 3 T a k a s h i M i u r a T h e p r o p e r ti e s o f c o n c r e t e a t v e r y lo wt e m per a t u r e s J Ma t e r i a l s a n d S t r u c tur e s ，1 9 8 9， 2 2 ： 2 4 32 5 4 4 王传星， 谢剑， 李会杰 低温环境下混凝土性能的试验研究 J 工程力学， 2 0 1 1 ， 2 8 ( 8 2 ) ： 1 8 2 1 8 6 5 李会杰。 谢剑 超低温环境下钢筋与混凝土的粘结性能 J 】 工 程力学 ， 20 1 l ， 2 8 ( S 1 )： 8 08 4 6 谢剑， 李会杰， 聂治盟 低温下钢筋与混凝土黏结性能的试验 研究 J 土木工程学报， 2 0 1 2 ， 4 5 ( 1 0 ) ： 3 1 4 0 7 刘爽， 顾祥林， 黄庆华 超低温下钢筋力学性能的试验研究 J 建筑结构学报， 2 0 0 8 ， z 9 ( 增刊) ： 4 7 - 5 1 8 刘爽 ， 黄庆华 ， 顾祥林 超低温下钢筋混 凝土梁受弯 承载力研 究 J 建筑结构学报， 2 0 0 9 ， 3 0 ( 增刊 2 ) ： 8 6 9 1 9 黑龙江 省低温建筑 科学研 究所 钢 筋混凝 土结 构在负 温下应 用的几个问题 J 建筑结构通讯 ， 1 9 7 8 ， ( 4 ) ： 4 3 4 7 1 0 高文全 三级复叠式制冷系统性能匹配实验研究 D 天津： 天津商业大学 ， 2 0 1 0 1 1 谢剑 ， 王传星， 李会杰 超低温混凝土降温回温曲线的试验研 究 J 低温建筑技术 ， 2 0 0 9 ， 3 2 ( 3) ： l一3 收稿日期】 201 2 1 1 2 l 作者简介】 谢剑( 1 974一)， 男， 石家庄人 ， 副教授， 博士， 硕士生导师， 从事混凝土基本理论研究。 、 赠 、 髓赠