大體積混凝土溫控措施在涵閘工程中的應(yīng)用

王 勇

一、大體積混凝土結(jié)構(gòu)產(chǎn)生裂縫的原因

1.混凝土水熱化

水泥作為混凝土的核心材料，其質(zhì)量是判斷工程項(xiàng)目質(zhì)量的重要依據(jù)之一。在混凝土凝固過程中，水泥水化熱會引起溫升，而混凝土外露表面容易散發(fā)熱量，這就使得混凝土結(jié)構(gòu)溫度內(nèi)高外低，且溫差很大，形成溫度應(yīng)力。當(dāng)產(chǎn)生的溫度應(yīng)力（一般是拉應(yīng)力）超過混凝土當(dāng)時(shí)的抗拉強(qiáng)度時(shí)，就會形成裂縫，這種裂縫有輕度的表面裂縫，有重度的貫穿性裂縫。

2.外部溫度

在混凝土施工期間，外部溫度也是影響其質(zhì)量的主要原因，混凝土內(nèi)部的溫度是由澆筑溫度、水泥水化熱的絕熱溫度和結(jié)構(gòu)的散熱溫度等各種溫度疊加之和組成。澆筑溫度與外界氣溫有著直接關(guān)系，外界氣溫愈高，混凝土的澆筑溫度也就會愈高；如果外界溫度降低則又會增加大體積混凝土的內(nèi)外溫差梯度。如果外界溫度的下降過快，會造成很大的溫度應(yīng)力，極其容易引發(fā)混凝土的開裂。另外外界的濕度對混凝土的裂縫也有很大的影響，外界的濕度降低會加速混凝土的干縮，也會導(dǎo)致混凝土裂縫的產(chǎn)生。如果在夏天，外界溫度過高，混凝土日照時(shí)間過久，便會出現(xiàn)溫度提升的現(xiàn)象，到了夜間外部溫度下降，混凝土內(nèi)部溫度依然過高，從而出現(xiàn)內(nèi)外溫差過大，導(dǎo)致混凝土結(jié)構(gòu)的表面先行開裂。

3.收縮變形

混凝土澆筑結(jié)束后，施工人員必須要及時(shí)覆蓋并灑水養(yǎng)護(hù)，以防出現(xiàn)干裂現(xiàn)象。并且因混凝土所需水分較大，如果長期將其置于干燥、有風(fēng)的地方，會導(dǎo)致其因水分蒸發(fā)而收縮變形，出現(xiàn)嚴(yán)重的裂縫，影響混凝土的使用。

二、溫控措施在大體積混凝土施工中的應(yīng)用

1.混凝土的配制及原料的選擇

（1）使用水化熱低的水泥

由于礦物成分及摻合料數(shù)量不同，水泥的水化熱差異較大。鋁酸三鈣和硅酸三鈣含量高的，水化熱較高，摻合料多的水泥水化熱較低。因此選用低水化熱或中水化熱的水泥品種配制混凝土。不宜使用早強(qiáng)型水泥。在采購水泥時(shí)必須對水泥品種、性質(zhì)、類型、安全級別、凝結(jié)性能、安全性以及合格證等進(jìn)行入場檢驗(yàn)。

（2）砂、石的含泥量與細(xì)度模數(shù)

精心設(shè)計(jì)、選擇混凝土成分配合，盡可能采用粒徑較大、質(zhì)量優(yōu)良、級配良好的石子。粒徑越大、級配良好，骨料的孔隙率和表面積越小，用水量減少，水泥用量也少。在選擇細(xì)骨料時(shí)，其細(xì)度模數(shù)宜在26～29。粒徑較大可減少水泥用量，降低混凝土的干縮，減少水化熱，對混凝土上的裂縫控制有重要作用。

（3）采用線脹系數(shù)小的骨料

混凝土由水泥漿和骨料組成，其線脹系數(shù)為水泥漿和骨料線脹系數(shù)的加權(quán)（占混凝土的體積）平均值。骨料的線脹系數(shù)因母巖種類而異。大體積混凝土中的骨料體積占75%以上，采用線脹系數(shù)小的骨料對降低混凝土的線脹系數(shù)，減小溫度變形的作用十分顯著。

（4）外摻料選擇

摻加粉煤灰：摻加粉煤灰減小水泥用量，可有效降低水化熱。大體積混凝土的強(qiáng)度通常要求較低，允許摻加較多的粉煤灰。另外，優(yōu)質(zhì)粉煤灰的需水性小，有減水作用，可降低混凝土的單位用水量和水泥用量；還可減小混凝土的自身體積收縮，有的還略有膨脹，有利于防裂；摻粉煤灰還能抑制堿骨料反應(yīng)并防止因此產(chǎn)生的裂縫。

摻減水劑：摻減水劑可有效降低混凝土的單位用水量，緩凝型減水劑還有抑制水泥水化作用，可降低水化溫升，有利于防裂。大體積混凝土中摻加的減水劑主要是木質(zhì)素磺酸鈣，它對水泥顆粒有明顯的分散效應(yīng)，可有效地增加混凝土拌合物的流動(dòng)性，且能使水泥水化較充分，提高混凝土的強(qiáng)度。若保持混凝土的強(qiáng)度不變，可節(jié)約水泥10%，從而可降低水化熱，同時(shí)可明顯延緩水化熱釋放速度，熱峰也相應(yīng)推遲。

2.大體積混凝土溫控的技術(shù)措施

（1）測溫技術(shù)

在大體積混凝土工程中，有很多項(xiàng)目需要進(jìn)行溫度控制。為了做好混凝土的溫度監(jiān)測工作，必須有一個(gè)好的測溫施工方案。測溫點(diǎn)的布置、測溫的延續(xù)時(shí)間和次數(shù)，應(yīng)能概括混凝土內(nèi)部溫度場的變化情況，發(fā)現(xiàn)問題便于采取對策措施。一般沿澆筑的高度布置在底部、中部和表面，平面測點(diǎn)布置在邊緣與中間，測點(diǎn)間距一般為2.5～5m。在混凝土澆筑后1～5d內(nèi)應(yīng)密切觀測混凝土溫度的變化，每2～4h測溫一次，5d以后每6～8h測溫一次，同時(shí)量測大氣溫度，確保內(nèi)表溫差、表氣溫差均可控制在規(guī)范的要求范圍內(nèi)。

（2）控制入模溫度

混凝土澆筑過程中外界溫度越高，越容易產(chǎn)生溫度裂縫，因此大體積混凝土應(yīng)在室外溫度較低的情況下進(jìn)行，其澆筑溫度不宜超過28℃。為了保證入模溫度在規(guī)定范圍內(nèi)，應(yīng)從降低拌和料的澆筑溫度以及水化熱等著手。影響混凝土拌和料的澆筑溫度最大因素是水和石子，因此施工時(shí)首先應(yīng)降低水溫，其次應(yīng)降低石子溫度。

高溫季節(jié)施工時(shí)，設(shè)混凝土攪拌用水池(箱)，拌和混凝土?xí)r，拌和水內(nèi)可以加冰屑(可降低3℃～4℃)和冷卻骨料(可降低10℃以上)，降低攪拌用水的溫度。高溫天氣時(shí)，砂、石子堆場的上方設(shè)遮陽棚或在料堆上覆蓋遮陽布，降低其含水率和料堆溫度。同時(shí)提高骨料堆料高度，當(dāng)堆料高度大于6m時(shí)，骨料的溫度接近月平均氣溫。

冬季施工如日平均氣溫低于5℃時(shí)，為防止混凝土受凍，可采取拌和水加熱及運(yùn)輸過程的保溫等措施。

（3）混凝土澆筑中的溫控措施

首先應(yīng)盡量減少拌合后的混凝土的運(yùn)輸距離和中轉(zhuǎn)次數(shù)。在混凝土澆筑時(shí)宜采用“分層澆筑、分層振搗、一個(gè)斜面、一次到頂”的推移澆筑法，也可按泵送混凝土自然流淌坡度 (L∶H=5∶1)，采用從一邊到另一邊，斜面分層、薄層覆蓋、循序漸進(jìn)、一次到頂?shù)姆椒ㄟM(jìn)行。這種自然流淌形成斜坡混凝土的澆筑方法，能較好適應(yīng)泵送工藝，提高泵送效率，簡化混凝土的泌水處理，保證上下層澆筑間隔不超過初凝時(shí)間。施工時(shí)混凝土自然流淌形成斜面的坡度宜控制在1∶6左右，澆筑過程中，控制混凝土的初凝時(shí)間＞6h?；炷列泵嫔舷聦痈采w的時(shí)間間隔≤2h，混凝土從攪拌站出站后4h內(nèi)必須下料入模。各層混凝土澆筑間歇期應(yīng)控制在7d左右，最長不得超過10d。為降低老混凝土的約束，需做到薄層、短間歇、連續(xù)施工。如因故間歇期較長，應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況在充分驗(yàn)算的基礎(chǔ)上對上層混凝土層厚進(jìn)行調(diào)整。

（4）混凝土振搗

澆筑后的混凝土應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況布置振搗器，并保證混凝土上部、下部及坡角部位振搗密實(shí)。為了防止混凝土集中堆積，應(yīng)形成自然流淌坡度，然后全面振搗。每層振搗時(shí)，上下層振搗搭接50～100mm，每點(diǎn)振搗時(shí)間30s左右 (以混凝土中不再出現(xiàn)氣泡為宜)，嚴(yán)格控制振搗時(shí)間、移動(dòng)間距和插入深度。現(xiàn)場試驗(yàn)證明，混凝土振搗能提高混凝土與鋼筋的握裹力，防止因混凝土沉落而出現(xiàn)的裂縫，減少混凝土內(nèi)部微裂，增加混凝土的密實(shí)度，抗壓強(qiáng)度提高10%～20%。采用二次振搗提高混凝土的極限拉伸值，關(guān)鍵是要掌握好兩次振搗的時(shí)間間隔，它與水泥品種、水灰比、坍落度、氣溫和振搗條件等有關(guān)。二次振搗的最佳時(shí)間，一般在第一次振搗完成后2h進(jìn)行為宜。

（5）澆筑后混凝土的保溫養(yǎng)護(hù)及溫差監(jiān)測

保溫效果的好壞對大體積混凝土溫度裂縫控制至關(guān)重要。保溫養(yǎng)護(hù)可采用在混凝土表面覆蓋草墊、素土的養(yǎng)護(hù)方法。養(yǎng)護(hù)安排專人進(jìn)行，養(yǎng)護(hù)時(shí)間7d。自施工開始就派專人對混凝土測溫并做好詳細(xì)記錄了解混凝土內(nèi)外溫差變化。混凝土溫度上升階段每2～4h測一次，溫度下降階段每8h測一次，同時(shí)應(yīng)測大氣溫度，以便掌握基礎(chǔ)內(nèi)部溫度場的情況，控制混凝土內(nèi)外溫差在25℃以內(nèi)。如混凝土內(nèi)部升溫較快，內(nèi)部與表面溫度之差有可能超過控制值時(shí)，應(yīng)在外表面增加保溫層。當(dāng)晝夜溫差較大或有暴雨襲擊時(shí)，要根據(jù)氣溫變化趨勢以及混凝土內(nèi)部溫度監(jiān)測結(jié)果及時(shí)調(diào)整保溫層厚度。當(dāng)混凝土內(nèi)部與表面溫度之差不超過20℃，且混凝土表面與環(huán)境溫度之差也不超過20℃，可逐層拆除保溫層。當(dāng)混凝土內(nèi)部與環(huán)境溫度之差接近內(nèi)部與表面溫差控制值時(shí)，則全部撤掉保溫層。

三、結(jié)語

由上可知，若想保證混凝土工程的完成質(zhì)量，提高其使用壽命，必須要從根本上加強(qiáng)對大體積混凝土的管理，嚴(yán)格控制混凝土施工原材料、混凝土配合比，加強(qiáng)質(zhì)量控制，加大混凝土養(yǎng)護(hù)工作力度等方面。混凝土裂縫問題是影響工程施工質(zhì)量的關(guān)鍵，因此，相關(guān)企業(yè)、單位應(yīng)以國家建設(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)用溫度控制措施，有效解決大體積混凝土裂縫問題，為涵閘工程的施工質(zhì)量提供保障■