拉洛水利樞紐大體積混凝土溫度裂縫控制研究

王海凌，劉寶艷

（1.西藏拉洛水利樞紐及灌區(qū)管理局，850000，拉薩；2.西藏自治區(qū)重點(diǎn)水利項(xiàng)目建設(shè)管理中心，850000，拉薩）

拉洛水利樞紐大體積混凝土溫度裂縫控制研究

王海凌1，劉寶艷2

（1.西藏拉洛水利樞紐及灌區(qū)管理局，850000，拉薩；2.西藏自治區(qū)重點(diǎn)水利項(xiàng)目建設(shè)管理中心，850000，拉薩）

裂縫；溫控；溫度應(yīng)力；養(yǎng)護(hù)；拉洛水利樞紐

西藏拉洛水利樞紐及配套灌區(qū)工程位于高海拔地區(qū)，晝夜溫差較大，混凝土極易產(chǎn)生裂縫。本文結(jié)合工程實(shí)際，對(duì)大體積混凝土溫度裂縫控制進(jìn)行探討，并對(duì)高海拔地區(qū)晝夜溫差較大的情況提出一些溫控的觀點(diǎn)和措施。

一、混凝土裂縫產(chǎn)生的原因

1.混凝土拌和不均勻產(chǎn)生的應(yīng)力裂縫

灌區(qū)工程采用的兩種混凝土分別是商品混凝土和現(xiàn)場(chǎng)利用拌和站攪拌的混凝土。混凝土在現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)時(shí)，未能較好地控制拌和時(shí)間，同時(shí)水泥等膠凝材料拌和不均勻，導(dǎo)致其無法與骨料較好地黏結(jié)，造成水泥先行凝結(jié)，從而在混凝土內(nèi)部產(chǎn)生不均應(yīng)力導(dǎo)致裂縫產(chǎn)生。

2.混凝土材料供應(yīng)不及時(shí)產(chǎn)生的裂縫

由于拉洛灌區(qū)工程標(biāo)段較多且各個(gè)標(biāo)段混凝土方量不大，大部分標(biāo)段均采用購買商品混凝土的方式來解決供料問題。日喀則市商品混凝土市場(chǎng)出現(xiàn)供不應(yīng)求的現(xiàn)象，導(dǎo)致部分混凝土澆筑后未及時(shí)供應(yīng)混凝土拌合料，等待時(shí)間超過初凝時(shí)間產(chǎn)生施工冷縫，對(duì)施工冷縫處理不得當(dāng)或未經(jīng)處理產(chǎn)生裂縫。

3.混凝土內(nèi)外溫差導(dǎo)致裂縫的產(chǎn)生

拉洛工程基本處于平均海拔4000 m的寒冷地區(qū)，施工季節(jié)晝夜溫差較大，在大體積混凝土澆筑后，混凝土早期處于水化熱升溫階段，而混凝土又是熱的不良導(dǎo)體，導(dǎo)熱系數(shù)較小，致使混凝土內(nèi)部的大量熱量無法快速散去，內(nèi)部溫度升高較快，而表面與空氣直接接觸，散熱較內(nèi)部混凝土快，由此形成的混凝土溫度內(nèi)高外低（《混凝土結(jié)構(gòu)工程施工及驗(yàn)收規(guī)范》中規(guī)定大體積混凝土溫差不宜超過25℃。），進(jìn)而形成較高溫度梯度，由熱脹冷縮原理可知，混凝土內(nèi)部的膨脹速度較表面大，導(dǎo)致形成內(nèi)部產(chǎn)生壓應(yīng)力，表面產(chǎn)生拉應(yīng)力，當(dāng)拉應(yīng)力大于混凝土抗拉強(qiáng)度時(shí)（混凝土抗拉強(qiáng)度約為抗壓強(qiáng)度的10%），就會(huì)在其表面產(chǎn)生裂縫。

4.未達(dá)到規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)拆模

拉洛灌區(qū)工程在建設(shè)中為了提高模板利用率，降低工程成本，在混凝土強(qiáng)度未達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度時(shí)，以及為很好地選擇拆模時(shí)間，大多采用提前拆模的方法，在模板拆除后混凝土表面溫降超過一定值導(dǎo)致表面裂縫的產(chǎn)生。

二、控制混凝土的工作溫度是防止裂縫產(chǎn)生的關(guān)鍵

1.混凝土溫控的主要指標(biāo)

主要控制出機(jī)口溫度、入倉溫度、澆筑時(shí)溫度、絕熱升溫。

（1）出機(jī)口溫度

混凝土出機(jī)口溫度指的是混凝土拌合物從拌和站 （攪拌機(jī)或拌和樓）出料時(shí)測(cè)量的溫度。根據(jù)水工混凝土規(guī)范出機(jī)口溫度應(yīng)小于25℃，混凝土出機(jī)口溫度擬合公式為：

由上式可以看出，對(duì)混凝土出機(jī)口溫度的影響由大到小的次序是：石、水、砂、礦粉、水泥、外加劑。石相對(duì)18.2℃而言，每升高1℃，出機(jī)口溫度要升高0.46℃；水相對(duì)10℃而言，每升高1℃，出機(jī)口溫度要升高0.285℃；砂相對(duì)22℃而言，每升高1℃，出機(jī)口溫度要升高0.2321℃；礦粉相對(duì)65℃而言，每升高1℃，出機(jī)口溫度要升高0.0725℃；水泥相對(duì)65℃而言，每升高1℃，出機(jī)口溫度要升高0.0445℃。

要控制混凝土出機(jī)口的溫度不高于25℃，就必須要求水泥溫度不高于65℃，礦粉溫度不高于65℃，外加劑溫度不高于30℃，水溫度不高于10℃，砂溫度不高于22℃，石溫度不高于18.2℃。

（2）混凝土入倉溫度

混凝土的入倉溫度是混凝土拌合物進(jìn)入倉面的溫度。水工混凝土規(guī)范規(guī)定入倉溫度不高于28℃。混凝土入倉溫度擬合公式為：

要控制混凝土入倉溫度不高于28℃，除了控制混凝土的入倉溫度外，還需要控制混凝土在運(yùn)輸過程中的環(huán)境溫度，因?yàn)楫?dāng)混凝土環(huán)境每升高1℃，入倉溫度要升高0.312℃。

（3）混凝土澆筑溫度

混凝土的澆筑溫度是指混凝土澆筑完成后在上層面混凝土入倉時(shí)的溫度。它與混凝土的入倉溫度、混凝土水化熱以及澆筑時(shí)倉內(nèi)的溫度有關(guān)，其擬合公式為：

其中T澆筑指的是澆筑一層所需要的時(shí)間，單位以min計(jì)。

（4）絕熱升溫

混凝土的絕熱升溫是水泥混凝土在水化熱升溫過程中的溫度，主要反映混凝土內(nèi)部溫度的變化情況。要控制絕熱升溫，首先要選擇水化熱低或者收縮補(bǔ)償性能好的水泥，同時(shí)摻加粉煤灰等；其次降低單位涌水量，調(diào)整好骨料極配，如選用10～40 mm連續(xù)極配碎石，砂率控制在 40%～45%，砂石含泥量控制在1%以內(nèi)等。

2.混凝土澆筑時(shí)的溫度控制

（1）合理安排澆筑的時(shí)間

在施工組織上應(yīng)進(jìn)行合理安排，如春秋季多澆，夏季早晚澆。正午不澆，重要部位安排在低溫季節(jié)、低溫時(shí)段澆筑，以降低混凝土入倉溫度，避免出現(xiàn)溫度裂縫。由于西藏拉洛工程可施工工期較短，晝夜溫差較大，在白天氣溫高時(shí)澆筑混凝土，夜間采取覆蓋等措施保護(hù)混凝土溫度發(fā)生過大的變化。

（2）原材料溫度的控制

根據(jù)公式（1）可知，降低骨料入拌和機(jī)的溫度是控制出機(jī)口溫度最有效的方法。骨料預(yù)冷的方法有水冷法、風(fēng)冷發(fā)、真空汽化冷等，有條件可采用液氮冷卻的方式。當(dāng)采用水冷方式時(shí)需要控制水溫不能高于10℃，否則不能滿足25℃的要求，在這里需要注意的是對(duì)于膠凝材料是不能采用預(yù)冷措施。

（3）合理分縫與分層澆筑

對(duì)大體積混凝土可采用合理分縫與分層澆筑，對(duì)于拉洛工程灌區(qū)部分渠道斷面較小部位可采用整體澆筑，而對(duì)于渡槽、溢流堰、泄洪洞等大體積的混凝土可合理分層進(jìn)行澆筑，但需要對(duì)施工縫進(jìn)行合理處理，這樣不僅可以提高工程的施工進(jìn)度，而且對(duì)降低混凝土的溫度有較大幫助，進(jìn)而防止結(jié)構(gòu)出現(xiàn)裂縫。

3.混凝土成型后的溫度控制

（1）表面養(yǎng)護(hù)與保溫

混凝土表面養(yǎng)護(hù)是保證其強(qiáng)度等性能正常發(fā)展，防止表面出現(xiàn)干縮裂縫，通過對(duì)混凝土表面覆蓋棉被、電熱毯、推遲拆模時(shí)間等措施保持混凝土表面一定的溫度，減少混凝土內(nèi)外的溫差，降低表面的拉應(yīng)力來減少裂縫的發(fā)生。（2）混凝土中采用預(yù)埋水管通水冷卻

對(duì)于氣溫變化過快的高海拔地區(qū)，大體積混凝土裂縫主要還受內(nèi)外溫差、溫度降幅、溫降速率等因素的影響，溢流堰、進(jìn)水塔等厚度較大，加之混凝土導(dǎo)熱系數(shù)較低，在早期硬化階段，水化熱反應(yīng)快，內(nèi)部熱量難以散發(fā)，混凝土產(chǎn)生裂縫，因此在混凝土內(nèi)部預(yù)埋水管通冷水可有效降低混凝土內(nèi)部的溫度，以減少拉應(yīng)力。但是對(duì)于本工程可不采用本方法來降低溫度。

三、結(jié) 論

大體積混凝土的溫度應(yīng)力和溫度裂縫問題普遍存在，尤其在西藏高海拔晝夜溫差較大、施工工藝不能滿足工程建設(shè)需求的情況下，裂縫的發(fā)生是工程建設(shè)中的通病，本文結(jié)合西藏拉洛水利樞紐及配套灌區(qū)工程中的實(shí)踐，通過采取一些措施來降低混凝土裂縫的產(chǎn)生，對(duì)工程建設(shè)進(jìn)度、質(zhì)量、投資、效益等有參考價(jià)值。

[1]李鄭鵬.大體積混凝土溫控防裂相關(guān)問題研究[D].鄭州：鄭州大學(xué)，2012.

[2]江正榮，朱國梁.簡(jiǎn)明施工計(jì)算手冊(cè)[M].北京：中國建筑工業(yè)出版社，1997.

[3]程宙強(qiáng).大體積混凝土裂縫的控制與應(yīng)用措施[J].科技傳播，2010(18).

責(zé)任編輯 楊 軼

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1000-1123（2016）20-0042-02

2016-10-18

王海凌，助理工程師。