循環(huán)水管對大體積混凝土裂縫影響

張香富

【摘 要】本文結合工程實例，淺談循環(huán)水管降溫措施對大體積混凝土裂縫影響。

【關鍵詞】循環(huán)水管；原理；運用

The circulating water pipe cracks in mass concrete impact

Zhang Xiang-fu

（Railway 23 Bureau Group Co.， Ltd. Chongqing 400012）

【Abstract】In this paper， the engineering examples of circulating water pipe cooling measures on the cracks in mass concrete.

【Key words】Water loop；Principle；Use

1. 引言

隨著建筑施工技術飛速發(fā)展，混凝土體積逐漸增大，現(xiàn)代建筑中時常涉及到的大體積混凝土施工，大量的工程實踐表明，大體積混凝土在施工階段如不采取合理的技術措施，就極易出現(xiàn)因裂縫所引發(fā)的工程事故。

大體積混凝土由于橫斷面面積大，體積較厚，且混凝土自身的導熱性又很差，因此，水泥水化過程發(fā)出的熱量聚集于內(nèi)部不易散失。隨著混凝土齡期的增長，彈性模量亦隨之不斷提高，對混凝土內(nèi)部降溫收縮的約束也就愈來愈大，以至于在混凝土表面產(chǎn)生很大的拉應力。當混凝土的抗拉強度不足以抵抗這種拉應力時，混凝土便開始出現(xiàn)裂縫，這種由于混凝土內(nèi)外溫差產(chǎn)生的應力應變而引起的裂縫稱為溫差裂縫。如何采取有效措施，防止溫度應力造成混凝土出現(xiàn)有害溫度裂縫，一直是大體積混凝土結構施工的一個重大問題。本文結合工程實例，淺談循環(huán)水管降溫措施對大體積混凝土裂縫影響。

2. 循環(huán)水管降溫原理

水泥在水化過程中產(chǎn)生大量的熱量，每克水泥放出的熱量將近502.42J，因而使混凝土內(nèi)部的溫度升高，一般在30℃左右，有時更高。它在1～3天放出的熱量是總熱量的一半。混凝土內(nèi)部的最高溫度多數(shù)發(fā)生在澆筑后的3～5天內(nèi)，當混凝土內(nèi)部與表面溫差過大時就會產(chǎn)生溫度應力和溫度變形。溫度應力與溫差成正比，溫度越大，溫度應力越也越大。當這種溫度應力超過混凝土內(nèi)外的約束力時，就會產(chǎn)生裂縫。而混凝土內(nèi)部的溫度與混凝土厚度及水泥用量有關，混凝土越厚，水泥用量越大。內(nèi)部溫度越高，所形成的溫度應力越大。溫度應力與混凝土結構的尺寸有關，在一定尺寸范圍內(nèi)，混凝土結構尺寸越大，溫度應力也越大，因而引起裂縫的可能性也越大，這就是大體積混凝土為什么容易產(chǎn)生裂縫的主要原因。

循環(huán)水管設置在混凝土內(nèi)部，利用冷水帶出混凝土內(nèi)部的熱量。減小混凝土內(nèi)外溫差。

3. 循環(huán)水管在重慶沿江高速公路梨香溪特大橋承臺中的運用

3.1 工程概況。

梨香溪特大橋分左右幅。左幅橋全長975.8米，右幅橋全長為938.3米。梨香溪特大橋第三聯(lián)上跨梨香溪河，河道寬40至50米。主橋橋寬24.5米。大橋主橋上部為預應力混凝土連續(xù)剛構箱梁，下部為樁基礎，主墩樁基加承臺（主墩左右幅共用一個承臺），承臺為18.7米（線路方向）×28.7米（橫橋向），高5米。

3.2 循環(huán)水管的設置。

本工程按設計要求設置循環(huán)水管共計5道，從底部70cm埋設第一道冷卻管，以上按90cm間距，分別埋設。冷卻管的直徑為3.2cm。冷卻管埋置在混凝土的長度共計2280m，每道冷卻管接一個水泵（3m3/h），利用梨香溪河水，作為水源。

3.3 混凝土內(nèi)部溫度和循環(huán)水管進出水監(jiān)控。

本工程采用無限測溫系統(tǒng)對混凝土內(nèi)部溫度變化進行監(jiān)控，水銀管測量進出水溫和環(huán)境溫度。混凝土按每2小時測量1次，進出水溫跟進檢測。測得數(shù)據(jù)取具有代表性的3組見表1，表2（混凝土內(nèi)部溫度變化和表，循環(huán)水管進出水溫變化表）；并繪制圖1混凝土內(nèi)部溫度變化圖和圖2循環(huán)水管進出水溫變化圖。

圖1 混凝土內(nèi)部溫度變化圖

圖2 循環(huán)水管進出水溫變化圖

3.4 循環(huán)水管在控制混凝土內(nèi)外溫差的作用。

3.4.1 循環(huán)水管在混凝土凝固初期的作用。

根據(jù)表（1）實際測量循環(huán)水管開始通水到混凝土達到最高73℃的時間為26小時，通過計算：

根據(jù)熱傳遞理論，我們可以知道在如果我們把循環(huán)水管的直徑加大或數(shù)量增加，增大接觸面積，加大循環(huán)水的流量，增大了水和混凝土面接觸的溫差，也可以帶出更多的熱量，從而降低內(nèi)部溫度。但是應考慮到進水和出水溫度和混凝土的溫度不宜相差過大，循環(huán)水管和混凝土內(nèi)部形成溫差過大而形成溫差裂縫。結合圖表（1）和圖表（2）可以知道一般出水溫度和混凝土內(nèi)部溫度在20℃，進出水溫控制在20℃。

3.4.2 循環(huán)水管在混凝土凝固中期作用。

結合圖表（1）在循環(huán)水持續(xù)作用時，當溫度達到73℃后，混凝土內(nèi)部水化熱有所減弱。混凝土內(nèi)部開始逐漸降溫每天降溫在3～4℃，結合圖（2）數(shù)據(jù)進行相應計算（參考循環(huán)水管在混凝土凝固初期的計算），每天循環(huán)水帶出的足夠使混凝土內(nèi)部降溫3～4℃，所以混凝土內(nèi)部此時的降溫主要是循環(huán)水帶出熱量來降低內(nèi)部溫度。

3.4.3 循環(huán)水管在混凝土凝固后期作用。

結合圖表（1）和圖表（2）在混凝土凝固后期，水化熱明顯下降，但是在混凝土中部溫度和出水溫度比靠外則的要高些，足以說明混凝土內(nèi)部越厚排熱性能越差。由于混凝土外部與空氣接觸，散熱快，本工程在混凝土內(nèi)部溫度和環(huán)境溫度小于15℃停止通水。

最終本工程承臺采用循環(huán)水管進行通水散熱的方案取得成功，在混凝土拆模檢測中未發(fā)現(xiàn)裂縫。

4. 結論

循環(huán)水管在大體積混凝土控制在起中不小的作用，對確保施工質量有不可小視的作用。本文結合實際工程對循環(huán)水管做的分析希望能給大體積混凝土裂縫控制做出些貢獻，從而避免出現(xiàn)混凝土溫度裂縫， 以保證混凝土結構的工程質量。

參考文獻

[1] 馮乃謙，顧晴霞，郝挺宇. 混凝土結構的裂縫與對策[M].北京：機械工業(yè) 出版社，2006.

[2] 徐偉，吳春萍.大體積混凝土溫度裂縫控制及分析，中國科技論文在線.

[3] 曾偉星，大體積混凝土裂縫控制，建材和裝飾，2007年12月下旬刊.

[4] 王鐵夢，工程結構裂縫控制，中國建筑工業(yè)出版社，1997.

[5] 建筑施工手冊（第四版），中國建筑工業(yè)出版社.

[文章編號]1619-2737（2015）05-31-569