淺談大體積混凝土溫控技術(shù)在水利工程中的應(yīng)用

王二軍/中國水利水電第十三工程局有限公司

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淺談大體積混凝土溫控技術(shù)在水利工程中的應(yīng)用

王二軍/中國水利水電第十三工程局有限公司

【摘 要】大體積混凝土施工直接關(guān)系水利工程建設(shè)的施工質(zhì)量，大體積混凝土裂縫是易出現(xiàn)的水利工程建設(shè)問題，優(yōu)化大體積混凝土施工技術(shù)，有效的解決大體積混凝土裂縫問題，可以提高水利工程施工質(zhì)量。本文圍繞著對影響大體積混凝土裂縫產(chǎn)生的幾個(gè)主要原因具體分析，提出控制大體積混凝土溫度裂縫的幾點(diǎn)應(yīng)對措施，從而減少大體積混凝土裂縫的產(chǎn)生，保證水利工程結(jié)構(gòu)的可靠性。

【關(guān)鍵詞】大體積混凝土；溫度裂縫；溫度應(yīng)力；溫控措施

1.引言

我國水利水電事業(yè)飛速發(fā)展，大型水利工程不斷涌現(xiàn)。由于大型水工建筑物結(jié)構(gòu)復(fù)雜、體量大，因此通常出現(xiàn)大體積混凝土澆筑。大體積混凝土澆筑施工對于專業(yè)、條件以及結(jié)構(gòu)等都有著較高的要求，施工不當(dāng)會(huì)造成大體積混凝土結(jié)構(gòu)產(chǎn)生裂縫，危害水利設(shè)施及人民生命財(cái)產(chǎn)安全，需要引起人們的重視。

2.大體積混凝土結(jié)構(gòu)產(chǎn)生裂縫的原因

2.1水泥水化熱。由于大體積混凝土截面厚度大，水泥水化產(chǎn)生的熱量大，熱量從內(nèi)到外的散熱不容易，需要一定的時(shí)間。

1994年在慕尼黑RILEM學(xué)術(shù)討論會(huì)上，慕尼黑技術(shù)大學(xué)R.SrPingesnhcmid教授提出在混凝土水化過程中，無論是溫度升高的階段還是溫度降低的階段都會(huì)產(chǎn)生裂縫。在溫升過程中，即使是在最大溫升時(shí)，早齡期混凝土中很小的一部分是彈性壓應(yīng)變（e1

el），絕大部分的體積膨脹都轉(zhuǎn)化為塑性應(yīng)變（e1pl）。在冷卻降溫的初期，己經(jīng)有所硬化的混凝土一發(fā)生收縮變形，就使膨脹時(shí)產(chǎn)生的壓應(yīng)力減小到零，此時(shí)的時(shí)間記為t2。從這時(shí)開始，持續(xù)下降的溫度使得混凝土中的拉應(yīng)變和拉應(yīng)力不斷發(fā)展，此時(shí)的防裂準(zhǔn)則應(yīng)為：（當(dāng)然也可以用應(yīng)力作為判定標(biāo)準(zhǔn)）

將式（2-2-3）代入式（2-2-2），可得t時(shí)刻的拉應(yīng)變?yōu)椋?/p>

如果ae=ac=a，t=8，Tt=Ta，那么最終應(yīng)變?yōu)椋?/p>

注：Ti——混凝土的澆筑溫度Tt——混凝土任意t時(shí)刻的溫度

Tl——最高溫度T2——零應(yīng)變溫度

Ts——混凝土表面溫度Ta——撓注時(shí)鄰約束區(qū)的平均溫度

ae——熱膨脹系數(shù)（溫升過程中）ac——熱膨脹系數(shù)（溫降過程中）

e1——最大熱膨脹e1el——溫峰時(shí)彈性應(yīng)變值（t1時(shí)刻）——溫峰時(shí)塑性應(yīng)變值（t1時(shí)刻）

e2——零應(yīng)力時(shí)的最大塑性應(yīng)變（t2時(shí)刻）

et，u——極限拉應(yīng)變

從式（2-2-5）可以看出：溫升過程中的塑性應(yīng)變（k·e1）造成部分混凝土早期溫度應(yīng)力，另一部分是由于鄰約束區(qū)平均溫度（Ta）和混凝土澆注溫度（Ti）間的溫差造成。

2.2施工期間氣溫變化?；炷羶?nèi)外溫差產(chǎn)生溫度應(yīng)力、應(yīng)變，在混凝土內(nèi)部最高溫基本確定的情況下，施工期間，外部溫度即水利工程所在地的自然氣溫的對大體積混凝土的開裂有重大影響。自然氣溫越高，混凝土的澆筑溫度也越高，自然氣溫降低，如夜間或是下雨、下雪等，則混凝土內(nèi)部需降更低。如外部溫度為30度，則按最大溫差25度來控，內(nèi)部溫度降至55即可，如外部溫度為10度，則內(nèi)部溫度需降至35度，所以水利工程所在地自然氣溫的突然變化，會(huì)加大外層混凝土與內(nèi)部混凝土的溫度差，增加了降溫的難度。

2.3混凝土收縮變形。水是混凝土的重要拌合材料之一，按相關(guān)資料記載20%的水分是混凝土所必需的，剩下的80%的水都是要被蒸發(fā)的，外界溫度越高水分蒸發(fā)也就越快，影響也就越大?；炷猎谒嗨^程中產(chǎn)生體積變形，其中多為收縮變形，若存在約束，即產(chǎn)生收縮應(yīng)力。上述多種原因使得大體積混凝土施工時(shí)易產(chǎn)生溫度裂縫，影響水利工程結(jié)構(gòu)安全及正常使用，為了防止大體積混凝土結(jié)構(gòu)在施工中產(chǎn)生溫度裂縫，溫控必不可少

3.溫控技術(shù)在大體積混凝土施工中的應(yīng)用

水利工程在施工建設(shè)過程中，可采取以下溫控措施以控制減少裂縫：從混凝土組成材料、施工期間的養(yǎng)護(hù)、外部環(huán)境和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上進(jìn)行控制，從而保證減少混凝土溫升、延緩混凝土降溫速率、減小混凝土的收縮、提高混凝土的極限拉伸值、改善約束和構(gòu)造設(shè)計(jì)，以達(dá)到控制裂縫目的。

3.1混凝土的材質(zhì)

3.1.1選擇水泥品種。應(yīng)選用中低水化熱的水泥，從而減少混凝土的最高溫度。如選用礦渣水泥，而硅酸鹽水泥水化熱大，不宜選用。

3.1.2減少混凝土中的水泥用量。前面已說過水泥水化熱是大體積混凝土內(nèi)部熱量的主要來源，所以在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，在滿足受力要求的前提下盡量降低混凝土的等級，。一組實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)表明，每立方米的混凝土水泥用量每增（減）10kg，水泥水化熱使混凝土溫度相對升（降）10℃。如高層建筑地下室大體積的承臺，由于有些是按構(gòu)造要求設(shè)計(jì)，體積大，在滿足設(shè)計(jì)強(qiáng)度條件下，設(shè)計(jì)時(shí)混凝土強(qiáng)度可降一個(gè)標(biāo)號，以減少水化熱。

3.1.3選擇外加劑?，F(xiàn)今水利工程所用的混凝土已基本采用泵送商品混凝土，為滿足泵送的要求，混凝土的需要更大流動(dòng)性，而這與混凝土的抗裂性的要求有沖突，所以在滿足泵送工藝的前提下，選用較小坍落度，合理地選擇外加劑，如減水劑、粉煤灰、膨脹劑，盡可能地降低水灰比。

3.2外部環(huán)境

3.2.1施工時(shí)的溫度。由于外界溫度過高會(huì)引起較大的收縮，所以在外界溫度過高時(shí)最好不要澆筑施工，如可避開氣溫高的中午，理論上外界溫度應(yīng)低于40℃。

3.2.2混凝土的攪拌后出料溫度。為減少混凝土升溫，控制混凝土的攪拌后出料溫度是很重要的。對出料溫度影響最大的是石子和水的溫度，砂的溫度次之，水泥的溫度影響最小?？刹扇∮行У姆椒ń档蜕?、石的溫度，在氣溫較高的環(huán)境下，可在砂、石材料堆場搭設(shè)遮陽棚，使用前向砂、石噴水降溫。

3.2.3采取措施降低混凝土內(nèi)部混度。在不影響結(jié)構(gòu)的情況下，在大體積混凝土內(nèi)部適當(dāng)布置水循環(huán)管，通過管內(nèi)冷水的流動(dòng)帶走內(nèi)部熱量，以降低混凝土內(nèi)部溫度，這同時(shí)就降低了內(nèi)外溫差。

4.結(jié)束語

質(zhì)量安全是水利項(xiàng)目的核心與靈魂，大體積混凝土裂縫問題是影響水利工程施工質(zhì)量的關(guān)鍵，因此相關(guān)企業(yè)、單位應(yīng)在以國家水利工程建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)為依據(jù)，借鑒吸收國內(nèi)外先進(jìn)技術(shù)與經(jīng)驗(yàn)，科學(xué)、合理應(yīng)用溫度控制技術(shù)，妥善解決水利工程中大體積混凝土出現(xiàn)裂縫的問題。

參考文獻(xiàn)：

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