淺談碾壓混凝土施工中溫度裂縫控制

陳漢軍

摘要：某水庫(kù)樞紐工程為拋物線薄壁混凝土雙曲拱壩，為確保碾壓混凝土施工質(zhì)量，除滿足設(shè)計(jì)強(qiáng)度、抗?jié)B、抗凍等級(jí)外，在施工期需嚴(yán)格控制混凝土凝固過(guò)程中水化熱引起的內(nèi)外溫差，防止溫度應(yīng)力造成混凝土裂縫。項(xiàng)目在施工期采取了一些技術(shù)措施進(jìn)行溫度控制，通過(guò)一系列措施使碾壓混凝土溫度應(yīng)力裂縫得到了很好的控制。

關(guān)鍵詞：碾壓混凝土;溫度應(yīng)力裂縫控制

1 溫度控制的目的

水工混凝土結(jié)構(gòu)應(yīng)用廣泛，混凝土裂縫的出現(xiàn)會(huì)導(dǎo)致混凝土結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度、安全性和耐久性顯著降低。為確?；炷潦┕べ|(zhì)量和強(qiáng)度等級(jí)，高溫季節(jié)正常施工的連續(xù)性，控制碾壓混凝土在凝固過(guò)程中水化熱引起的內(nèi)外溫差，防止因溫度應(yīng)力造成混凝土裂縫是施工中有待解決的關(guān)鍵性問(wèn)題。

2 混凝土溫度裂縫的成因

碾壓混凝土受施工環(huán)境、邊界約束、水化熱、混凝土質(zhì)量、混凝土性能指標(biāo)、施工管理水平等因素影響均可產(chǎn)生裂縫，但究其主要原因則是混凝土在受約束條件下，溫度拉應(yīng)力超過(guò)了混凝土的允許變形能力。根據(jù)溫度應(yīng)力（（1）自生應(yīng)力。邊界無(wú)約束或者完全靜止的結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)本身互相約束產(chǎn)生的應(yīng)力;（2）約束應(yīng)力。結(jié)構(gòu)的部分或者全部邊界受到外界的約束，不能自由變形產(chǎn)生的應(yīng)力。）從宏觀角度分析碾壓混凝土大壩開(kāi)裂主要分為以下幾類：（1）表面裂縫產(chǎn)生是因?yàn)楸砻婊炷帘葍?nèi)部混凝土降溫較快，壩體內(nèi)部和外部的變形不同產(chǎn)生約束差引起的;（2）壩面裂縫施工期因表面干縮、水平施工縫層間結(jié)合強(qiáng)度低。運(yùn)行期間因年度氣溫變幅的氣溫驟升驟降，導(dǎo)致裂縫產(chǎn)生;（3）貫穿裂縫主要是大壩在施工期壩體最高溫度下降到穩(wěn)定溫度，體積收縮變形受到邊界影響產(chǎn)生的。

3 混凝土溫度裂縫的防控措施

3.1 優(yōu)化配合比

混凝土中水和水泥的化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生大量水化熱，水化熱是產(chǎn)生溫度變化和溫度應(yīng)力的主要原因，導(dǎo)致混凝土內(nèi)外溫差過(guò)大，易引起混凝土裂縫。所以在混凝土配合比摻配過(guò)程中應(yīng)合理選擇水泥品種和用量。合理地選擇骨料、外加劑、摻合料，在滿足設(shè)計(jì)要求下減少膠凝材料用量，摻拌具有較強(qiáng)的抗裂強(qiáng)度的混凝土配合比，是減少水泥水化熱的主要因數(shù)。

3.2 降低混凝土入倉(cāng)溫度

碾壓混凝土溫差標(biāo)準(zhǔn)主要分為：基礎(chǔ)容許溫差、上下層允許溫差、混凝土內(nèi)外溫差。根據(jù)《碾壓混凝土壩設(shè)計(jì)規(guī)范（SL314—2004）》、某水庫(kù)樞紐工程碾壓混凝土施工澆筑塊最大邊長(zhǎng)，參照碾壓混凝土壩基礎(chǔ)允許溫差。按碾壓混凝土極限拉伸0.7×10-4折算，建議碾壓混凝土壩基礎(chǔ)允許溫差△T如表2所示。能確定洞河水庫(kù)大體積混凝土基礎(chǔ)強(qiáng)約束區(qū)混凝土容許溫差為14.5～12℃，弱約束區(qū)容許溫差為16.5～14.5℃?；A(chǔ)強(qiáng)約束區(qū)和弱約束區(qū)穩(wěn)定溫度為13.5℃左右。因此，本項(xiàng)目強(qiáng)約束區(qū)允許最高溫度分別為27.5℃和29.5℃。碾壓混凝土施工時(shí)，當(dāng)下層混凝土齡期超過(guò)28 d，其上層混凝土應(yīng)控制上下層溫差。上下層容許溫差是指在成型混凝土上面（齡期超過(guò)28 d）上下各L/4范圍內(nèi)，上層混凝土最高平均溫度與混凝土開(kāi)始澆筑時(shí)下層實(shí)際溫度之差，允許溫差為17℃。同時(shí)，澆筑成型的混凝土內(nèi)外溫差經(jīng)計(jì)算，本項(xiàng)目成型混凝土內(nèi)外溫差需控制在23℃以內(nèi)。

故降低混凝土入倉(cāng)口溫度滿足設(shè)計(jì)基礎(chǔ)容許溫差、上下層允許溫差、混凝土內(nèi)外溫差是避免混凝土開(kāi)裂的一項(xiàng)重要因素。在混凝土開(kāi)倉(cāng)前，首先對(duì)細(xì)骨料、粗骨料的儲(chǔ)存?zhèn)}的四周，混凝土攪拌站料斗、儲(chǔ)水箱、皮帶運(yùn)輸機(jī)、拌合站等整個(gè)拌和生產(chǎn)線采用遮陽(yáng)棚、防曬網(wǎng)，防止陽(yáng)光直射，減少陽(yáng)光直射造成的骨料升溫。同時(shí)，要求石料供應(yīng)商在高溫季節(jié)時(shí)段對(duì)砂石料場(chǎng)的粗骨料進(jìn)行覆蓋和噴淋降溫，同步將砂石料拉運(yùn)時(shí)間調(diào)整為夜間低溫時(shí)段，在開(kāi)倉(cāng)前先堆滿砂石骨料料倉(cāng)，并用挖機(jī)翻甩加高料堆，預(yù)防骨料倉(cāng)骨料內(nèi)部溫度上升。料倉(cāng)采用噴霧炮覆蓋粗骨料進(jìn)行降溫，在料堆上部空間形成水霧層，對(duì)骨料起到隔熱保溫作用，確保在外部溫度上升不會(huì)導(dǎo)致骨料溫度的上升。在拌合站出機(jī)口加裝冰塊風(fēng)機(jī)對(duì)在拌和機(jī)下方接料的自卸汽車內(nèi)的拌合用混凝土進(jìn)行降溫。其次混凝土拌合水抽取河道內(nèi)深水坑采集地下冷水作為混凝土拌和水，用雙層聚苯乙烯泡沫板對(duì)水罐進(jìn)行保溫。儲(chǔ)水罐溫度上升的情況下，在拌和水中加碎冰進(jìn)行拌和用水水溫調(diào)節(jié)，確保出機(jī)口拌制的混凝土溫度不大于碾壓混凝土壩基礎(chǔ)允許溫差△T、上下層允許溫差。

3.3 合理安排倉(cāng)面的澆筑層厚度

對(duì)于碾壓混凝土，澆筑層越薄，通過(guò)層面散失的熱量越多，溫升就越小。在采用預(yù)冷骨料時(shí)，混凝土澆筑溫度低于氣溫，這時(shí)熱量通過(guò)澆筑層面倒灌，混凝土溫度將回升，澆筑層越薄，回升越嚴(yán)重，從溫度控制角度考慮，澆筑層厚度應(yīng)使?jié)仓偵郎豑m=Tt+T1最小，Tt為水化熱溫升，T1為溫度回升。

3.4 合理安排施工時(shí)段

對(duì)于高溫季節(jié)來(lái)說(shuō)，碾壓混凝土層面間隔時(shí)間過(guò)長(zhǎng)容易引起質(zhì)量問(wèn)題，其他季節(jié)不會(huì)發(fā)生質(zhì)量問(wèn)題，其實(shí)不然。碾壓混凝土層面凝固時(shí)間，受外界環(huán)境影響，混凝土表面水分蒸發(fā)、表層水泥漿脫水、干硬、凝固，這些情況不僅僅會(huì)發(fā)生在炎熱的夏季，在其他季節(jié)強(qiáng)輻射天氣也會(huì)造成相應(yīng)質(zhì)量問(wèn)題。所以，在碾壓混凝土澆筑前必須查清施工時(shí)段的天氣情況，及時(shí)做好處理措施，在施工工期允許的情況下，安排夜間施工，白班施工時(shí)段在施工完成的碾壓混凝土表面覆蓋保溫被并加強(qiáng)內(nèi)部冷卻通水養(yǎng)護(hù)。

3.5 碾壓混凝土的快速施工

考慮施工進(jìn)度、質(zhì)量、安全，一般碾壓混凝土大壩施工均安排在冬春枯水季節(jié)，便于導(dǎo)流、外界環(huán)境溫度適宜。但若不能在一個(gè)枯水期完工時(shí)，大壩且具有一定導(dǎo)流能力時(shí)，不宜停止施工，因?yàn)橥９?fù)工間隔時(shí)間長(zhǎng)，新老混凝土表面約束應(yīng)力大，易產(chǎn)生裂縫。故加快澆筑速度，縮短層間間隔時(shí)間，不用太多考慮層面散熱問(wèn)題。因碾壓混凝土水化熱遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于常態(tài)混凝土，只要做好相應(yīng)降溫措施，則快速施工也是防止混凝土表面約束應(yīng)力產(chǎn)生導(dǎo)致裂縫產(chǎn)生的一種辦法。

3.6 小環(huán)境氣候的創(chuàng)造和施工機(jī)械合理地調(diào)配

在混凝土澆筑前，用地下水浸潤(rùn)倉(cāng)面，降低倉(cāng)面初始溫度，倉(cāng)面搭設(shè)遮陽(yáng)網(wǎng)棚，避免混凝土在入倉(cāng)前陽(yáng)光直射，造成混凝土溫度升高。并安排噴霧人員進(jìn)行倉(cāng)面噴霧，降低澆筑過(guò)程中的倉(cāng)面溫度，改變倉(cāng)面小環(huán)境，增加倉(cāng)內(nèi)濕度，減小VC值損失，減少混凝土在澆筑過(guò)程中的溫升。碾壓混凝土施工中及時(shí)溝通拌合站，合理調(diào)配碾壓混凝土運(yùn)輸車數(shù)量，縮短混凝土運(yùn)輸時(shí)間，避免混凝土在倉(cāng)外停留時(shí)間過(guò)長(zhǎng)導(dǎo)致溫度升高，并對(duì)自卸汽車和混凝土罐車進(jìn)行遮蓋灑水進(jìn)行保溫避免外界溫度升高后導(dǎo)致混凝土溫度升高;倉(cāng)面合理安排機(jī)械設(shè)備，加快混凝土層面的覆蓋速度和平倉(cāng)振搗速度，做到不堆料、壓料，提高混凝土澆筑強(qiáng)度。

3.7 混凝土澆筑后溫度控制措施

大壩混凝土冷卻水宜采用冷卻水降溫，當(dāng)冷卻水管上層混凝土覆蓋完成后開(kāi)始通水。管路中水的流速可控制在0.6 m/s左右，管中水流方向應(yīng)每24 h調(diào)換一次。在通水冷卻過(guò)程中，通過(guò)混凝土中埋設(shè)的安全檢測(cè)儀器對(duì)應(yīng)對(duì)每個(gè)澆筑塊混凝土的溫度進(jìn)行全過(guò)程的跟蹤，建立溫度—時(shí)間過(guò)程線，控制混凝土每天降溫不超過(guò)1℃，避免因降溫過(guò)快過(guò)大，產(chǎn)生混凝土內(nèi)部溫度應(yīng)力，造成混凝土裂縫。

4 結(jié)語(yǔ)

本文通過(guò)對(duì)已完成碾壓混凝土施工的某水庫(kù)樞紐工程溫度控制與裂縫資料分析，總結(jié)了碾壓混凝土溫控防裂及裂縫形成原因，對(duì)溫控防裂中的幾個(gè)問(wèn)題進(jìn)行分析，提出了一些可行的溫控措施。

參考文獻(xiàn)：

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