15. 13 混凝土作为回填土
正常强度的混凝土 （ 20MPa， 100mm 坍落度， 无空气） 也有良好的热特性
（ 全干态时小于 100℃ cm / W）。 夹杂空气隙、 粉煤灰以及多孔颗粒后热阻系数就
会增加。 可是， 正常情况下， 混凝土不是很容易流动， 而且也远比 FTB 昂贵， 特别是在电缆需要打开时挖开混凝土很困难。 它可以用在电缆沟壁或者需要高强度的
低含量水泥的混凝土 （ 水泥含量低， 0. 5MPa） 也没有 FTB 的超级流动特性，热阻系数还更大， 原因是水泥中的石粉和沙的结合体不均一。 电缆周围铺设时， 混凝土需要振动搅拌或者轻微碾压。 在现场加水能提高流动性， 但是也增加微孔数目， 从而热阻系数变得更大。 最严重的情况下还会导致混合物的分层。 提高流动性的化学添加， 只对高含量水泥的混凝土有效果。 其他诸如膨润土和粉煤灰的添加剂用在低含量水泥的混凝土上可以显著提高流动性。
15. 13. 1 电缆回填混凝土
多年以来， 欧洲使用水泥沙 （ 低含量的混凝土） 作为直埋电缆的回填材料。典型材料配方为沙子和水泥的比例是 12 ∶ 1。 尽管这种材料容易移除， 但是在电缆通电几个月后， 这种材料的热阻系数变得相当大。 热阻系数的典型值是 105℃ cm / W。 更低的数值可以通过减低沙子和水泥的比例得到， 换句话说， 就是使混凝土的结构更紧密。
Greebler 和 Barnett[12] 的论文中实验室周围电缆沟壁的混凝土的热阻系数是 85℃ cm / W。 论文中 85℃ cm / W 的来源可以在 AIEE- IPCEA 的载流量表格[6] 的原始版本中找到。 混凝土是在木槽中灌注到地板上， 铺设在有空调的建筑物中。 这导致混凝土的结构差， 热阻系数大。 Brookes 和 Starr[13] 在 24 个月的试验中发现新泽西州地埋管道周围混凝土的热阻系数大约为 50℃ cm / W。
Nagley 和 Neese[14] 发现芝加哥的沟壁周围混凝土的热阻系数在 38 ～ 53℃ cm /
W 之间变动。 他们的一个有趣的发现是在重载电缆沟壁周围的薄混凝土层 （ 与通常混凝土层厚2. 5in 相比， 该处仅有约1. 25in 厚） 变得干燥。 受影响周围地表土壤的有效热阻系数很快达到不可接受的高水平。
美国农垦局 （ US Bureau of Reclamation） 在 1940 年的出版物 《Thermal Proper- ties of Concrete （ 混凝土的热特性）》[7] 中在Boulder 大坝上使用的混凝土的热阻系数在 28. 5 ～ 42. 5℃ cm / W 之间。
15. 13. 2 佛罗里达州安装测试
为了确定当地混凝土的实际热阻系数， 佛罗里达州进行了一项实验。 两个
8. 125in 涂有 0. 5in Somastic 的钢管， 放置在一个沟道内， 一根放在另一根上方， 间距 12in。 选择这样布置是考虑到评估这个埋深的效果， 同时提供在受限制区域铺设的更多信息。
在管子的每个部分都安装有热电偶： 涂层上、 距离涂层 3in、 距离涂层 6in、 从混凝土密封外表面开始的地下 6in。 图 15- 11 展示的是试验的布置。
按照图 15- 6 中 6in 密封结构用不同等级的混凝土灌注了 4 个 50ft 的测试部分。 4个混合物部件的压缩强度分别是 1500lbf / in2 、 200lbf / in2 、 2500lbf / in2 和 3000lbf / in2 。在地面上进行热模拟前所有部件都经过 40 天的养护。
图 15- 11 试验的布置
向每个管道施加热功率持续足够时间直至稳定， 热功率从 15W / ft 到最高 31 W / ft。 使用 Bauer 版[15] 的 Kenelly 方程[2] 计算出每个管道以及各个区段周围材料的热阻系数数值。
混凝土的热阻系数数值在测试期间有变化， 总的趋势是三种高强度的混凝土的数值稍微低一些。 强度为 1500lbf / in2 的混凝土在试验开始后 3 个月被拆除了， 原因是加热线着火了， 导致这个区域的热阻系数增加 （ 见表 15- 2）。
选择 31W / ft 的热功率作为最高加热功率的原因在于界面温度此时达到了最高允许温度 50℃ 。 参见 4. 3 节以及 1984 年美国绝缘导体委员会 （ ICC） 的会议纪要，该纪要是关于热阻系数以及界面热特性和高加热功率的影响[16] 。
表 15- 2 内部混凝土的热阻系数
混凝土强度 / （ lbf / in2 ） | 顶层管道 / （ ℃ cm / W） | 底层管道 / （ ℃ cm / W） | 平均值 / （ ℃ cm / W） |
3000 2500 2000 1500 | 37. 9 41. 1 36. 2 48. 9 | 44. 4 40. 4 38. 7 51. 2 | 41. 2 40. 8 37. 5 50. 1 |