大體積混凝土裂縫防控措施

劉 佳,劉京紅

(1.華北理工大學(xué) 建筑工程學(xué)院,河北 唐山 063210；2. 河北農(nóng)業(yè)大學(xué) 城鄉(xiāng)建設(shè)學(xué)院,河北 保定 071001)

1 引言

引起大體積混凝土裂縫的主要原因是溫度變化[1],溫度變化產(chǎn)生的變形受到混凝土內(nèi)部和外部約束的影響,混凝土中存在較大的應(yīng)力(特別是拉應(yīng)力),導(dǎo)致混凝土開裂[2]。大體積混凝土溫度裂縫問題十分復(fù)雜,涉及工程結(jié)構(gòu)的多方面,如何防止水泥水化熱引起的裂縫,是大體積混凝土施工過程中工程師關(guān)心的問題。如果能掌握大體積混凝土溫度場的變化和溫度應(yīng)力的變化規(guī)律,工程師可以提出裂縫控制方案。溫度監(jiān)測和應(yīng)變監(jiān)測對保證大體積混凝土施工質(zhì)量和提高結(jié)構(gòu)耐久性具有十分重要的指導(dǎo)意義。

本次試驗(yàn)在中聯(lián)水泥南陽分公司二期生產(chǎn)線-水泥熟料庫開展,通過基礎(chǔ)大體積混凝土的溫度和應(yīng)變監(jiān)測結(jié)果,提出了大體積混凝土的裂縫控制措施。

2 項(xiàng)目監(jiān)測試驗(yàn)

生產(chǎn)線規(guī)劃建設(shè)包括煅燒窯、孰料筒倉、預(yù)熱架、散裝倉庫、石灰石預(yù)均化場、原煤預(yù)均化場等工程設(shè)備基礎(chǔ)墊層施工采用大體積混凝土,大體積混凝土基礎(chǔ)墊層主要受到均勻的溫差和收縮,因?yàn)槠浜穸冗h(yuǎn)小于其長度和寬度,為了防止混凝土產(chǎn)生溫度裂縫,工程師應(yīng)及時(shí)掌握混凝土內(nèi)外溫度,控制混凝土內(nèi)外溫差在25℃以內(nèi)。本文以熟料倉基礎(chǔ)底板大體積混凝土為對象,對混凝土進(jìn)行溫度監(jiān)測和應(yīng)變監(jiān)測。

3 大體積混凝土溫度應(yīng)變監(jiān)測

溫度測量是掌握大體積混凝土施工中混凝土溫度變化的重要手段。影響大體積混凝土裂縫的因素包括水泥水化熱,外部環(huán)境溫度變化和混凝土收縮應(yīng)變等。大體積混凝土監(jiān)測內(nèi)容主要包括以下部分：外部環(huán)境溫度、混凝土進(jìn)入模具溫度、混凝土內(nèi)部溫度、混凝土應(yīng)變等。用溫度測量和應(yīng)變監(jiān)控,以此為基礎(chǔ),控制大體積混凝土的溫升和降溫速度,防止裂縫產(chǎn)生。

3.1 大體積混凝土入模溫度監(jiān)測

溫度監(jiān)測的最終目的是掌握混凝土內(nèi)部的實(shí)際溫度,評估混凝土中心與表面溫度梯度之間的關(guān)系,內(nèi)部和表面溫差小于25℃。溫度與整個(gè)混凝土質(zhì)量存在直接關(guān)系。監(jiān)測混凝土進(jìn)入模具溫度是控制混凝土內(nèi)外溫差的重要部分。在混合之前,混凝土進(jìn)入模具溫度,原材料溫度,水泥,礫石,顆粒物質(zhì)和混合溫度,為提出降溫處理措施提供依據(jù)。

3.2 大體積混凝土澆筑溫度監(jiān)測

熟料基墊由直徑40米的圓形混凝土基礎(chǔ)制成,基墊大體積混凝土溫度測量采用PN溫度傳感器、JDC-2型數(shù)字字符型多路巡檢控制儀、測溫儀,誤差小于0.3℃。混凝土應(yīng)變測試采用混凝土位移應(yīng)變儀,試驗(yàn)誤差小于5μm,儀器采用SBQ水利工程電橋。9個(gè)測點(diǎn)如圖1所示。

根據(jù)資料所示,A點(diǎn)距混凝土邊緣點(diǎn)100毫米,混凝土厚度為1.8米。B點(diǎn)位于中心點(diǎn),基礎(chǔ)混凝土厚2.4米。C點(diǎn)位于兩個(gè)測點(diǎn)A和B的中間,C點(diǎn)的混凝土厚度為2.4米。溫度傳感器和混凝土位移應(yīng)變儀垂直測試每個(gè)測量點(diǎn)的三個(gè)探測點(diǎn)的溫度：表面溫度(表面100毫米),中心溫度(1/2高度位置),基底溫度(底面100毫米或更多)。

3.3 大體積混凝土溫度應(yīng)變監(jiān)測

據(jù)南陽氣象數(shù)據(jù),九月中旬施工時(shí),室外平均溫度為25℃,施工監(jiān)控從混凝土澆筑后2小時(shí)開始,并保持監(jiān)測28天,考慮熟料庫基礎(chǔ)墊層厚度大,工作季節(jié)溫度高,混凝土熱量輻射時(shí)間較長。在水化熱峰值和水化熱峰值后的6小時(shí),每隔2小時(shí)進(jìn)行混凝土溫度監(jiān)測28天的措施,并完成詳細(xì)記錄。如圖1和圖2所示為A點(diǎn)溫度和應(yīng)變變化曲線。

圖1 大體積混凝土溫度隨齡期增加的曲線

圖2 應(yīng)變隨大體積混凝土齡期增加的曲線

圖1實(shí)測數(shù)據(jù)表明,中心溫降至安全溫度(50℃)平均使用約23天。28天后,中心溫度降至47℃。監(jiān)測結(jié)果表明,混凝土中心測點(diǎn)在70℃～73℃時(shí)有不同程度的熱變化,該溫度在混凝土施工后3～5天基本發(fā)生。大體積混凝土溫度變化規(guī)律如下：混凝土中心點(diǎn)升溫快,曲線率大,但降溫階段下降溫和。由于表面混凝土與外界環(huán)境接觸,輻射面大,放熱量大,因此表面混凝土溫度低于底面溫度,混凝土中心點(diǎn)溫度最高。在溫度測量過程中,當(dāng)混凝土內(nèi)外溫差超過25℃時(shí),測溫人員應(yīng)及時(shí)向現(xiàn)場工程人員報(bào)告,采取加強(qiáng)保溫等措施,以防止溫度裂縫的發(fā)生。

圖2可見,在大體積混凝土養(yǎng)護(hù)初期,混凝土表面呈現(xiàn)壓縮應(yīng)力。混凝土內(nèi)部溫度下降緩慢。上述現(xiàn)象引起了混凝土內(nèi)外溫差。表層混凝土在混凝土早期溫度升高和降溫階段具有較小的膨脹。此時(shí)混凝土的彈性系數(shù)較低。混凝土表面呈現(xiàn)小的應(yīng)力應(yīng)變,應(yīng)變隨混凝土齡期的增大而增大。當(dāng)混凝土齡期為10天時(shí),A、B、C三測點(diǎn)面層拉伸應(yīng)變-應(yīng)變最大化和相應(yīng)的大拉應(yīng)力,但混凝土內(nèi)部實(shí)際上是此時(shí)的應(yīng)變應(yīng)變。混凝土表面進(jìn)入容易開裂的時(shí)間。混凝土進(jìn)入溫度下降階段時(shí),盡管隨著混凝土溫度的降低,混凝土的拉伸應(yīng)變變大,但混凝土具有一定的拉伸強(qiáng)度并且抵抗小的拉伸應(yīng)變函數(shù)。此時(shí)混凝土裂縫的可能性不大。

4 大體積混凝土裂縫防控措施

本項(xiàng)目在大體積混凝土施工過程中采取的防止混凝土溫度裂縫發(fā)生的措施如下：

(1)降低原料溫度,控制進(jìn)入模具的混凝土溫度。

(2)通過溫度監(jiān)測和應(yīng)變監(jiān)測,觀測混凝土的溫度和應(yīng)力變化情況。

(3)在混凝土內(nèi)部布置循環(huán)冷卻水管。水循環(huán)冷卻流量和水流速度等降低混凝土內(nèi)部溫度而且可手動(dòng)控制水流速度,達(dá)到降低混凝土內(nèi)外部分溫差的目的。實(shí)際監(jiān)測結(jié)果表明：此方法可有效降低混凝土內(nèi)部溫度。