變電站混凝土基礎(chǔ)溫度應(yīng)力分析及控制措施

呂樹春 施 魁

（江蘇省送變電有限公司，江蘇 南京 210000）

0 引言

當(dāng)前，電力系統(tǒng)工程施工中，變電站工程涉及很多混凝土基礎(chǔ)施工，其混凝土體積往往較大，溫度應(yīng)力對混凝土質(zhì)量有著不可忽視的影響。如果溫度應(yīng)力控制不當(dāng)，不僅會對變電站混凝土工程性能造成不利影響，還會影響混凝土外觀質(zhì)量。因此，弄清變電站混凝土溫度應(yīng)力形成原因及危害，進(jìn)而采取針對性控制措施，是確保變電站混凝土結(jié)構(gòu)施工質(zhì)量的關(guān)鍵。

1 變電站混凝土基礎(chǔ)溫度應(yīng)力的危害

混凝土是變電站基礎(chǔ)施工用量最大的建筑材料，由于變電站混凝土體積較大，在施工過程中，如果不對溫度應(yīng)力進(jìn)行有效防控，就可能導(dǎo)致混凝土產(chǎn)生機(jī)械性形變，從而對混凝土結(jié)構(gòu)的強度、耐久性等造成影響，進(jìn)而影響變電站電氣設(shè)備運行的穩(wěn)定性。特別是在不同結(jié)構(gòu)材料的連接處，更容易發(fā)生這種形變，因為部位的不同，材料的特性隨溫度變化不一，處于一種極不均衡受力狀態(tài)，更容易產(chǎn)生溫度應(yīng)力，進(jìn)而導(dǎo)致裂縫的產(chǎn)生和擴(kuò)展。

在變電站混凝土基礎(chǔ)施工過程中，溫度應(yīng)力普遍存在，而且危害較大，嚴(yán)重影響工程的質(zhì)量。溫度應(yīng)力經(jīng)常導(dǎo)致現(xiàn)澆混凝土基礎(chǔ)出現(xiàn)多種多樣的裂縫，溫度裂縫的存在不僅影響混凝土結(jié)構(gòu)觀感，而且還存在著潛在的危險，因此應(yīng)對混凝土溫度應(yīng)力進(jìn)行分析和控制。

2 變電站混凝土基礎(chǔ)溫度應(yīng)力分析

溫度應(yīng)力主要是指物體由于溫度升降不能自由伸縮或物體內(nèi)各部分的溫度不同而產(chǎn)生的應(yīng)力，也被稱為熱應(yīng)力。變電站基礎(chǔ)混凝土的溫度應(yīng)力形成原因可歸納為內(nèi)在因素和外在因素兩種，內(nèi)在因素主要是混凝土施工過程中水泥與其他材料發(fā)生反應(yīng)釋放出大量的水化熱，而大體積混凝土中水化熱容易在內(nèi)部積聚，從而產(chǎn)生溫度應(yīng)力；外在因素主要是指環(huán)境因素，外界溫度變化較大時，會導(dǎo)致混凝土內(nèi)外溫度分布不均勻，進(jìn)而在混凝土表面產(chǎn)生溫度應(yīng)力。

變電站基礎(chǔ)混凝土的溫度應(yīng)力從混凝土拌和、澆筑開始，一直到水泥水化放熱結(jié)束，時間周期一般為30d。在這段時期內(nèi)，變電站混凝土基礎(chǔ)很容易產(chǎn)生溫度應(yīng)力，主要原因是水泥與水的化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生大量的水化熱，加上變電站基礎(chǔ)混凝土一般是澆筑到定型模板中，本身彈性空間不夠大，產(chǎn)生的熱量不易散失。可見，變電站混凝土施工的早期出現(xiàn)的溫度應(yīng)力極為普遍，大多數(shù)施工技術(shù)人員都比較清楚，會提前做好一些措施，不僅能減小溫度應(yīng)力，還能避免其帶來的消極影響。

3 變電站混凝土基礎(chǔ)溫度應(yīng)力的控制措施

變電站混凝土基礎(chǔ)溫度應(yīng)力對其使用壽命影響較大，因為溫度應(yīng)力會削弱變電站混凝土基礎(chǔ)的耐久性，從而影響電氣設(shè)備的安全運行。只有通過采取一定的控制措施，才能有效緩解這個問題。

3.1 合理選材并保證配比合理

變電站混凝土基礎(chǔ)施工前，施工技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)結(jié)合實際情況，對施工現(xiàn)場的溫度、濕度、水分等各種因素進(jìn)行有效分析和評估，綜合考慮變電站基礎(chǔ)施工設(shè)計的具體情況，科學(xué)地進(jìn)行混凝土配合比試驗和配合比設(shè)計，精心控制混凝土水化熱的消極影響，從而保證變電站混凝土基礎(chǔ)的耐久性。

合理選取混凝土材料，保證材料配比的合理性是降低溫度應(yīng)力產(chǎn)生的重要方式，而且這種方式相比于其他形式，能極大地降低溫度應(yīng)力的形成。首先應(yīng)選取低水化熱值的水泥，如低熱水泥、粉煤灰水泥或礦渣水泥，要求水泥制造企業(yè)嚴(yán)控水泥中鋁酸三鈣的含量。在水泥的礦物組成中，鋁酸三鈣的水化反應(yīng)速度最快，放熱也最快，所釋放的熱量也最大。嚴(yán)控水泥中鋁酸三鈣的含量，可有效控制水泥的水化熱。其次，可在混凝土中添加優(yōu)質(zhì)的粉煤灰，隨著粉煤灰用量的增加，可降低混凝土中水泥的用量，從而有效降低混凝土的溫升。一般而言，摻入30%的粉煤灰，能降低混凝土10℃的溫升。此外，減水劑不僅能有效降低混凝土的需水量，還能提高混凝土內(nèi)部結(jié)構(gòu)的致密性，而且還能有效降低混凝土中水泥的用量，從而降低混凝土的溫升。還有一些添加劑的作用也十分顯著，可以讓水泥放熱的速度得到緩解和降低，讓其放熱變得更加緩慢和穩(wěn)定，從而在一定程度上保證了變電站混凝土基礎(chǔ)的內(nèi)外部溫度的穩(wěn)定，不會出現(xiàn)劇烈的溫度變化，導(dǎo)致裂縫的產(chǎn)生。

3.2 嚴(yán)控施工順序，科學(xué)施工

變電站混凝土基礎(chǔ)的溫度應(yīng)力控制效果與施工技術(shù)問題直接相關(guān)，因此需要注重施工技術(shù)方面的相關(guān)問題。施工中，施工順序的不同，所產(chǎn)生的溫度應(yīng)力大小也會有較大差別。溫度應(yīng)力無法完全避免，但溫度應(yīng)力的影響強度和大小存在差別，通過嚴(yán)格控制施工順序，可以在一定程度上減小溫度應(yīng)力的影響。在變電站混凝土基礎(chǔ)施工之前，需要做好相關(guān)準(zhǔn)備工作，比如對GIS承臺基礎(chǔ)進(jìn)行細(xì)致處理，還要對承臺進(jìn)行微調(diào)，便于其連接管道之后用水潤濕管道，同時便于用振搗棒進(jìn)行操作。如果在變電站混凝土基礎(chǔ)施工過程中出現(xiàn)泌水現(xiàn)象，就需要采取合理措施進(jìn)行疏通。一般情況下是在兩側(cè)模板底部區(qū)域設(shè)置預(yù)留孔，便于水分排出。值得注意的是，變電站混凝土基礎(chǔ)施工過程中會出現(xiàn)施工裂縫，這是因為在混凝土澆筑時上下兩層沒有進(jìn)行合縫處理，因此需要進(jìn)行良好銜接，保證上下層混凝土之間的緊密性。對此，最好是一次澆筑完成，避免出現(xiàn)施工冷縫。

3.3 埋設(shè)冷卻水管降溫

在變電站基礎(chǔ)大體積混凝土施工中，埋設(shè)冷卻水管可以降低混凝土內(nèi)部的溫度，避免內(nèi)外溫度變化過大而產(chǎn)生裂縫，從而預(yù)防溫度應(yīng)力裂縫的產(chǎn)生。但是在埋設(shè)冷卻水管之前，需要對相關(guān)數(shù)值進(jìn)行精確計算。首先應(yīng)對水化熱進(jìn)行準(zhǔn)確計算，從而得出具體的溫升數(shù)值；同時對內(nèi)徑、水管上下層之間的距離等進(jìn)行計算，以控制冷卻水管中水的流量。此外，需要注意的是，在水管埋設(shè)完成之后，只要其表面澆筑了一層混凝土就可以進(jìn)行通水；通水的持續(xù)時間也有一定的要求，使其內(nèi)部溫度不會超過沒有通水之前的溫度，這樣才能保證溫度控制在合理范圍內(nèi)。一旦溫度合適，可停止通水，避免水的浪費。通過埋設(shè)冷卻水管，可以較好地保證變電站混凝土基礎(chǔ)內(nèi)外部溫差不會太大，是一種溫度應(yīng)力控制效果較好的方式，在當(dāng)前變電站基礎(chǔ)施工中得以廣泛應(yīng)用。

3.4 混凝土基礎(chǔ)的養(yǎng)護(hù)

變電站混凝土基礎(chǔ)施工完成之后，需采取有效的混凝土養(yǎng)護(hù)措施。一般會在混凝土基礎(chǔ)的表面覆蓋一層土工布，以此來保證變電站混凝土基礎(chǔ)的恒溫恒濕狀態(tài)。變電站混凝土基礎(chǔ)澆筑完成之后需要進(jìn)行養(yǎng)護(hù)，時間不能少于7d，以保證變電站基礎(chǔ)的混凝土內(nèi)部結(jié)構(gòu)的自然凝結(jié)，降低出現(xiàn)裂縫等問題的概率。當(dāng)然，在將變電站基礎(chǔ)完工交付之前，還需要對變電站混凝土基礎(chǔ)進(jìn)行定期周密地觀察，特別是在外界溫度變化較大時，需要定時對變電站混凝土基礎(chǔ)進(jìn)行澆水。通過表面水分的流動，一定程度上降低混凝土內(nèi)部溫度應(yīng)力的影響。還可采取其他更為先進(jìn)的混凝土養(yǎng)護(hù)方式，比如采用透明與深色塑料薄膜混合的方式進(jìn)行養(yǎng)護(hù)，這種方式可以有效地將混凝土與空氣隔離開，從而防止水分大量蒸發(fā)。即使外界溫度發(fā)生了較大的變化，這種塑料薄膜還能起到一定的降溫效果，使混凝土養(yǎng)護(hù)的效果更加明顯。

4 結(jié)束語

綜上所述，變電站混凝土基礎(chǔ)施工，屬于大體積混凝土施工，其溫度應(yīng)力普遍存在，而且危害較大。溫度應(yīng)力及其產(chǎn)生的溫度裂縫不僅影響混凝土基礎(chǔ)的觀感，而且還會影響其耐久性及使用壽命，進(jìn)而影響電氣設(shè)備的安全運行。因此，應(yīng)充分認(rèn)識到變電站混凝土基礎(chǔ)溫度應(yīng)力的危害和產(chǎn)生的原因，通過合理選材并保證配比合理，嚴(yán)控施工順序，科學(xué)施工，埋設(shè)冷卻水管降溫，注重混凝土基礎(chǔ)的養(yǎng)護(hù)等措施，以有效控制混凝土內(nèi)部的溫升對基礎(chǔ)施工質(zhì)量的影響。