水工混凝土施工中溫控防裂措施的研究

周賢慶

（中國水利水電第七工程局有限公司，四川 成都 611730）

水工混凝土施工中溫控防裂措施的研究

周賢慶

（中國水利水電第七工程局有限公司，四川 成都 611730）

大體積混凝土有很多產(chǎn)生裂縫原因，但溫度才是主要原因。文章結(jié)合重慶彭水水電站右岸引水系統(tǒng)進(jìn)水塔混凝土施工的溫控措施分析研究在施工中各環(huán)節(jié)的溫控防裂措施，從而達(dá)到不產(chǎn)生和少產(chǎn)生裂縫的目的。

水工混凝土；溫度控制；防裂措施

（一）水工混凝土特點(diǎn)

就水工混凝土而言，大部分都是大體積混凝土。大體積混凝土澆筑后初期內(nèi)部溫度急劇上升，熱量散發(fā)慢，引起混凝土膨脹變形。此時(shí)混凝土的彈性模量小，因而在升溫過程中由于基礎(chǔ)約束，混凝土膨脹變形產(chǎn)生的壓應(yīng)力很小，往往可以忽略不計(jì)。隨著齡期的增長(zhǎng)，水化熱逐漸減少，混凝土強(qiáng)度及彈性模量逐漸增大，而此時(shí)混凝土溫度逐漸降低，混凝土發(fā)生收縮變形時(shí)受到基礎(chǔ)約束就會(huì)產(chǎn)生很大的拉應(yīng)力。因大體積混凝土在后期降溫的拉應(yīng)力很大，而抗拉強(qiáng)度往往只有抗壓強(qiáng)度的1/8～1/12,且為脆性不均勻體，所以大體積混凝土抵抗溫度拉應(yīng)力的能力很低。當(dāng)拉應(yīng)力(或拉伸應(yīng)變)超過混凝土抗拉強(qiáng)度(或極限拉伸值)時(shí)就會(huì)產(chǎn)生溫度裂縫。

（二）裂縫的類型、產(chǎn)生原因及危害

大體積混凝土發(fā)生的溫度裂縫按其部位和原因主要分為：表面裂縫、深層裂縫、基礎(chǔ)貫穿裂縫、網(wǎng)狀裂縫、劈頭縫等。

大體積混凝土產(chǎn)生裂縫的主要原因是溫度和濕度的變化、混凝土本身的脆性和不均勻性以及結(jié)構(gòu)形式不合理等。此外原材料不合格，模版變形，不均勻沉降等外部因素也會(huì)引起裂縫。不過混凝土最常見的還是溫度裂縫。

大體積混凝土的溫度裂縫雖然在技術(shù)上可以補(bǔ)救，但在施工當(dāng)中費(fèi)工、費(fèi)時(shí)還耗費(fèi)財(cái)力物力，處理之后還會(huì)留下薄弱環(huán)節(jié)，難以根治。所以對(duì)溫度裂縫應(yīng)該在設(shè)計(jì)和施工當(dāng)中加強(qiáng)溫度控制和混凝土的質(zhì)量管理，防患于未然。

（三）溫控防裂研究現(xiàn)狀

在混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方面，充分研究邊界條件、當(dāng)?shù)氐臍鉁亍⑺疁?、地溫分布?guī)律，選擇合理的結(jié)構(gòu)形式、分縫分塊，從而在結(jié)構(gòu)上提高了混凝土的抗裂性能；在混凝土原材料選擇與配合比設(shè)計(jì)方面，主要是通過選擇低熱水泥摻用優(yōu)質(zhì)摻合料和外加劑，從而使混凝土具有較高的抗裂能力；混凝土骨料預(yù)冷方面，主要是水冷加風(fēng)冷和二次風(fēng)冷兩種方式。在混凝土運(yùn)輸、澆筑過程中的保溫措施方面基本成熟，關(guān)鍵在于管理與落實(shí)，確保效果；混凝土初期冷卻方面，冷卻水管材料由金屬管發(fā)展為高密度聚乙烯塑料管，塑料管雖然傳熱效果比金屬管稍差，但易于安裝，成本較低，通過延長(zhǎng)通水時(shí)間可達(dá)到預(yù)期效果；在施工管理方面，充分利用計(jì)算機(jī)技術(shù)，對(duì)施工過程進(jìn)行仿真，優(yōu)化施工程序，合理安排與調(diào)整施工計(jì)劃，從而達(dá)到合理、有序施工，利用低溫季節(jié)澆筑基礎(chǔ)部位混凝土，薄層、短間歇、均勻連續(xù)上升，從而有效地防止裂縫的產(chǎn)生。

（四）施工中的溫控措施

溫控防裂是一項(xiàng)系統(tǒng)的復(fù)雜的工作，首先要做好科學(xué)的規(guī)劃，合理的安排，制定出符合現(xiàn)場(chǎng)條件的施工措施，然后嚴(yán)格按照施工措施的要求，控制好混凝土施工的各道工序，嚴(yán)防威脅水工混凝土安全的裂縫出現(xiàn)。

重慶彭水水電站右岸引水發(fā)電系統(tǒng)的進(jìn)水塔混凝土工程施工期間當(dāng)?shù)刈罡邭鉁爻^40℃，施工方在混凝土澆筑前深入分析現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，制定出合理的施工措施，施工過程中嚴(yán)格執(zhí)行各項(xiàng)溫控措施。最后進(jìn)水塔沒有出現(xiàn)一條溫度裂縫，施工過程中的溫控措施非常成功。

1.綜合管理

（1）避開高溫時(shí)段

一般水工建筑物規(guī)模大，施工時(shí)間長(zhǎng)，野外作業(yè)受環(huán)境影響大。為了減少惡劣的環(huán)境給施工帶來的負(fù)面影響，在施工之前應(yīng)充分考慮各個(gè)不利因素?；炷翝仓诳傮w規(guī)劃上應(yīng)盡量避開夏季高溫時(shí)期，高峰期不規(guī)劃在暑熱季節(jié)，重要部位選擇在陰天，雨后等氣溫相對(duì)較低的時(shí)段施工。整體上混凝土澆筑應(yīng)避開中午高溫時(shí)段，選擇在下午氣溫回落時(shí)開倉，利用夜班，爭(zhēng)取次日上午收倉。

（2）合理安排倉位

在倉面的安排上也要充分利用現(xiàn)有資源分析最大入倉強(qiáng)度，劃分出大小合理的倉面，使混凝土的澆筑少受高溫的影響。

（3）分析及合理利用資源

充分利用資源，各環(huán)節(jié)密切配合，加快施工速度。高溫季節(jié)上層混凝土覆蓋時(shí)間不宜超過2h。

彭水進(jìn)水塔各倉面大小為400m3～1200m3，備好倉之后安排在下午4點(diǎn)到5點(diǎn)開倉，根據(jù)不同倉號(hào)高程，采用門機(jī)吊罐、泵送和溜槽等入倉手段，合理調(diào)配各項(xiàng)資源，各工種密切配合，一般能在次日10點(diǎn)之前收倉，很好得避開了中午的高溫時(shí)段。

2.施工溫控措施

實(shí)際施工當(dāng)中一般是工期緊，任務(wù)重，施工方不得不面對(duì)高溫?zé)崂说炔焕蛩?。這就要求混凝土施工的各環(huán)節(jié)采取溫控措施。

（1）配合比設(shè)計(jì)

在混凝土配合比的設(shè)計(jì)上首先要滿足設(shè)計(jì)的強(qiáng)度及抗?jié)B抗凍要求，其次在選材上要優(yōu)先選用熱膨脹系數(shù)較低的砂石料，發(fā)熱量低的中熱硅酸鹽水泥或低熱礦渣硅酸鹽水泥。配料上選擇較優(yōu)的骨料級(jí)配，摻粉煤灰、外加劑以減少水泥用量，從而減少和延緩水化熱的發(fā)生。

根據(jù)實(shí)際施工中的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)可知：采用發(fā)熱量低的水泥和減少水泥用量是減少水化熱最有效的方法。具體有以下幾個(gè)方面：1）骨料選用較大粒徑，改善骨料級(jí)配。2）采用低流態(tài)混凝土，各種級(jí)配下不同坍落度的水泥用量應(yīng)通過實(shí)驗(yàn)確定。實(shí)驗(yàn)表明，通常情況一方混凝土每增加一個(gè)級(jí)配可減少水泥用量20～40kg，每降低1cm坍落度可減少水泥用量4～6kg。3）加摻合料，在混凝土中加粉煤灰等摻合料可減少水泥用量，減少的水化熱與摻合料的品種和用量有關(guān)。4）加外加劑，在混凝土中添加減水劑等外加劑可改善混凝土性能，減少水化熱的發(fā)生。

（2）拌合

拌合階段溫控主要目的是降低出機(jī)口溫度，主要方法有骨料預(yù)冷和加冰拌合。

拌合前各種原材料的溫度決定了混凝土出機(jī)口的溫度，而拌合機(jī)本身所產(chǎn)生的熱量很少，一般小型拌合樓都可以忽略。要降低出機(jī)口溫度，就必須降低各種原材料的溫度。在實(shí)際生產(chǎn)當(dāng)中，一般對(duì)粗骨料和拌合用水采取降溫措施，而混凝土中的水泥、外加劑所占比例不大，如果對(duì)其預(yù)冷的話，不僅效果不明顯，而且會(huì)增加很多繁瑣的工序，也是很不經(jīng)濟(jì)的。砂一般也不進(jìn)行降溫處理，如有特別需要的，可采用真空氣化冷卻等方法，但效果都不明顯。

骨料預(yù)冷通常有水冷法、風(fēng)冷法和真空氣化冷卻法，水冷法又分浸水冷卻和噴水冷卻。水冷法工藝簡(jiǎn)單，但是需要占用較多施工場(chǎng)地，且骨料含水率發(fā)生變化，給混凝土水灰比控制帶來一定難度。另外由于冷卻水溫度一般在4～5℃，骨料冷卻不能大幅度降低。風(fēng)冷法一般不存在改變骨料含水率的問題，且冷卻風(fēng)溫度可以達(dá)-5℃左右，能大幅度降低骨料溫度，但是風(fēng)冷法冷卻時(shí)間較長(zhǎng)，影響拌合樓生產(chǎn)效率。真空氣化冷卻法雖然冷卻效果好，效率高，但是工藝復(fù)雜，所需設(shè)備多。實(shí)際當(dāng)中可結(jié)合水冷、風(fēng)冷法使用。

當(dāng)采取骨料預(yù)冷后仍然不能滿足要求時(shí)，可用冰屑代替一部分拌合用水，這就是加冰拌合。加冰拌合的關(guān)鍵是要讓冰屑在拌合的過程中完全融化吸熱，且拌合之后要注意混凝土保溫隔熱。如冰屑提前融化則減小降溫效果，融化不盡則會(huì)影響混凝土質(zhì)量。實(shí)際生產(chǎn)當(dāng)中冰屑粒徑一般控制在 2～3cm。冰屑在拌合過程中融化將吸收 335kJ/kg的熱量，從而進(jìn)一步降低混凝土的出機(jī)口溫度。

（3）運(yùn)輸

采用混凝土罐車運(yùn)輸時(shí)可對(duì)混凝土罐外壁灑水降溫，平板車可設(shè)遮陽篷避免混凝土被陽光直射。皮帶機(jī)等設(shè)備可設(shè)遮陽篷，或設(shè)置在通風(fēng)低溫廊道等部位。減少混凝土轉(zhuǎn)運(yùn)次數(shù)，提高各機(jī)械設(shè)備效率均可有效防止混凝土運(yùn)輸過程中溫升過大。

彭水進(jìn)水塔混凝土施工采用購買合格的預(yù)冷商品混凝土的方式，使用增設(shè)了遮陽篷的平板車或罐車運(yùn)輸至施工現(xiàn)場(chǎng)，其中罐車是在旋轉(zhuǎn)的混凝土罐上部固定濕潤(rùn)的棉布來降低混凝土罐的表面溫度。

（4）澆筑

澆筑過程可采取遮陽設(shè)施、噴霧等措施降低倉面小環(huán)境溫度，混凝土澆筑之后及時(shí)用保溫被遮蓋，避免陽光直射。

彭水進(jìn)水塔在高溫季節(jié)施工時(shí)，采用功率達(dá)75kw，壓力控制在 30～40mpa的沖毛機(jī)共兩把沖毛槍對(duì)倉面噴霧，混凝土澆筑之后馬上用保溫被覆蓋，降溫效果非常明顯。

（5）通水

初期通水是為了削減澆筑層水化熱，一般采用6～8℃的制冷水，采用河水效果較差，通水時(shí)間10～15d，在混凝土收倉時(shí)開始通水，單根水管通水流量不小于18L/min。每日改變通水的方向，使混凝土內(nèi)部溫度均勻降低。

中期通水是削減混凝土內(nèi)外溫差的有效措施。在氣溫年變化的影響下，高溫季節(jié)澆筑的混凝土內(nèi)部熱量大，適當(dāng)?shù)闹衅谕ㄋ蓽p少混凝土內(nèi)外溫差。

后期通水的作用是使被橫縫劃分的混凝土柱狀塊在施工期強(qiáng)迫冷卻至穩(wěn)定溫度(設(shè)計(jì)封拱灌漿溫度)，以便使經(jīng)溫度和自身體積變形而張開的接縫采用水泥漿灌注密實(shí)后，恢復(fù)混凝土整體性。

各期通水冷卻水管的埋設(shè)，應(yīng)互相結(jié)合、優(yōu)化布置。

根據(jù)設(shè)計(jì)要求，彭水進(jìn)水塔底板需要布設(shè)冷卻水管通冷卻水對(duì)混凝土進(jìn)行降溫。分為初期通水和中期通水。初期冷卻：當(dāng)冷卻水管全部被混凝土覆蓋后開始通系統(tǒng)水，根據(jù)混凝土澆筑后的氣溫通水時(shí)間10～15d。單根水管流量18L/min。冷卻時(shí)混凝土日降溫幅度不超過 1℃，水流方向每天改變一次，使混凝土塊體均勻冷卻。中期冷卻：9月初開始對(duì)5月澆筑的塊體進(jìn)行冷卻,10月初開始對(duì)4月澆筑的塊體進(jìn)行冷卻。中期通水采用江水或清潔的基坑水，通水時(shí)間1.5～2.5月，以混凝土塊體溫度達(dá)到20～22℃為準(zhǔn)，單根水管流量達(dá)15～20L/min。

（6）養(yǎng)護(hù)及表面保護(hù)

混凝土表面流水養(yǎng)護(hù)也是降低混凝土最高溫度的有效措施之一，可根據(jù)各個(gè)不同部位的現(xiàn)場(chǎng)情況制定出合理的養(yǎng)護(hù)措施，以達(dá)到降溫的目的。

大體積混凝土產(chǎn)生的部分表面裂縫會(huì)發(fā)育成深層裂縫或貫穿裂縫，直接影響結(jié)構(gòu)的安全，危害極大。

引起表面裂縫的成因主要是干縮和溫度應(yīng)力。干縮引起的表層裂縫一般較短淺，可通過及時(shí)養(yǎng)護(hù)預(yù)防。而氣溫變化、水化熱、初始溫差均會(huì)引起溫度應(yīng)力。為了解決由于氣溫突然變化引起的溫度應(yīng)力，需要對(duì)混凝土表面進(jìn)行保護(hù)。

彭水進(jìn)水塔在每次混凝土澆筑完成之后對(duì)水平施工縫采取灑水養(yǎng)護(hù)，在塔體周邊布置帶小孔的水管，對(duì)立面進(jìn)行流水養(yǎng)護(hù)。冬季來臨之前在塔體立面鋪設(shè)保溫被，以達(dá)到表面保護(hù)防裂的目的。

（五）結(jié)語

以上結(jié)合實(shí)際對(duì)混凝土的施工期溫控措施作了初步探討，雖然學(xué)術(shù)界對(duì)于混凝土裂縫的成因和計(jì)算方法有不同的理論，但對(duì)于具體的預(yù)防和改善措施意見還是比較統(tǒng)一，同時(shí)在實(shí)踐中的應(yīng)用效果也是比較好的。具體施工中要靠我們多觀察、多比較，出現(xiàn)問題后多分析、多總結(jié)，結(jié)合多種預(yù)防處理措施，混凝土的裂縫是完全可以避免的。

TV431

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1008-1151(2011)04-0100-02

2011-01-21

周賢慶（1982－），男，四川成都人，中國水利水電第七工程局有限公司助理工程師。