淺談大體積混凝土溫控技術在水利工程中的應用

王二軍/中國水利水電第十三工程局有限公司

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淺談大體積混凝土溫控技術在水利工程中的應用

王二軍/中國水利水電第十三工程局有限公司

【摘 要】大體積混凝土施工直接關系水利工程建設的施工質量，大體積混凝土裂縫是易出現的水利工程建設問題，優化大體積混凝土施工技術，有效的解決大體積混凝土裂縫問題，可以提高水利工程施工質量。本文圍繞著對影響大體積混凝土裂縫產生的幾個主要原因具體分析，提出控制大體積混凝土溫度裂縫的幾點應對措施，從而減少大體積混凝土裂縫的產生，保證水利工程結構的可靠性。

【關鍵詞】大體積混凝土；溫度裂縫；溫度應力；溫控措施

1.引言

我國水利水電事業飛速發展，大型水利工程不斷涌現。由于大型水工建筑物結構復雜、體量大，因此通常出現大體積混凝土澆筑。大體積混凝土澆筑施工對于專業、條件以及結構等都有著較高的要求，施工不當會造成大體積混凝土結構產生裂縫，危害水利設施及人民生命財產安全，需要引起人們的重視。

2.大體積混凝土結構產生裂縫的原因

2.1水泥水化熱。由于大體積混凝土截面厚度大，水泥水化產生的熱量大，熱量從內到外的散熱不容易，需要一定的時間。

1994年在慕尼黑RILEM學術討論會上，慕尼黑技術大學R.SrPingesnhcmid教授提出在混凝土水化過程中，無論是溫度升高的階段還是溫度降低的階段都會產生裂縫。在溫升過程中，即使是在最大溫升時，早齡期混凝土中很小的一部分是彈性壓應變（e1

el），絕大部分的體積膨脹都轉化為塑性應變（e1pl）。在冷卻降溫的初期，己經有所硬化的混凝土一發生收縮變形，就使膨脹時產生的壓應力減小到零，此時的時間記為t2。從這時開始，持續下降的溫度使得混凝土中的拉應變和拉應力不斷發展，此時的防裂準則應為：（當然也可以用應力作為判定標準）

將式（2-2-3）代入式（2-2-2），可得t時刻的拉應變為：

如果ae=ac=a，t=8，Tt=Ta，那么最終應變為：

注：Ti——混凝土的澆筑溫度Tt——混凝土任意t時刻的溫度

Tl——最高溫度T2——零應變溫度

Ts——混凝土表面溫度Ta——撓注時鄰約束區的平均溫度

ae——熱膨脹系數（溫升過程中）ac——熱膨脹系數（溫降過程中）

e1——最大熱膨脹e1el——溫峰時彈性應變值（t1時刻）——溫峰時塑性應變值（t1時刻）

e2——零應力時的最大塑性應變（t2時刻）

et，u——極限拉應變

從式（2-2-5）可以看出：溫升過程中的塑性應變（k·e1）造成部分混凝土早期溫度應力，另一部分是由于鄰約束區平均溫度（Ta）和混凝土澆注溫度（Ti）間的溫差造成。

2.2施工期間氣溫變化?；炷羶韧鉁夭町a生溫度應力、應變，在混凝土內部最高溫基本確定的情況下，施工期間，外部溫度即水利工程所在地的自然氣溫的對大體積混凝土的開裂有重大影響。自然氣溫越高，混凝土的澆筑溫度也越高，自然氣溫降低，如夜間或是下雨、下雪等，則混凝土內部需降更低。如外部溫度為30度，則按最大溫差25度來控，內部溫度降至55即可，如外部溫度為10度，則內部溫度需降至35度，所以水利工程所在地自然氣溫的突然變化，會加大外層混凝土與內部混凝土的溫度差，增加了降溫的難度。

2.3混凝土收縮變形。水是混凝土的重要拌合材料之一，按相關資料記載20%的水分是混凝土所必需的，剩下的80%的水都是要被蒸發的，外界溫度越高水分蒸發也就越快，影響也就越大?；炷猎谒嗨^程中產生體積變形，其中多為收縮變形，若存在約束，即產生收縮應力。上述多種原因使得大體積混凝土施工時易產生溫度裂縫，影響水利工程結構安全及正常使用，為了防止大體積混凝土結構在施工中產生溫度裂縫，溫控必不可少

3.溫控技術在大體積混凝土施工中的應用

水利工程在施工建設過程中，可采取以下溫控措施以控制減少裂縫：從混凝土組成材料、施工期間的養護、外部環境和結構設計上進行控制，從而保證減少混凝土溫升、延緩混凝土降溫速率、減小混凝土的收縮、提高混凝土的極限拉伸值、改善約束和構造設計，以達到控制裂縫目的。

3.1混凝土的材質

3.1.1選擇水泥品種。應選用中低水化熱的水泥，從而減少混凝土的最高溫度。如選用礦渣水泥，而硅酸鹽水泥水化熱大，不宜選用。

3.1.2減少混凝土中的水泥用量。前面已說過水泥水化熱是大體積混凝土內部熱量的主要來源，所以在結構設計中，在滿足受力要求的前提下盡量降低混凝土的等級，。一組實驗數據表明，每立方米的混凝土水泥用量每增（減）10kg，水泥水化熱使混凝土溫度相對升（降）10℃。如高層建筑地下室大體積的承臺，由于有些是按構造要求設計，體積大，在滿足設計強度條件下，設計時混凝土強度可降一個標號，以減少水化熱。

3.1.3選擇外加劑?，F今水利工程所用的混凝土已基本采用泵送商品混凝土，為滿足泵送的要求，混凝土的需要更大流動性，而這與混凝土的抗裂性的要求有沖突，所以在滿足泵送工藝的前提下，選用較小坍落度，合理地選擇外加劑，如減水劑、粉煤灰、膨脹劑，盡可能地降低水灰比。

3.2外部環境

3.2.1施工時的溫度。由于外界溫度過高會引起較大的收縮，所以在外界溫度過高時最好不要澆筑施工，如可避開氣溫高的中午，理論上外界溫度應低于40℃。

3.2.2混凝土的攪拌后出料溫度。為減少混凝土升溫，控制混凝土的攪拌后出料溫度是很重要的。對出料溫度影響最大的是石子和水的溫度，砂的溫度次之，水泥的溫度影響最小?？刹扇∮行У姆椒ń档蜕?、石的溫度，在氣溫較高的環境下，可在砂、石材料堆場搭設遮陽棚，使用前向砂、石噴水降溫。

3.2.3采取措施降低混凝土內部混度。在不影響結構的情況下，在大體積混凝土內部適當布置水循環管，通過管內冷水的流動帶走內部熱量，以降低混凝土內部溫度，這同時就降低了內外溫差。

4.結束語

質量安全是水利項目的核心與靈魂，大體積混凝土裂縫問題是影響水利工程施工質量的關鍵，因此相關企業、單位應在以國家水利工程建設標準為依據，借鑒吸收國內外先進技術與經驗，科學、合理應用溫度控制技術，妥善解決水利工程中大體積混凝土出現裂縫的問題。

參考文獻：

［1］許文忠.大體積混凝土基礎溫度裂縫控制施工技術研究［D］.同濟大學，2007.

［2］張威.大體積混凝土水化熱溫控分析［D］.華中科技大學，2012.

［3］張連春.小云峰大壩大體積混凝土溫控技術研究［D］.哈爾濱工程大學，2010.

［4］張越.水利工程大體積混凝土溫控防裂措施探究［J］.水利規劃與設計，2015，04:60-62+110.