CN106049369A - 一种内含保温材料的渠道抗冻胀衬砌板 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种内含保温层的渠道抗冻胀衬砌板，包括矩形板和六棱板等两种预制衬砌板形式。内部有两个长方体和近似等腰梯形且一端开口空腔，空腔内部通过现场发泡EPS浇铸或直接填入泡沫板的方式进行保温材料的填充。相邻空腔之间为不小于2cm后的隔挡，周边混凝土的厚度均不小于2cm，空腔的厚度(保温层厚度)可根据当地的冻深计算决定。整个衬砌板除保温层以外为混凝土一体预制。本发明具有渠基土保温、减小冻胀量，节约工程造价，便于施工，充分利用废弃塑料等优点，可广泛应用于北方渠道，确保渠道输水安全。

Description

一种内含保温材料的渠道抗冻胀衬砌板

技术领域

本发明涉及水利工程领域，具体是涉及一种输水渠道保温衬砌结构。

背景技术

在冻土地区，输水渠道衬砌结构常因渠基土的冻胀而产生破坏。表现为抬升、鼓胀、裂缝、突起架空，坍塌错位即基土冲刷等形式。产生大量渗漏的同时严重威胁渠道安全。

当前抗冻胀的措施包括：基土换填，排水措施，结构措施和保温措施等。

基土换填施工量大，工程造价取决于当地粗粒料的丰富程度，在运行期，常因细粒土的侵入导致抗冻胀失效。排水措施同样工程量大，常用于填方渠道。结构措施以弧形、U型等断面代替梯形，矩形等断面，以钢纤维混凝土、沥青混凝土等代替传统材料，但因渠基土冻胀荷载的复杂性，仍发生冻胀破坏。保温措施即通过铺设保温材料对渠基土保温来削弱冻胀，保护上部结构安全，比较常见。

保温材料种类很多，如膨胀蛭石及其制品、膨胀珍珠岩及其制品、矿渣棉板等，随着化学工业的发展，各种泡沫保温材料在渠道中广泛应用，主要有EPS保温板，XPS保温板，聚氨酯(PUR)，高分子防渗保温卷材等。

施工时将保温材料整片铺设在衬砌结构下边，保温效果好，但存在两个问题：一是施工难度较大，施工过程易受损坏；二是渠道退水期间，常因基土中孔隙水压力过大，抗浮力低导致衬砌体顶起破坏，这种情况在新疆发生过多次，威胁渠道输水安全。

发明内容

发明目的：本发明是一种具有保温层的新型渠道衬砌板及其工艺，即采用“结构与保温材料”相结合的方式，让衬砌结构具有一定的保温功能，从而降低冻深，减少冻胀量，防止矩形或六棱板发生冻胀和滑塌，同时降低施工难度。

技术方案：本发明在矩形板和六棱板内部增加保温层。在预制板中预留两个空腔，中部有隔挡肋梁，空腔一头不封闭，确保顺利脱内模，将保温材料通过开口采用发泡浇筑、注射或填充装入空腔。

作为优选，根据《渠道防渗工程技术规范》，预制板采用C15或者C20混凝土，水泥采用32.5普通硅酸盐水泥，抗冻胀等级为F200，抗渗等级为W6。

作为优选，保温板采用当前价格相对低廉的聚苯乙烯泡沫板EPS(ExpandedPolystyrene)或聚苯乙烯挤塑板XPS(Extruded Polystyrene)为例进行说明。其密度介于15-40kg/m³，体积吸水率小于6％，尺寸稳定性(-40-70℃)不大于4％，导热系数小于0.044W/m℃。

作为优选，混凝土顶板和底板厚度均不小于2cm，中部隔挡厚度为2cm，连接两个表面，增强结构整体性。混凝土中部保温板厚度可根据所在位置的冻土深度确定，厚度可依据1cm保温板减少10-15cm冻深估算。本专利以4cm厚度为例进行说明。

作为优选，矩形衬砌板，外形尺寸为38cm×38cm，将内部划分两块面积为36cm×16cm的空腔预留给保温板。

作为优选，六棱形衬砌板，边长宜为32cm，空腔为两个面积相等的近似等腰梯形，底边为32cm×60.5cm，高为24.7cm，空腔预留给保温板。

有益效果：本发明具有以下优点：

(1)本发明的预制混凝土板具有良好的保温性能；源于其中部大量的泡沫颗粒，泡沫颗粒中为封闭气泡，泡沫板导热系数小于0.044W/(m.K)，而混凝土的导热系数介于1.5-1.74W/(m.K)，为泡沫板导热系数的34倍，保温作用明显，可减小渠基土的冻深和冻胀量。

(2)本发明的材料结构分布更合理。预制板中的隔挡肋梁可增强其整体强度；保温板自身的压实模量较大。对于非承重式护面衬砌结构，其整体强度满足渠道工程的载荷要求。

(3)与传统混凝土衬砌板相比，本发明可节约至少70％的混凝土，泡沫板的价格远小于混凝土，较经济。

(4)与传统混凝土衬砌板相比，本发明重量相应的也减少了70％(泡沫板重量可忽略不计)，同时减少了单独铺设泡沫板的工序，施工难度降低。

(5)本发明的聚苯乙烯颗粒可来源于废弃塑料袋和塑料制品，因此能够减少白色污染，使得垃圾减量化，资源化，保护生态环境。

附图说明

图1是本发明提出的矩形保温衬砌板三维透视图

图2是本发明提出的矩形保温衬砌板平面剖面图

图3是本发明提出的矩形保温衬砌板A-A1剖面图

图4是本发明提出的六棱形保温衬砌板三维透视图

图5是本发明提出的六棱形保温衬砌板平面剖面图

图6是本发明提出的六棱形保温衬砌板B-B1剖面图

具体实施方式

本发明预制保温衬砌板预制过程主要包括混凝土的配置，衬砌体预制与养护，保温材料填充等阶段。具体实施过程如下：

配置C15混凝土：将水泥、石子(豆石)、沙子、水按照规范给出的配比关系配置成具有抗渗抗冻胀等级达标的混凝土。

衬砌体的预制：将内模和外模固定在相应位置，均涂上一层脱模剂，并将其放置在振动台上，将混凝土浇筑模具中，进行振捣密实。

养护脱模：进行后期养护，养护到要求龄期后，进行脱模(内模与外模)。

保温材料填充：保温材料的填充有两种方式，一种方式是现场发泡浇铸(或注射)，即将聚苯乙烯颗粒与其他化工原料进行配置，在发泡机的高温环境下进行发泡，反应完成后，将流动状态的泡沫颗粒浇铸在衬砌板的空腔中，冷却后保温板成型；另一种方式是首先在发泡车间内发泡成型，现场将泡沫板装入空腔即可；整个制作过程即完成。

六棱板与矩形板工艺类似，唯一的区别是模具形状与尺寸不同。

混凝土养护完成，保温材料填充好后，可以直接用于渠道衬砌。

以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (5)

1.一种内含保温层的渠道抗冻胀衬砌板，其特征在于，包括矩形和六棱形两种常见的渠道衬砌板；所述衬砌板内部有两个空腔，矩形衬砌板空腔为长方形，六棱形衬砌板空腔为两个近似等腰梯形；空腔一端开口，内部含有保温层；所述衬砌板材质为混凝土；所述衬砌板内空腔之间为隔挡肋梁，其与顶板和底板预制为一体。

2.根据权利要求1所述渠道抗冻胀衬砌板，其特征在于内部有空腔，空腔内填充保温材料。

3.根据权利要求1所述渠道抗冻胀衬砌板，其特征在于空腔在预制期间通过设置内模而形成，空腔内填充保温材料，保温材料通常选择EPS(或XPS)泡沫板。

4.根据权利要求1所述渠道抗冻胀衬砌板，其特征在于顶板、底板和隔挡肋梁厚度不小于2cm，空腔厚度可根据冻结深度确定。

5.根据权利要求1所述渠道抗冻胀衬砌板，其特征在于混凝土等级为C15或C20，抗渗等级W6，抗冻等级为F200。