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生裂縫原因，但溫度才是主要原因。文章結合重慶彭水水電站右岸引水系統進水塔混凝土施工的溫控措施分析研究在施工中各環節的溫控防裂措施，從而達到不產生和少產生裂縫的目的。

水工混凝土；溫度控制；防裂措施

（一）水工混凝土特點

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部溫度急劇上升，熱量散發慢，引起混凝土膨脹變形。此時混凝土的彈性模量小，因而在升溫過程中由于基礎約束，混凝土膨脹變形產生的壓應力很小，往往可以忽略不計。隨著齡期的增長，水化熱逐漸減少，混凝土強度及彈性模量逐漸增大，而此時混凝土溫度逐漸降低，混凝土發生收縮變形時受到基礎約束就會產生很大的拉應力。因大體積混凝土在后期降溫的拉應力很大，而抗拉強度往往只有抗壓強度的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力的能力很低。當拉應力(或拉伸應變)超過混凝土抗拉強度(或極限拉伸值)時就會產生溫度裂縫。

（二）裂縫的類型、產生原因及危害

大體積混凝土發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、基礎貫穿裂縫、網狀裂縫、劈頭縫等。

大體積混凝土產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構形式不合理等。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上可以補救，但在施工當中費工、費時還耗費財力物力，處理之后還會留下薄弱環節，難以根治。所以對溫度裂縫應該在設計和施工當中加強溫度控制和混凝土的質量管理，防患于未然。

（三）溫控防裂研究現狀

在混凝土結構設計方面，充分研究邊界條件、當地的氣溫、水溫、地溫分布規律，選擇合理的結構形式、分縫分塊，從而在結構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計方面，主要是通過選擇低熱水泥摻用優質摻合料和外加劑，從而使混凝土具有較高的抗裂能力；混凝土骨料預冷方面，主要是水冷加風冷和二次風冷兩種方式。在混凝土運輸、澆筑過程中的保溫措施方面基本成熟，關鍵在于管理與落實，確保效果；混凝土初期冷卻方面，冷卻水管材料由金屬管發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，通過延長通水時間可達到預期效果；在施工管理方面，充分利用計算機技術，對施工過程進行仿真，優化施工程序，合理安排與調整施工計劃，從而達到合理、有序施工，利用低溫季節澆筑基礎部位混凝土，薄層、短間歇、均勻連續上升，從而有效地防止裂縫的產生。

（四）施工中的溫控措施

溫控防裂是一項系統的復雜的工作，首先要做好科學的規劃，合理的安排，制定出符合現場條件的施工措施，然后嚴格按照施工措施的要求，控制好混凝土施工的各道工序，嚴防威脅水工混凝土安全的裂縫出現。

重慶彭水水電站右岸引水發電系統的進水塔混凝土工程施工期間當地最高氣溫超過40℃，施工方在混凝土澆筑前深入分析現場實際情況，制定出合理的施工措施，施工過程中嚴格執行各項溫控措施。最后進水塔沒有出現一條溫度裂縫，施工過程中的溫控措施非常成功。

1.綜合管理

（1）避開高溫時段

一般水工建筑物規模大，施工時間長，野外作業受環境影響大。為了減少惡劣的環境給施工帶來的負面影響，在施工之前應充分考慮各個不利因素?；炷翝仓诳傮w規劃上應盡量避開夏季高溫時期，高峰期不規劃在暑熱季節，重要部位選擇在陰天，雨后等氣溫相對較低的時段施工。整體上混凝土澆筑應避開中午高溫時段，選擇在下午氣溫回落時開倉，利用夜班，爭取次日上午收倉。

（2）合理安排倉位

在倉面的安排上也要充分利用現有資源分析最大入倉強度，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，各環節密切配合，加快施工速度。高溫季節上層混凝土覆蓋時間不宜超過2h。

彭水進水塔各倉面大小為400m3～1200m3，備好倉之后安排在下午4點到5點開倉，根據不同倉號高程，采用門機吊罐、泵送和溜槽等入倉手段，合理調配各項資源，各工種密切配合，一般能在次日10點之前收倉，很好得避開了中午的高溫時段。

2.施工溫控措施

實際施工當中一般是工期緊，任務重，施工方不得不面對高溫熱浪等不利因素。這就要求混凝土施工的各環節采取溫控措施。

（1）配合比設計

在混凝土配合比的設計上首先要滿足設計的強度及抗滲抗凍要求，其次在選材上要優先選用熱膨脹系數較低的砂石料，發熱量低的中熱硅酸鹽水泥或低熱礦渣硅酸鹽水泥。配料上選擇較優的骨料級配，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生。

根據實際施工中的實驗數據可知：采用發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。具體有以下幾個方面：1）骨料選用較大粒徑，改善骨料級配。2）采用低流態混凝土，各種級配下不同坍落度的水泥用量應通過實驗確定。實驗表明，通常情況一方混凝土每增加一個級配可減少水泥用量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。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，減少水化熱的發生。

（2）拌合

拌合階段溫控主要目的是降低出機口溫度，主要方法有骨料預冷和加冰拌合。

拌合前各種原材料的溫度決定了混凝土出機口的溫度，而拌合機本身所產生的熱量很少，一般小型拌合樓都可以忽略。要降低出機口溫度，就必須降低各種原材料的溫度。在實際生產當中，一般對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，如果對其預冷的話，不僅效果不明顯，而且會增加很多繁瑣的工序，也是很不經濟的。砂一般也不進行降溫處理，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。

骨料預冷通常有水冷法、風冷法和真空氣化冷卻法，水冷法又分浸水冷卻和噴水冷卻。水冷法工藝簡單，但是需要占用較多施工場地，且骨料含水率發生變化，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。風冷法一般不存在改變骨料含水率的問題，且冷卻風溫度可以達-5℃左右，能大幅度降低骨料溫度，但是風冷法冷卻時間較長，影響拌合樓生產效率。真空氣化冷卻法雖然冷卻效果好，效率高，但是工藝復雜，所需設備多。實際當中可結合水冷、風冷法使用。

當采取骨料預冷后仍然不能滿足要求時，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，融化不盡則會影響混凝土質量。實際生產當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，從而進一步降低混凝土的出機口溫度。

（3）運輸

采用混凝土罐車運輸時可對混凝土罐外壁灑水降溫，平板車可設遮陽篷避免混凝土被陽光直射。皮帶機等設備可設遮陽篷，或設置在通風低溫廊道等部位。減少混凝土轉運次數，提高各機械設備效率均可有效防止混凝土運輸過程中溫升過大。

彭水進水塔混凝土施工采用購買合格的預冷商品混凝土的方式，使用增設了遮陽篷的平板車或罐車運輸至施工現場，其中罐車是在旋轉的混凝土罐上部固定濕潤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施、噴霧等措施降低倉面小環境溫度，混凝土澆筑之后及時用保溫被遮蓋，避免陽光直射。

彭水進水塔在高溫季節施工時，采用功率達75kw，壓力控制在 30～40mpa的沖毛機共兩把沖毛槍對倉面噴霧，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，通水時間10～15d，在混凝土收倉時開始通水，單根水管通水流量不小于18L/min。每日改變通水的方向，使混凝土內部溫度均勻降低。

中期通水是削減混凝土內外溫差的有效措施。在氣溫年變化的影響下，高溫季節澆筑的混凝土內部熱量大，適當的中期通水可減少混凝土內外溫差。

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迫冷卻至穩定溫度(設計封拱灌漿溫度)，以便使經溫度和自身體積變形而張開的接縫采用水泥漿灌注密實后，恢復混凝土整體性。

各期通水冷卻水管的埋設，應互相結合、優化布置。

根據設計要求，彭水進水塔底板需要布設冷卻水管通冷卻水對混凝土進行降溫。分為初期通水和中期通水。初期冷卻：當冷卻水管全部被混凝土覆蓋后開始通系統水，根據混凝土澆筑后的氣溫通水時間10～15d。單根水管流量18L/min。冷卻時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5月澆筑的塊體進行冷卻,10月初開始對4月澆筑的塊體進行冷卻。中期通水采用江水或清潔的基坑水，通水時間1.5～2.5月，以混凝土塊體溫度達到20～22℃為準，單根水管流量達15～20L/min。

（6）養護及表面保護

混凝土表面流水養護也是降低混凝土最高溫度的有效措施之一，可根據各個不同部位的現場情況制定出合理的養護措施，以達到降溫的目的。

大體積混凝土產生的部分表面裂縫會發育成深層裂縫或貫穿裂縫，直接影響結構的安全，危害極大。

引起表面裂縫的成因主要是干縮和溫度應力。干縮引起的表層裂縫一般較短淺，可通過及時養護預防。而氣溫變化、水化熱、初始溫差均會引起溫度應力。為了解決由于氣溫突然變化引起的溫度應力，需要對混凝土表面進行保護。

彭水進水塔在每次混凝土澆筑完成之后對水平施工縫采取灑水養護，在塔體周邊布置帶小孔的水管，對立面進行流水養護。冬季來臨之前在塔體立面鋪設保溫被，以達到表面保護防裂的目的。

（五）結語

以上結合實際對混凝土的施工期溫控措施作了初步探討，雖然學術界對于混凝土裂縫的成因和計算方法有不同的理論，但對于具體的預防和改善措施意見還是比較統一，同時在實踐中的應用效果也是比較好的。具體施工中要靠我們多觀察、多比較，出現問題后多分析、多總結，結合多種預防處理措施，混凝土的裂縫是完全可以避免的。

TV431

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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。