某水利工程大體積混凝土測溫試驗(yàn)分析

王 雷 董獻(xiàn)國 胡曉曼

（水利部淮委·安徽省水利科學(xué)研究院 蚌埠 233000）

大體積混凝土與普通混凝土的區(qū)別，表面上看是厚度不同，但實(shí)質(zhì)區(qū)別是由于混凝土中水泥水化會產(chǎn)生熱量，混凝土內(nèi)部熱量較難散發(fā)，外部表面熱量散發(fā)較快，內(nèi)部和外部熱脹冷縮的過程會在混凝土表面產(chǎn)生拉應(yīng)力。溫差到一定程度，混凝土表面拉應(yīng)力超過當(dāng)時(shí)的混凝土極限抗拉強(qiáng)度時(shí)，混凝土表面會產(chǎn)生有害裂縫，有時(shí)甚至產(chǎn)生貫穿裂縫。另外，混凝土硬化后隨溫度降低產(chǎn)生收縮，由于受到地基約束，會產(chǎn)生很大的外約束力，當(dāng)其超過當(dāng)時(shí)混凝土的極限抗拉強(qiáng)度時(shí)，也會產(chǎn)生裂縫。

為了解大體積混凝土內(nèi)部由于水化熱引起的溫度升降規(guī)律，掌握基礎(chǔ)混凝土中心與表面、表面與大氣溫度間的溫度變化情況，以便采取恰當(dāng)?shù)臏囟却胧┎橄乱徊降氖┕ぬ峁┲笇?dǎo)性意見，大體積混凝土測溫是非常必要的。

1 工程實(shí)例

該工程混凝土強(qiáng)度等級為C25（混凝土密度2350kg/m3，初凝時(shí)間控制在6h左右），最厚處1.9m，屬大體積混凝土。為防止大體積混凝土由于溫升產(chǎn)生影響結(jié)構(gòu)安全的裂縫，在混凝土施工前需進(jìn)行測溫試驗(yàn)進(jìn)行溫度控制。由于大體積混凝土的特殊要求，采用模擬現(xiàn)場實(shí)際施工狀況進(jìn)行測溫試驗(yàn)分析。通過測溫監(jiān)控可隨時(shí)觀測混凝土因水泥水化熱作用產(chǎn)生的混凝土內(nèi)部溫度變化情況，以便及時(shí)采取相應(yīng)措施，控制溫差以確保在現(xiàn)場施工狀況下澆筑的大體積混凝土不因溫差過高產(chǎn)生影響結(jié)構(gòu)安全的裂縫。

1.1 原材料及混凝土配合比情況

配合比為委托方提供，混凝土所采用的原材料如下，配合比見表1。混凝土28d抗壓強(qiáng)度為33.3MPa。

水：城市清潔飲用水。

水泥：中鐵物資巢湖鐵道水泥有限公司P.O42.5級，安定性合格，3d抗折、抗壓強(qiáng)度分別為5.3MPa、26.1MPa，28d抗折、抗壓強(qiáng)度分別為7.1MPa、49.8MPa。

砂：霍山河砂，細(xì)度模數(shù)2.5，含泥量（0.3%）和泥塊含量（0.1%）均合格。

石子：大石，單粒粒級16～31.5mm碎石；小石，連續(xù)級配5～16mm。經(jīng)大石∶小石=3∶1摻配后含泥量（0.2%），泥塊含量（0.1%）合格。

粉煤灰：合肥東興Ⅰ級粉煤灰，內(nèi)摻14.5%。

外加劑：合肥眾興混凝土外加劑有限公司產(chǎn)ZX-Ⅰ普通減水劑，液態(tài)，外摻1.8%。

纖維：安格纖維科技有限公司產(chǎn)F-PPS聚丙烯纖維，每方混凝土中摻0.60kg。

礦渣粉：合肥永信建材有限公司產(chǎn)S95級礦渣粉，內(nèi)摻16.0%。

1.2 混凝土模擬測溫

1.2.1 測溫儀器的選擇

測溫儀器選用JDC-2建筑電子測溫儀。

測溫范圍：-30℃～130℃，溫度誤差：≤±0.3℃，使用環(huán)境：-20℃～50℃。

1.2.2 測溫點(diǎn)位置

根據(jù)設(shè)計(jì)圖紙，混凝土最厚處1.9m，為確保模擬測溫能夠真實(shí)反應(yīng)大體積混凝土內(nèi)部溫度隨時(shí)間變化規(guī)律，在施工現(xiàn)場澆筑一體積為2.0m×1.0m×1.0m的混凝土長方體，在內(nèi)部布置6個(gè)測溫點(diǎn)。

1.2.3 測溫制度

自混凝土澆筑至測溫點(diǎn)時(shí)起72h內(nèi)，每2h讀取數(shù)據(jù)一次；澆筑后4～7d內(nèi)，每4h讀取數(shù)據(jù)一次；此后則可根據(jù)測溫結(jié)果和外界環(huán)境溫度變化情況每天選取兩次進(jìn)行溫度觀測。

測溫設(shè)2人專門負(fù)責(zé)，輪流測溫，確保真正達(dá)到連續(xù)、真實(shí)監(jiān)測混凝土溫差變化情況。當(dāng)測溫過程中出現(xiàn)溫差較大超過規(guī)范允許值時(shí)，及時(shí)對試塊采取適當(dāng)措施并記錄時(shí)間。

1.2.4 溫控指標(biāo)

表1 混凝土C25配合比

混凝土澆筑體入模溫度宜控制在30℃以下，在入模溫度基礎(chǔ)上溫升值不宜大于50℃。混凝土澆筑塊體的里表溫差（不含混凝土收縮的當(dāng)量溫度）不宜大于25℃，降溫速率不宜大于2℃/d，澆筑體表面與大氣溫差不宜大于20℃。

2 測溫結(jié)果與分析

按照上述測溫制度進(jìn)行測溫的結(jié)果見圖1。

由圖1可知混凝土入模溫度為32.5℃，大于混凝土適宜控制溫度30℃，原因是混凝土澆筑時(shí)間為夏日15:55，故建議避開高溫時(shí)段澆筑混凝土。根據(jù)現(xiàn)場室外溫度實(shí)測數(shù)據(jù)，04:00為一晝夜中溫度最低時(shí)段，選取該時(shí)段澆筑為宜。

由圖2可知，在所測齡期內(nèi)，模擬測溫混凝土的峰溫出現(xiàn)在1～2d，最大相對溫升發(fā)生澆筑后約26h，為30℃，滿足相關(guān)規(guī)范中相對溫差不大于50℃的要求。由于本次試驗(yàn)為模擬測溫，考慮到現(xiàn)場澆筑體體積更大、更厚,所以現(xiàn)場澆筑體的相對溫升會有一定幅度的增加，峰溫出現(xiàn)時(shí)間也會相應(yīng)推后。

由圖3可知，模擬測溫混凝土的最大里表溫差發(fā)生澆筑后約34h，為28℃，超過相關(guān)規(guī)范中里表溫差不大于25℃的要求，原因在于晝夜溫差大，保溫措施難以滿足減少表面溫度散失速度的要求，建議改善保溫措施，增加保溫棉厚度以降低混凝土表面溫度降低的速度。

由圖4可知，模擬測溫混凝土的最大大氣溫差發(fā)生在澆筑后約36h，為29℃，超過相關(guān)規(guī)范中大氣溫差不大于20℃的要求，主要因?yàn)橐归g溫度降低過大，導(dǎo)致混凝土表面與大氣溫差高于相關(guān)規(guī)范的要求，在滿足降溫速率符合相關(guān)規(guī)范的前提下，混凝土表面與大氣溫差超出一定范圍是可以滿足施工需要的。

在測量過程中，雖然出現(xiàn)一些測點(diǎn)的溫差超過規(guī)范要求，但在現(xiàn)場測溫結(jié)束后，經(jīng)仔細(xì)觀察，未發(fā)現(xiàn)明顯影響結(jié)構(gòu)安全的裂縫。

3 大體積混凝土綜合防裂措施

在大體積混凝土工程施工中，水泥水化熱的釋放會引起大體積混凝土內(nèi)外形成較大溫差，導(dǎo)致混凝土內(nèi)產(chǎn)生較大的溫度應(yīng)力，導(dǎo)致混凝土發(fā)生裂縫。為了防止裂縫的產(chǎn)生和擴(kuò)大，應(yīng)從控制溫升、減少溫度應(yīng)力方面采取措施。

3.1 原材料與配比

由于水泥水化會釋放大量的熱量，因此應(yīng)選用水化熱較低的水泥并盡量降低單位水泥用量。該工程選用了水化熱較低的中熱水泥。除水泥之外，其他原材料的選擇也應(yīng)以降低水泥用量和降低水化熱量為主要原則。

混凝土抗拉強(qiáng)度遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于其抗壓強(qiáng)度，這是混凝土容易開裂的內(nèi)在因素。因此，在混凝土配合比中使用抗拉纖維以提高其抗拉強(qiáng)度，選材以增強(qiáng)混凝土抗拉強(qiáng)度抵抗溫度應(yīng)力降低混凝土產(chǎn)生裂縫為原則。

3.2 混凝土施工

混凝土攪拌前應(yīng)盡可能降低所加原材料的溫度，減少外界由于熱傳導(dǎo)從環(huán)境中帶入的熱量，如有條件可以采用冰水?dāng)嚢韬脱h(huán)冷氣降低原材料溫度的方法。

在混凝土攪拌和澆筑的過程中，盡量避免從外界環(huán)境中獲取熱量，可以選取溫度適宜的季節(jié)進(jìn)行施工或者在一天中選取溫度較低的時(shí)段集中運(yùn)輸、澆筑。

3.3 混凝土養(yǎng)護(hù)

在盡量減少混凝土內(nèi)部溫升的前提下，大體積混凝土的養(yǎng)護(hù)尤為重要，養(yǎng)護(hù)主要是保持適宜的溫度和濕度條件，混凝土的保溫措施常常也起到保溫作用，要兼顧兩方面的效果。

根據(jù)溫度應(yīng)力的觀點(diǎn)，保溫的目的有兩個(gè)，一是減少混凝土表面的熱擴(kuò)散，減少混凝土表面的溫度梯度，防止產(chǎn)生表面裂縫；二是延長散熱時(shí)間，充分發(fā)揮混凝土強(qiáng)度的潛力和材料松弛特性，使平均總溫差對混凝土產(chǎn)生的拉應(yīng)力小于混凝土抗拉強(qiáng)度，防止產(chǎn)生裂縫