水利水電工程大體積混凝土溫控途徑

王曉強(qiáng)

中國(guó)電建集團(tuán)國(guó)際工程有限公司 北京 100036

1 大體積混凝土概述

我們通常將混凝土結(jié)構(gòu)中長(zhǎng)度不小于1米的混凝土結(jié)構(gòu)稱為大體積混凝土。大體積混凝土具有澆筑量大、結(jié)構(gòu)尺寸大、鋼筋布置多、影響因素多的特點(diǎn)。它還具有強(qiáng)度高、抗沖擊性能好、經(jīng)濟(jì)實(shí)用、成型性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。由于大體積混凝土澆筑面積大，水化熱引起的溫度應(yīng)力和混凝土本身的特性受到很大影響，容易造成裂縫。水利水電工程建設(shè)項(xiàng)目較多，特別是大壩、涵洞、水閘、橋梁等大體積混凝土應(yīng)用較多的工程建設(shè)項(xiàng)目[1]。

2 大體積混凝土產(chǎn)生溫度應(yīng)力的原因及溫控重要性

2.1 大體積混凝土產(chǎn)生溫度應(yīng)力的原因

水泥是混凝土的基本建筑材料，它在水化時(shí)釋放出大量的熱量。水泥的水化熱大致呈甜瓜狀。如果是絕熱混凝土，水化熱可使溫度升高-℃。如果考慮混凝土的原始溫度，混凝土的最高溫度將達(dá)到-℃。但水泥的水化熱釋放時(shí)間較長(zhǎng)，一般需要幾十天到幾個(gè)月的時(shí)間。一般來(lái)說(shuō)，前一天的放熱量最大。在一般情況下，當(dāng)構(gòu)件的尺寸和厚度不大時(shí)，其放熱速度相對(duì)較快。將空氣、土壤和水散發(fā)到周?chē)h(huán)境中，因此混凝土內(nèi)部的溫度與周?chē)h(huán)境的溫度相差不大。但由于混凝土的熱耗散，體積增大，混凝土是一種熱耗散相對(duì)較差的介質(zhì)。因此，在初始階段，約有一天，混凝土的放熱率大于散熱率，溫度不斷升高。體積因熱而膨脹。從那以后，由于熱量的釋放大大減少，混凝土?xí)捎诔掷m(xù)大量的散熱而導(dǎo)致溫度下降，導(dǎo)致體積收縮。在地基或地基的阻礙下，混凝土的膨脹或收縮產(chǎn)生了混凝土的壓應(yīng)力或拉應(yīng)力。

在加熱階段，混凝土溫度升高，體積膨脹。由于地基等的約束，膨脹受到限制，混凝土產(chǎn)生一定的壓應(yīng)力。但在初始階段，混凝土強(qiáng)度仍相對(duì)較低，彈性模量和松弛系數(shù)也相對(duì)較小。因此，壓應(yīng)力值不大。在冷卻階段,混凝土內(nèi)部溫度達(dá)到峰值時(shí),熱釋放率和熱釋放率的水泥都大大減少,和混凝土的溫度逐漸降低,因?yàn)樯崴俣却笥跓後尫怕屎腕w積逐漸開(kāi)始萎縮。同時(shí)，由于地基等的約束，收縮不能自由進(jìn)行，在混凝土中逐漸產(chǎn)生拉應(yīng)力。在冷卻階段，混凝土的強(qiáng)度和彈性模量會(huì)有很大的提高，松弛系數(shù)也會(huì)很大。因此，單位溫差引起的應(yīng)力增量相對(duì)較大。因此，隨著混凝土結(jié)構(gòu)內(nèi)部溫度的逐漸降低，不僅早期的壓應(yīng)力被抵消，而且一旦此時(shí)的拉應(yīng)力超過(guò)混凝土，大的拉應(yīng)力也可以稱為外部約束應(yīng)力。在大體積混凝土中，抗拉強(qiáng)度可能引起裂縫，特別是通縫裂縫[2]。

2.2 溫控的重要性

大體積混凝土的施工極其復(fù)雜。為了避免在澆筑過(guò)程中出現(xiàn)裂縫，需要大量的高效操作，極易發(fā)生水化熱反應(yīng)，尤其是在夏季施工時(shí)。這種反應(yīng)是產(chǎn)生裂縫的重要原因，而溫差也會(huì)產(chǎn)生力，導(dǎo)致混凝土膨脹、不均勻沉降等問(wèn)題。如果混凝土本身的拉力較低，容易產(chǎn)生裂縫，對(duì)水電質(zhì)量造成危害。因此，應(yīng)采取適當(dāng)?shù)臏囟瓤刂拼胧?，防止裂紋的發(fā)生。大體積混凝土的溫度控制對(duì)水利水電工程施工質(zhì)量有很大影響。如果防治不科學(xué)，混凝土就難以避免裂縫、碳化等病害，損害混凝土的抗?jié)B性、耐腐蝕性和承載能力。因此，需要采用科學(xué)有效的溫度控制方法來(lái)延長(zhǎng)水利水電的使用壽命，保證水利水電的質(zhì)量。

3 大體積混凝土防范裂縫溫控方法

3.1 加強(qiáng)混凝土的溫度監(jiān)測(cè)工作

溫度控制是大致積混凝土工程的關(guān)鍵組成部分，是避免溫度裂縫的關(guān)鍵。做一份好工作的溫度測(cè)量、掌控坩堝之內(nèi)的溫度變動(dòng),立即變更導(dǎo)電與維護(hù)措施,這間的差別混凝土中心溫度與表面溫度,混凝土表面間的差異與大氣溫度不應(yīng)超過(guò)25℃。

大體積混凝土的簡(jiǎn)單測(cè)溫方法可以直接測(cè)量混凝土內(nèi)部溫度，設(shè)備簡(jiǎn)單，精度高，成本低。具體做法如下：（1）使用φ48腳手架鋼管或其他無(wú)縫鋼管,壁厚是最好是2毫米,內(nèi)徑是30毫米～50毫米。按照要求的長(zhǎng)度切斷，將鋼板一端與比鋼管外徑大10毫米的圓形鋼板緊密焊接，使其不會(huì)滲漏。（2）焊接鋼管為等邊三角形，置于底板的加筋網(wǎng)板上，焊接牢固。然后，將橡膠套放置在距鋼管底部50mm處。管子的兩端用鐵絲固定，以確保水不能滲透。內(nèi)管。鋼管口用木塊堵住了。鋼管平面布置為兩點(diǎn)600mm；上管底距混凝土板表面150mm，中管底距板底1/2板厚，下管底距板底150mm。（3）混凝土澆筑后，將自來(lái)水注入鋼管中，通過(guò)定期將桿式溫度計(jì)插入鋼管中，即可知道鋼管下部的混凝土溫度。通過(guò)比較不同深度管材的溫度，可以知道混凝土上下點(diǎn)的溫差。

3.2 控制混凝土溫升

在冷卻階段，大體積混凝土結(jié)構(gòu)因?yàn)闇囟壬仙c水分融化因而膨脹，內(nèi)部應(yīng)力不能自由變形因而造成溫度應(yīng)力。所以，掌控水泥水化冷引發(fā)的溫升，即減少冷卻溫差，可減少溫度應(yīng)力，避免溫度裂縫的發(fā)生，可于泵的頂部展現(xiàn)作用。借以掌控大體積混凝土結(jié)構(gòu)由于水泥水化冷引發(fā)的溫升，需實(shí)行適當(dāng)?shù)氖┕ご胧?。?）降低混凝土澆注溫度。如果材料通過(guò)地面；覆蓋棚架，噴水霧等措施降低集料溫度。粗集料通過(guò)空氣冷卻、浸水、噴水等方式進(jìn)行預(yù)冷。從預(yù)冷庫(kù)到攪拌廠房的集料應(yīng)采取保溫和保溫措施。混凝土攪拌時(shí)，可用冷水、冰等作冷卻措施。在炎熱季節(jié)，應(yīng)加快混凝土澆筑施工進(jìn)度，減少混凝土暴露時(shí)間；基礎(chǔ)部分的混凝土應(yīng)在適宜的季節(jié)澆筑。（2）降低大壩內(nèi)外溫差。為了減小壩體內(nèi)外溫差，防止或減少地表裂縫，在低溫季節(jié)到來(lái)之前，應(yīng)將壩體溫度降低到設(shè)計(jì)要求的溫度。如果水在大壩中間冷卻，則是通過(guò)計(jì)算確定的，通常約2個(gè)月。水溫與混凝土溫差不應(yīng)超過(guò)20℃，日溫差不應(yīng)超過(guò)1℃[3]。

4 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，大致積混凝土溫控方法是水利水電工程建設(shè)之中的關(guān)鍵技術(shù)手段，對(duì)于水利水電工程質(zhì)量具有關(guān)鍵影響。假如溫度控制效果不顯著，容易出現(xiàn)溫度裂縫，造成鋼筋銹蝕、混凝土耐久性、荷載力降低、碳化等問(wèn)題。因此，有必要結(jié)合季節(jié)特點(diǎn)對(duì)溫控工作方法進(jìn)行分析，以保證水利水電工程的整體質(zhì)量。