分析高標(biāo)號(hào)大體積混凝土施工溫度控制與防裂

楊天海

(貴州橋梁建設(shè)集團(tuán)有限責(zé)任公司，貴州 貴陽 550000)

分析高標(biāo)號(hào)大體積混凝土施工溫度控制與防裂

楊天海

(貴州橋梁建設(shè)集團(tuán)有限責(zé)任公司，貴州 貴陽 550000)

針對(duì)高標(biāo)號(hào)大體積混凝土，首先對(duì)溫度裂縫的產(chǎn)生原因進(jìn)行簡(jiǎn)要分析，在此基礎(chǔ)上，采取“一降、二散、三?！钡牟呗?，對(duì)施工溫度進(jìn)行有效控制，并提出幾條有效的裂縫防治措施，旨在為大體積混凝土施工提供可靠的依據(jù)。

高標(biāo)號(hào)大體積混凝土；施工溫度控制；裂縫防治

1 高標(biāo)號(hào)大體積混凝土溫度裂縫產(chǎn)生原因分析

1.1 水化熱

在完成混凝土澆筑施工以后，水泥由于水化熱作用會(huì)放出大量的熱量，使內(nèi)部結(jié)構(gòu)的溫度快速升高。實(shí)踐表明，由水泥水化熱直擊引起的升溫現(xiàn)象可以達(dá)到50 ℃，而且升溫現(xiàn)象大多發(fā)生在完成澆筑的3～5 d時(shí)間段內(nèi)。由于混凝土自身不具備良好的導(dǎo)熱性能，在澆筑完成后不久混凝土的強(qiáng)度與彈性模量都較低，伴隨其齡期的不斷延長(zhǎng)，彈性模量不斷升高，對(duì)于內(nèi)部溫降收縮作用的限制隨之增強(qiáng)，進(jìn)而產(chǎn)生一定拉應(yīng)力，當(dāng)混凝土自身抗拉強(qiáng)度無法抵抗這一拉應(yīng)力時(shí)，就會(huì)出現(xiàn)不同程度的溫度裂縫。

1.2 氣溫影響

對(duì)于大體積混凝土而言，其澆筑時(shí)間相對(duì)較長(zhǎng)，外界氣溫的變化較為顯著。當(dāng)氣溫升高時(shí)，澆筑溫度也會(huì)隨之增加，同時(shí)在這種高溫情況下，混凝土不容易進(jìn)行散熱，其內(nèi)部溫度最大值可以達(dá)到85～90 ℃，而且還存在很長(zhǎng)延散周期。由于晝夜溫差或者是澆筑施工以后氣溫大幅下降，會(huì)使混凝土的內(nèi)外部產(chǎn)生很大的溫差，一般在25 ℃以上，進(jìn)而產(chǎn)生一定溫度應(yīng)力，造成溫度裂縫。

1.3 收縮變形

在混凝土中，約有八成的水分會(huì)自然蒸發(fā)，引起體積干縮的現(xiàn)象。在高溫環(huán)境下，水分會(huì)快速蒸發(fā)，容易出現(xiàn)干縮變形。此外，如果混凝土的拌和與澆筑等工藝不當(dāng)，內(nèi)部骨料的分配不夠均勻，密實(shí)度無法滿足標(biāo)準(zhǔn)要求，收縮系數(shù)變化較大，在不同的限制和約束條件中，有出現(xiàn)開裂現(xiàn)象的可能，尤其是那些較為脆弱的部分。

2 高標(biāo)號(hào)大體積混凝土施工溫度控制與裂縫防治

在施工過程中高效、合理的應(yīng)用“一降、二散、三保”的策略，對(duì)混凝土結(jié)構(gòu)的內(nèi)外溫差進(jìn)行有效控制，是確保結(jié)構(gòu)安全和質(zhì)量的有效方法。

(1)對(duì)原材料進(jìn)行預(yù)冷，減小入模溫度

依據(jù)試驗(yàn)室選擇強(qiáng)度等級(jí)為C48的混凝土配比材料，以及當(dāng)?shù)貧鉁氐恼_預(yù)估，求出高標(biāo)號(hào)大體積混凝土入模溫度(Tc)，如表1所示。

表1 入模溫度

①粗細(xì)骨料降溫。在對(duì)骨料進(jìn)行使用的兩天前需要使用高壓冷水噴淋的方法對(duì)砂石等進(jìn)行降溫，這樣還能使砂石吸收充足的水分，有效降低坍落度的損失，保證質(zhì)量。

②拌和水。在條件允許的情況下，應(yīng)優(yōu)先使用山泉水，因?yàn)樯饺臏囟认鄬?duì)較低，若無法使用山泉水，則需在拌和前對(duì)水進(jìn)行降溫處理。

③水泥防熱。需保障混凝土拌和站的水泥棚通風(fēng)良好，做必要的遮陽和防潮處理，水泥材料的選擇要和設(shè)計(jì)方案一一對(duì)應(yīng)，并進(jìn)行質(zhì)量檢查。

④運(yùn)輸罐車。罐車的吊斗在正式使用以前需要用冷水進(jìn)行反復(fù)沖洗，以起到冷卻和降溫的作用。

⑤原混凝土面、鋼模板與鋼筋需要在澆筑施工以前使用高壓冷水進(jìn)行反復(fù)沖洗，以此大幅降低其溫度，防止溫差的產(chǎn)生。

通過對(duì)以上方法的應(yīng)用，可顯著降低各個(gè)原材料的實(shí)際溫度，同時(shí)入模溫度也得到一定程度的降低，對(duì)比結(jié)果如表2所示。

表2 入模溫度的對(duì)比結(jié)果

(2)埋設(shè)鋼管，對(duì)混凝土內(nèi)部進(jìn)行散熱，C48混凝土的最終絕熱溫升可用如下公式進(jìn)行計(jì)算：

式中：W為單位體積混凝土的水泥用量，kg/m3；Q為525號(hào)普通硅酸鹽水泥的單位質(zhì)量水化熱，461 kJ/kg；C為混凝土比熱；P為混凝土密度。

(3)使用鋼管埋設(shè)的方法，借助冷水循環(huán)達(dá)到降溫的目的。鋼管需要在開始澆筑施工以前按照設(shè)計(jì)要求進(jìn)行安放，同時(shí)加以有效固定，避免在澆筑過程中出現(xiàn)鋼管上浮的情況。在具體的實(shí)施過程中，安排專業(yè)試驗(yàn)人員按6 h間隔進(jìn)行一次溫度測(cè)量，再根據(jù)實(shí)測(cè)結(jié)果確定最佳的水循環(huán)時(shí)間。實(shí)踐證明，冷水的通入需要在完成澆筑的24 h以后開始，因?yàn)榇藭r(shí)的內(nèi)部溫度正快速上升。

(4)為使新澆筑的混凝土有良好的凝固條件，預(yù)防由于干縮現(xiàn)象造成的龜裂，在完成澆筑以后的3h時(shí)需及時(shí)覆蓋一層麻袋，同時(shí)進(jìn)行灑水養(yǎng)護(hù)，避免陽光直射，在晴天時(shí)進(jìn)行降溫和保濕，而在晚上和風(fēng)雨天還能保護(hù)其表面的濕度，從而實(shí)現(xiàn)降低溫差的目標(biāo)。

(5)混凝土表面和內(nèi)部的溫差，表面和室外空氣中的溫度最低值差值都不能超過20 ℃，通過定量計(jì)算與試驗(yàn)分析確定結(jié)構(gòu)自身具備足夠的抗裂性能時(shí)，可將溫差擴(kuò)大至30 ℃。

(6)在進(jìn)行拆模時(shí)，應(yīng)對(duì)氣溫等條件進(jìn)行充分的考慮，拆模過程中溫差不宜過大，確保表面和中心以及表面和外界的溫差，并收縮當(dāng)量溫度三者總和不能在20 ℃以上，拆模完成以后及時(shí)覆蓋麻袋進(jìn)行灑水養(yǎng)護(hù)，養(yǎng)護(hù)時(shí)間要保持在21 d。

若在實(shí)際情況中使用分層法進(jìn)行澆筑施工，則需對(duì)分層的實(shí)際厚度進(jìn)行嚴(yán)格控制，一般情況下不得超過30 cm，同時(shí)對(duì)澆筑的速度進(jìn)行控制，不能過快，適當(dāng)?shù)臐仓俣缺阌谄渖幔€能使溫度分布均勻。澆筑的同時(shí)進(jìn)行振搗，保證振搗的質(zhì)量，避免出現(xiàn)過振和漏振等情況。

(7)在設(shè)計(jì)配比的基礎(chǔ)上，可按照規(guī)范的比例(水泥總量的0.7%)在混凝土中加入外加劑，外加劑類型為高效減水劑，通過對(duì)外加劑的合理使用，不僅能有利于混凝土的拌和，還能對(duì)混凝土性能進(jìn)行改善，降低水的實(shí)際用量，有效提升其和易性。

3 結(jié)束語

高標(biāo)號(hào)大體積混凝土施工中，如果未對(duì)施工溫度進(jìn)行有效的控制，將有一定機(jī)率出現(xiàn)溫度裂縫，產(chǎn)生溫度裂縫的原因主要有三種，分別為水化熱、氣溫影響與收縮變形，為有效防止裂縫的產(chǎn)生，保障混凝土施工質(zhì)量，需在施工中采取合理的控制措施，如原材料預(yù)冷、提前埋設(shè)冷凝管等。

[1] 韓學(xué)勤,吳登銀. 高標(biāo)號(hào)大體積混凝土施工溫度控制與防裂[J]. 鐵道標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì),2012,10(11):20-21.

[2] 張柏堂. 大體積高強(qiáng)混凝土施工溫度控制與防裂技術(shù)[J]. 建筑技術(shù)開發(fā),2013,11(2):35-38.

[3] 顏巧玲,陳冠樺,孔凡佳. 大體積混凝土施工溫度應(yīng)力分析與控制[J]. 山西科技,2012,8(5):117-119.

U445

C

1008-3383(2017)09-0128-02

2016-11-14

楊天海(1978-)，男，貴州貴陽人，工程師，研究方向：公路、橋梁和隧道。