水工混凝土溫控措施探討

劉秀

摘 要 工程實(shí)踐表明，不少水工混凝土結(jié)構(gòu)存在溫度變化導(dǎo)致的開裂現(xiàn)象，因此，在水工建筑物施工中，溫度控制是一個(gè)十分重要的工作和研究課題。本文將在介紹溫度變化對(duì)水工建筑造成危害的基礎(chǔ)上，分析進(jìn)行溫度控制的主要措施。

關(guān)鍵詞 水工混凝土；裂縫；溫控

到今天，混凝土已經(jīng)經(jīng)歷了160多年的發(fā)展歷史，它具有承載能力強(qiáng)、經(jīng)久耐用的優(yōu)點(diǎn)，是一種必不可少的建筑材料，在水利、交通、住宅等工程建設(shè)中得到廣泛使用。但是由于混凝土特有的化學(xué)性質(zhì)，使其在養(yǎng)護(hù)的過(guò)程能夠中很容易釋放出大量的熱，使得建筑物內(nèi)外溫差過(guò)大，溫度應(yīng)力使得建筑表面出現(xiàn)裂縫，影響美觀度的同時(shí)也會(huì)對(duì)建筑的使用壽命和耐久度產(chǎn)生不良影響。因此，進(jìn)行溫度控制，防止裂縫的形成和發(fā)展對(duì)水工建筑建設(shè)來(lái)講至關(guān)重要。

1 溫度變化對(duì)水工建筑物造成的危害

水工建筑物往往修建在大江大河上，根據(jù)河流的水位變化確定修建的時(shí)期，因此具有工程量大、工期緊張的特點(diǎn)，同時(shí)為了減少冷縫的出現(xiàn)，需要保證一定的澆筑速度。但是混凝土在凝結(jié)的過(guò)程中，需要釋放大量的水化熱，在較快的澆筑速度下，水化熱不能有效釋放出來(lái)，就會(huì)使建筑物內(nèi)外溫差加大，產(chǎn)生溫度應(yīng)力，當(dāng)溫度應(yīng)力超過(guò)了混凝土的抗拉強(qiáng)度，建筑物表面就會(huì)出現(xiàn)裂縫。根據(jù)寬度和深度，可以將裂縫分為細(xì)微裂縫、表面裂縫、貫穿裂縫三種，其中細(xì)微裂縫并不會(huì)對(duì)水工建筑物產(chǎn)生較大的破壞；表面裂縫較淺，但是存在演化為貫穿裂縫的可能性，同時(shí)對(duì)建筑物的抗腐蝕性能、抗冰凍性能產(chǎn)生一定的影響，需要采取措施進(jìn)行的修復(fù)；貫穿裂縫會(huì)對(duì)建筑物的整體受力情況造成影響，同時(shí)影響防滲效果，在水工建筑物投入使用之后可能會(huì)造成嚴(yán)重的事故災(zāi)害。

對(duì)水工建筑物來(lái)講，裂縫出現(xiàn)的位置最多、影響最大的部位主要有閘墩和壩體兩個(gè)結(jié)構(gòu)。以閘墩為例，北京永定河閘墩在設(shè)計(jì)及施工的過(guò)程中未考慮溫控因素，導(dǎo)致結(jié)構(gòu)在施工的過(guò)程中出現(xiàn)了很多裂縫，這些裂縫對(duì)整個(gè)閘門耐久度、防滲性能都產(chǎn)生了嚴(yán)重的影響。以壩體為例，美國(guó)利貝壩有7個(gè)壩段迎水面出現(xiàn)裂縫，并導(dǎo)致基礎(chǔ)廊道漏水，影響了整個(gè)壩體的安全性和穩(wěn)定性，我國(guó)國(guó)內(nèi)的三峽大壩在建設(shè)階段，也出現(xiàn)了嚴(yán)重的裂縫問(wèn)題。

由此可見，溫度變化所產(chǎn)生的裂縫在水工建筑物的建設(shè)過(guò)程中是十分普遍的，同時(shí)會(huì)對(duì)水工建筑物的整體性能產(chǎn)生影響，因此在水工建筑物施工過(guò)程中，需要采取措施減少溫度對(duì)建筑物主體的影響[1]。

2 水工建筑物混凝土施工過(guò)程中的溫控措施

借助有限元工具計(jì)算水工混凝土結(jié)構(gòu)的溫度場(chǎng)、應(yīng)力場(chǎng)是進(jìn)行溫控的最先進(jìn)方法，研究人員可以根據(jù)計(jì)算結(jié)果確定是否需要在設(shè)計(jì)及施工的過(guò)程中采取溫控措施以及怎樣的溫控措施，從而有效防止混凝土因?yàn)闇囟茸兓霈F(xiàn)裂縫。具體的混凝土溫控措施包括以下幾種：

2.1 降低混凝土發(fā)熱量

混凝土凝結(jié)過(guò)程中釋放的水化熱同混凝土水泥的用量、水泥的種類、骨料級(jí)配配比、是否使用外加劑有關(guān)。首先，根據(jù)水工建筑物不同結(jié)構(gòu)需要承載的應(yīng)力狀況對(duì)整體建筑物進(jìn)行分區(qū)，不同分區(qū)采用不同標(biāo)號(hào)的水泥，在保證建筑物強(qiáng)度承載力的同時(shí)降低水化熱。其次，采用流動(dòng)性低、坍落度小的干硬性混凝土，這種類型的混凝土含水量低，在滿足強(qiáng)度要求的同時(shí)能夠降低水化反應(yīng)的速度，從而起到減少水化熱的目的，基于這一要求，水工建筑物不易采用泵送混凝土澆筑，而應(yīng)當(dāng)使用吊空模板的施工方法。其次，改善骨料級(jí)配。對(duì)于大型水工建筑物工程，進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)，確定骨料級(jí)配和水泥用量，以減少單位體積水泥用量，降低水化熱。此外，還可以添加減水劑，在滿足混凝土強(qiáng)度要求的前提下，減少水泥用量，提高早期極限抗拉強(qiáng)度。

2.2 降低混凝土的入倉(cāng)溫度

混凝土澆筑過(guò)程中，要盡量避開環(huán)境溫度高的時(shí)間。盡量在春秋季澆筑，夏季施工時(shí)，選擇早晚澆筑，以降低入倉(cāng)溫度，減少溫度裂縫。此外，還可以采用加冰或加冰水拌和的方法，抵消水化熱和外界環(huán)境溫度過(guò)大帶來(lái)的影響。加冰的量會(huì)影響水化的速度，拖延工期，因此需要選擇合適的加冰量，平衡投資與質(zhì)量之間的關(guān)系。另外，還可以選擇預(yù)冷骨料的方式降低水化熱，預(yù)冷的方式有風(fēng)冷、水冷、真空汽化冷卻以及液氮冷卻。預(yù)冷的范圍僅限混凝土骨料，如果預(yù)冷水泥，會(huì)降低水泥性能，使混凝土強(qiáng)度達(dá)不到設(shè)計(jì)要求。

2.3 加速混凝土水化熱的消散速度

加速混凝土水化熱消散速度的方式主要有兩種。其一為自然散熱冷卻降溫的方法，該方法主要通過(guò)控制澆筑混凝土的方式來(lái)增大散熱面，起到降溫的效果，在澆筑的過(guò)程中，選擇薄層澆筑的方法，并適當(dāng)延長(zhǎng)澆筑的時(shí)間間隔，降低溫度升高的速度。在夏季高溫時(shí)段，如果已經(jīng)采用了骨料預(yù)冷的方法，也可以采用厚塊澆筑，這樣可以有效防止外界溫度過(guò)高而出現(xiàn)熱量倒流的現(xiàn)象，保證預(yù)冷效果。

加速混凝土水化熱消散速度的另一種常用方法為預(yù)埋水管冷卻。該方法在20世紀(jì)30年代胡佛重力壩的施工中首次得到應(yīng)用，目前已經(jīng)成為大體積混凝土施工中主要的溫控措施。水管冷卻的過(guò)程分為兩個(gè)階段，第一階段發(fā)生在混凝土初凝之后，或澆筑的過(guò)程中，目的在于降低水化熱造成的溫度峰值，第二個(gè)階段發(fā)生在水化熱基本消散完畢后，主要目的在于接縫灌漿或?yàn)榱丝刂苹炷羶?nèi)外溫差。

2.3 減少約束，抵消溫度應(yīng)力

對(duì)于水閘來(lái)講，可以采用減少約束的方式補(bǔ)償溫度變化對(duì)閘墩造成的破壞。首先要減少澆筑塊的長(zhǎng)度，澆筑塊越長(zhǎng)，則約束越大，越容易出現(xiàn)溫度裂縫，同時(shí)澆筑的均勻性很難控制，出現(xiàn)薄弱層的可能性就越大。因此閘墩的澆筑主要采用分塊澆筑的方法，在水化熱消散殆盡后使用膨脹混凝土進(jìn)行填充，填充的過(guò)程中需要控制澆筑層的厚度和間隔時(shí)間。此外，還可以通過(guò)添加膨脹劑來(lái)減小基礎(chǔ)約束區(qū)的約束作用，增加閘墩的預(yù)應(yīng)力，削弱溫度變化產(chǎn)生的溫度應(yīng)力，提高閘墩的抗裂性能[2]。

3 結(jié)束語(yǔ)

水工混凝土結(jié)構(gòu)因溫度變化出現(xiàn)裂縫是一種十分常見的現(xiàn)象，由于裂縫會(huì)對(duì)水工建筑物的性能產(chǎn)生不利影響，因此要在設(shè)計(jì)和施工的過(guò)程中采取必要的溫度控制措施，降低水化熱，減少溫度裂縫的產(chǎn)生。水工混凝土的溫控研究是一項(xiàng)復(fù)雜而困難的工作，目前的研究還尚未觸及根本，未來(lái)還要對(duì)很多問(wèn)題做進(jìn)一步的探索。

參考文獻(xiàn)

[1] 劉迪，于勇軍.大體積水工混凝土溫控措施的研究[J].黑龍江科技信息，2016，（15）：235.

[2] 王琳.談水工混凝土溫控防裂措施[J].民營(yíng)科技，2012，（10）：246.