大體積混凝土養(yǎng)護(hù)期的降溫措施

趙保山 廣東省水利水電第三工程局有限公司工程師

混凝土裂縫是施工建設(shè)過程中最為常見的問題，也是最為嚴(yán)重的質(zhì)量缺陷?；炷亮芽p的出現(xiàn)時(shí)間大多集中在施工建設(shè)階段，其成因復(fù)雜多變，一直以來受到業(yè)界人士和業(yè)主的廣泛關(guān)注。通過對(duì)大體積混凝土裂縫出現(xiàn)的原因進(jìn)行分析，可以發(fā)現(xiàn)在養(yǎng)護(hù)期降溫工作的重要性。大體積混凝土裂縫的控制措施主要為溫度控制，大體積混凝土在凝結(jié)過程中會(huì)產(chǎn)生大量的水泥水化熱，導(dǎo)致內(nèi)外結(jié)構(gòu)溫差較大，從而形成裂縫。大面積混凝土澆筑工程完成之后必須做好溫控保護(hù)工作，將溫差控制在科學(xué)范圍內(nèi)，從而解決因溫度差異而產(chǎn)生的應(yīng)力裂縫問題。

1 工程概況

在北江(韶關(guān)至烏石）航道擴(kuò)能升級(jí)工程中，濛浬樞紐二線船閘工程位于廣東省韶關(guān)南部，當(dāng)?shù)啬昶骄鶜鉁剌^高，夏熱冬冷，霜小雪稀，雨期較長，秋季臺(tái)風(fēng)較為頻繁，春天霧較多。多年平均氣溫20.3℃，極端最高氣溫42.0℃，極端最低氣溫-4.3℃，年平均氣溫20.8℃，最熱為7～8月，平均氣溫29.2℃，最冷在1月，平均氣溫8.8℃。

上閘首平面外輪廓尺寸為40.5m×51.0m（長×寬），為整體式結(jié)構(gòu)。船閘上閘首中間底板閘門前段底板高32.82m，底板厚4.0m，頂板高36.82m，底板、邊墩輸水廊道分流墻砼等級(jí)C25（一級(jí)配），輸水廊道周邊1m范圍內(nèi)砼等級(jí)C30（一級(jí)配）。

2 溫度裂縫產(chǎn)生原因

由于溫差造成的收縮裂縫主要是混凝土水化反應(yīng)后，混凝土內(nèi)部的溫度升高，而混凝土凝結(jié)硬化后內(nèi)部水化熱的程度會(huì)下降，進(jìn)而導(dǎo)致混凝土溫度由升高變?yōu)榻档?，從而出現(xiàn)收縮問題。如果溫差較大，就會(huì)導(dǎo)致混凝土的內(nèi)部和外部出現(xiàn)熱脹冷縮，使得混凝土表面發(fā)生應(yīng)力變化，在應(yīng)力的作用下，如果超出混凝土強(qiáng)度，就會(huì)導(dǎo)致混凝土的表面出現(xiàn)裂縫[1]。這就意味著由于溫度出現(xiàn)的收縮裂縫現(xiàn)象往往在混凝土的后期養(yǎng)護(hù)中出現(xiàn)。

現(xiàn)有的施工調(diào)查表明，溫度應(yīng)力的形成可分為三個(gè)時(shí)間段：第一階段，從混凝土澆筑施工開始，持續(xù)到混凝土放熱，時(shí)長約為30天左右，此時(shí)，混凝土中的液體大量蒸發(fā)，導(dǎo)致水化熱上升。第二階段，混凝土的放熱結(jié)束，混凝土內(nèi)部溫度冷卻至穩(wěn)定狀態(tài)，此時(shí)，外界的氣溫與混凝土內(nèi)部的氣溫共同作用，導(dǎo)致各種應(yīng)力與殘余應(yīng)力相互疊加，形成彈性模量的變化。但就整體施工質(zhì)量來說，彈性模量的變化幅度并不明顯。第三階段，混凝土已經(jīng)完全冷卻，外界溫度的變化導(dǎo)致混凝土內(nèi)部溫度變化，產(chǎn)生應(yīng)力，從而與前兩種剩余的應(yīng)力互相作用，導(dǎo)致混凝土出現(xiàn)不同程度的開裂問題。

一般來說，水泥水化產(chǎn)生的熱量與水泥用量成正比，整體施工用量越大，水化產(chǎn)生的熱量越無法散發(fā)。加之水泥是一種不良導(dǎo)體，其內(nèi)部溫度會(huì)伴隨著水化熱的不斷聚集而升高，導(dǎo)致水泥內(nèi)部與外部之間的溫差擴(kuò)大。此時(shí)，溫度應(yīng)力不斷上升，一旦溫度應(yīng)力超出混凝土的最大抗拉強(qiáng)度，混凝土表面必然會(huì)出現(xiàn)溫度裂縫，從而影響整體的結(jié)構(gòu)性和耐久性[2]。

3 溫度控制

做好溫控工作，才能在根源上解決溫度裂縫問題。必須將混凝土的最大溫度和溫度變化速度控制在一定的標(biāo)準(zhǔn)內(nèi)，確保因溫度變化而產(chǎn)生的應(yīng)力小于混凝土的最大抗拉強(qiáng)度，才能防止裂縫出現(xiàn)。

在混凝土澆筑完成后，做好混凝土的養(yǎng)護(hù)措施，使混凝土緩慢降溫。在混凝土溫升期采取人工冷卻方式降低其最高溫升，改變混凝土水化熱升溫，控制升溫溫度，充分發(fā)揮其徐變特性，合理控制溫度應(yīng)力，解決溫度裂縫問題。

因溫度應(yīng)力所引起的表面裂縫和貫穿裂縫是導(dǎo)致混凝土出現(xiàn)裂縫的主要問題。對(duì)因混凝土溫度應(yīng)力所產(chǎn)生的裂縫進(jìn)行有效防控，采用預(yù)埋冷水循環(huán)水管與鋪蓋麻袋養(yǎng)護(hù)相結(jié)合的方式控制和釋放溫度，可達(dá)到收縮應(yīng)力，從而達(dá)到控制裂縫的目的。

在大體積混凝土中埋設(shè)冷卻水管，依靠冷水降溫技術(shù)，將混凝土內(nèi)部結(jié)構(gòu)中的熱量排出，控制混凝土的內(nèi)外溫度差，降低混凝土應(yīng)力[3]。

大體積混凝土若降溫速度過快，其徐變性質(zhì)必然會(huì)受到影響，整體的應(yīng)力松弛效應(yīng)無法發(fā)揮出來，混凝土就會(huì)出現(xiàn)彈性脆裂問題。合理控制降溫速度，保證降溫時(shí)間，控制養(yǎng)護(hù)速度，能夠有效控制混凝土的收縮問題。對(duì)于已經(jīng)完成澆筑的混凝土，必須進(jìn)行實(shí)時(shí)測溫，及時(shí)了解混凝土溫度數(shù)據(jù)與變化曲線，根據(jù)分析結(jié)果及時(shí)調(diào)整降溫措施。

3.1 溫控標(biāo)準(zhǔn)

（1）混凝土澆筑塊體的里表溫差不宜＞25°C；（2）混凝土內(nèi)部最高溫度不高于70℃；（3）混凝土澆注體的降溫速度以2℃/h為宜，在澆筑時(shí)，必須保障表面溫度與大氣溫度的溫差＜20°C，避免因溫差過大引發(fā)裂縫問題。

在大體積混凝土澆筑前，在混凝土內(nèi)部均勻埋設(shè)冷卻管，冷卻管采用外徑40mm、壁厚2.5mm的鋼管，底板埋設(shè)2層循環(huán)水管，水管固定在鋼筋支架上，循環(huán)水管水平間距為2m，距結(jié)構(gòu)邊緣2m，S型盤繞，兩層之間間距為1.5m。上下2層之間相互錯(cuò)開布置，共分為6個(gè)回路，各回路間進(jìn)出水管各自獨(dú)立，每個(gè)回路進(jìn)水端及出水端均裝有控制閥門，根據(jù)測溫?cái)?shù)據(jù)調(diào)整冷卻水循環(huán)的速度。冷卻管回水系統(tǒng)安裝完成后，將進(jìn)出水管口、水泵連通進(jìn)行通水試驗(yàn)，檢查回水管道是否有漏水現(xiàn)象，如發(fā)現(xiàn)絲口漏水，應(yīng)擰緊接頭并用防水膠帶進(jìn)行封堵，確保管道連接頭密封完好，注水時(shí)管道通暢。

測溫管（局部可以利用預(yù)埋在底板的固結(jié)灌漿鋼管）從邊墩圍繞長邊和短板進(jìn)行布置，并在不同的測溫點(diǎn)之間預(yù)留4～5m的測量距離。施工單位必須預(yù)先設(shè)計(jì)測溫孔，將其設(shè)計(jì)在底板內(nèi)，確保其與板頂保持10cm的差距，并固定在底板筋上。上端開口用透明膠帶封閉，下端開口用鋼板封閉，避免澆筑時(shí)混凝土砂漿流入，造成堵塞[4]。

預(yù)埋溫度傳感器，傳感器連接溫度采集模塊（海創(chuàng)HC－TW80混凝土無線測溫儀），每個(gè)溫度采集模塊連接8個(gè)傳感器（測溫點(diǎn)），溫度采集模塊無線傳輸數(shù)據(jù)到個(gè)人計(jì)算機(jī)。

3.2 混凝土溫度控制措施

混凝土初凝前按設(shè)計(jì)標(biāo)高用鋁條刮平，混凝土終凝前用抹光機(jī)收面，局部邊角部位和預(yù)埋件周圍采用人工收面，然后鋪蓋塑料薄膜和麻袋，澆水保持混凝土表面的濕潤。在養(yǎng)護(hù)期間對(duì)混凝土表面干濕情況和溫差進(jìn)行監(jiān)測，當(dāng)混凝土表面與環(huán)境最大溫差＜20℃時(shí)，可全部拆除保溫覆蓋層。

本工程大體積混凝土冷卻水源為北江水，通過潛水泵和水管抽進(jìn)蓄水池形成供水系統(tǒng)。通過泵送循環(huán)冷卻水管回水系統(tǒng)流動(dòng)的冷卻水帶走混凝土內(nèi)部熱量，降低混凝土的溫度，從混凝土內(nèi)冷卻管中流出的水再次收集至集水坑內(nèi)，利用降溫后升高的水溫進(jìn)行砼養(yǎng)護(hù)，減少砼內(nèi)外溫差。

混凝土內(nèi)外溫度、降溫速率、進(jìn)出水管溫度的有關(guān)測試應(yīng)該與環(huán)境溫度測試活動(dòng)同步開展，一般以混凝土澆筑后的12h為宜。如果混凝土升溫，應(yīng)每2h測量1次，若是混凝土降溫，則需要4h測量1次。在溫度穩(wěn)定之后的3～5d，每8h進(jìn)行測量。確定內(nèi)部溫度保持穩(wěn)定，與大氣溫度的最低溫度差低于15℃時(shí)，才能結(jié)束測溫工作。

混凝土要在初凝后、終凝前進(jìn)行通水降溫，為了保障熱量的順利排出，降溫時(shí)間不得少于7d，降溫所用的循環(huán)水應(yīng)該在循環(huán)12h之后調(diào)整方向，保障熱量均勻排出。從大體積混凝土內(nèi)部進(jìn)行溫度控制。

通過持續(xù)有效的溫控監(jiān)測，建立全面的預(yù)警和快速反應(yīng)機(jī)制，掌握溫控工作的主動(dòng)權(quán)，使其始終保持受控狀態(tài)。在測溫過程中，只有混凝土最高溫度與表層溫度之間的溫度差＜15℃時(shí)才能暫時(shí)停止循環(huán)水作業(yè)。在暫停的過程中，必須對(duì)混凝土最高溫度以及表層溫度差進(jìn)行測控，如果溫差高于25℃，必須重新啟動(dòng)循環(huán)水，對(duì)混凝土進(jìn)行冷卻[5]。

大體積混凝土養(yǎng)護(hù)完成后，對(duì)冷卻管內(nèi)進(jìn)行壓漿處理，提高混凝土結(jié)構(gòu)整體質(zhì)量。管道壓漿采用與混凝土同等強(qiáng)度的水泥砂漿灌注封孔，采用注漿泵壓漿，當(dāng)灌注一定量后，打開閘閥排除管內(nèi)空氣，關(guān)閉后直到灌滿為止，待水泥砂漿凝固后將伸出結(jié)構(gòu)的管道切割，用鋼板封堵管口后，用聚合物水泥砂漿修補(bǔ)平整。

4 結(jié)語

混凝土的養(yǎng)護(hù)質(zhì)量直接影響到混凝土澆筑的最終質(zhì)量，所以必須要做好散熱養(yǎng)護(hù)工作。循環(huán)水管散熱降溫養(yǎng)護(hù)措施的可操作性強(qiáng)，由被動(dòng)保溫的常規(guī)做法變?yōu)橹鲃?dòng)防控，降低了施工風(fēng)險(xiǎn)。第三方檢測單位對(duì)實(shí)體混凝土強(qiáng)度、耐久性、表觀質(zhì)量等性能進(jìn)行檢測，均符合相關(guān)設(shè)計(jì)規(guī)范要求，混凝土表面未見裂縫，表觀質(zhì)量良好。