淺談碾壓混凝土施工中溫度裂縫控制

陳漢軍

摘要：某水庫樞紐工程為拋物線薄壁混凝土雙曲拱壩，為確保碾壓混凝土施工質量，除滿足設計強度、抗滲、抗凍等級外，在施工期需嚴格控制混凝土凝固過程中水化熱引起的內外溫差，防止溫度應力造成混凝土裂縫。項目在施工期采取了一些技術措施進行溫度控制，通過一系列措施使碾壓混凝土溫度應力裂縫得到了很好的控制。

關鍵詞：碾壓混凝土;溫度應力裂縫控制

1 溫度控制的目的

水工混凝土結構應用廣泛，混凝土裂縫的出現會導致混凝土結構的強度、安全性和耐久性顯著降低。為確保混凝土施工質量和強度等級，高溫季節正常施工的連續性，控制碾壓混凝土在凝固過程中水化熱引起的內外溫差，防止因溫度應力造成混凝土裂縫是施工中有待解決的關鍵性問題。

2 混凝土溫度裂縫的成因

碾壓混凝土受施工環境、邊界約束、水化熱、混凝土質量、混凝土性能指標、施工管理水平等因素影響均可產生裂縫，但究其主要原因則是混凝土在受約束條件下，溫度拉應力超過了混凝土的允許變形能力。根據溫度應力（（1）自生應力。邊界無約束或者完全靜止的結構，結構本身互相約束產生的應力;（2）約束應力。結構的部分或者全部邊界受到外界的約束，不能自由變形產生的應力。）從宏觀角度分析碾壓混凝土大壩開裂主要分為以下幾類：（1）表面裂縫產生是因為表面混凝土比內部混凝土降溫較快，壩體內部和外部的變形不同產生約束差引起的;（2）壩面裂縫施工期因表面干縮、水平施工縫層間結合強度低。運行期間因年度氣溫變幅的氣溫驟升驟降，導致裂縫產生;（3）貫穿裂縫主要是大壩在施工期壩體最高溫度下降到穩定溫度，體積收縮變形受到邊界影響產生的。

3 混凝土溫度裂縫的防控措施

3.1 優化配合比

混凝土中水和水泥的化學反應產生大量水化熱，水化熱是產生溫度變化和溫度應力的主要原因，導致混凝土內外溫差過大，易引起混凝土裂縫。所以在混凝土配合比摻配過程中應合理選擇水泥品種和用量。合理地選擇骨料、外加劑、摻合料，在滿足設計要求下減少膠凝材料用量，摻拌具有較強的抗裂強度的混凝土配合比，是減少水泥水化熱的主要因數。

3.2 降低混凝土入倉溫度

碾壓混凝土溫差標準主要分為：基礎容許溫差、上下層允許溫差、混凝土內外溫差。根據《碾壓混凝土壩設計規范（SL314—2004）》、某水庫樞紐工程碾壓混凝土施工澆筑塊最大邊長，參照碾壓混凝土壩基礎允許溫差。按碾壓混凝土極限拉伸0.7×10-4折算，建議碾壓混凝土壩基礎允許溫差△T如表2所示。能確定洞河水庫大體積混凝土基礎強約束區混凝土容許溫差為14.5～12℃，弱約束區容許溫差為16.5～14.5℃。基礎強約束區和弱約束區穩定溫度為13.5℃左右。因此，本項目強約束區允許最高溫度分別為27.5℃和29.5℃。碾壓混凝土施工時，當下層混凝土齡期超過28 d，其上層混凝土應控制上下層溫差。上下層容許溫差是指在成型混凝土上面（齡期超過28 d）上下各L/4范圍內，上層混凝土最高平均溫度與混凝土開始澆筑時下層實際溫度之差，允許溫差為17℃。同時，澆筑成型的混凝土內外溫差經計算，本項目成型混凝土內外溫差需控制在23℃以內。

故降低混凝土入倉口溫度滿足設計基礎容許溫差、上下層允許溫差、混凝土內外溫差是避免混凝土開裂的一項重要因素。在混凝土開倉前，首先對細骨料、粗骨料的儲存倉的四周，混凝土攪拌站料斗、儲水箱、皮帶運輸機、拌合站等整個拌和生產線采用遮陽棚、防曬網，防止陽光直射，減少陽光直射造成的骨料升溫。同時，要求石料供應商在高溫季節時段對砂石料場的粗骨料進行覆蓋和噴淋降溫，同步將砂石料拉運時間調整為夜間低溫時段，在開倉前先堆滿砂石骨料料倉，并用挖機翻甩加高料堆，預防骨料倉骨料內部溫度上升。料倉采用噴霧炮覆蓋粗骨料進行降溫，在料堆上部空間形成水霧層，對骨料起到隔熱保溫作用，確保在外部溫度上升不會導致骨料溫度的上升。在拌合站出機口加裝冰塊風機對在拌和機下方接料的自卸汽車內的拌合用混凝土進行降溫。其次混凝土拌合水抽取河道內深水坑采集地下冷水作為混凝土拌和水，用雙層聚苯乙烯泡沫板對水罐進行保溫。儲水罐溫度上升的情況下，在拌和水中加碎冰進行拌和用水水溫調節，確保出機口拌制的混凝土溫度不大于碾壓混凝土壩基礎允許溫差△T、上下層允許溫差。

3.3 合理安排倉面的澆筑層厚度

對于碾壓混凝土，澆筑層越薄，通過層面散失的熱量越多，溫升就越小。在采用預冷骨料時，混凝土澆筑溫度低于氣溫，這時熱量通過澆筑層面倒灌，混凝土溫度將回升，澆筑層越薄，回升越嚴重，從溫度控制角度考慮，澆筑層厚度應使澆筑總升溫Tm=Tt+T1最小，Tt為水化熱溫升，T1為溫度回升。

3.4 合理安排施工時段

對于高溫季節來說，碾壓混凝土層面間隔時間過長容易引起質量問題，其他季節不會發生質量問題，其實不然。碾壓混凝土層面凝固時間，受外界環境影響，混凝土表面水分蒸發、表層水泥漿脫水、干硬、凝固，這些情況不僅僅會發生在炎熱的夏季，在其他季節強輻射天氣也會造成相應質量問題。所以，在碾壓混凝土澆筑前必須查清施工時段的天氣情況，及時做好處理措施，在施工工期允許的情況下，安排夜間施工，白班施工時段在施工完成的碾壓混凝土表面覆蓋保溫被并加強內部冷卻通水養護。

3.5 碾壓混凝土的快速施工

考慮施工進度、質量、安全，一般碾壓混凝土大壩施工均安排在冬春枯水季節，便于導流、外界環境溫度適宜。但若不能在一個枯水期完工時，大壩且具有一定導流能力時，不宜停止施工，因為停工復工間隔時間長，新老混凝土表面約束應力大，易產生裂縫。故加快澆筑速度，縮短層間間隔時間，不用太多考慮層面散熱問題。因碾壓混凝土水化熱遠遠低于常態混凝土，只要做好相應降溫措施，則快速施工也是防止混凝土表面約束應力產生導致裂縫產生的一種辦法。

3.6 小環境氣候的創造和施工機械合理地調配

在混凝土澆筑前，用地下水浸潤倉面，降低倉面初始溫度，倉面搭設遮陽網棚，避免混凝土在入倉前陽光直射，造成混凝土溫度升高。并安排噴霧人員進行倉面噴霧，降低澆筑過程中的倉面溫度，改變倉面小環境，增加倉內濕度，減小VC值損失，減少混凝土在澆筑過程中的溫升。碾壓混凝土施工中及時溝通拌合站，合理調配碾壓混凝土運輸車數量，縮短混凝土運輸時間，避免混凝土在倉外停留時間過長導致溫度升高，并對自卸汽車和混凝土罐車進行遮蓋灑水進行保溫避免外界溫度升高后導致混凝土溫度升高;倉面合理安排機械設備，加快混凝土層面的覆蓋速度和平倉振搗速度，做到不堆料、壓料，提高混凝土澆筑強度。

3.7 混凝土澆筑后溫度控制措施

大壩混凝土冷卻水宜采用冷卻水降溫，當冷卻水管上層混凝土覆蓋完成后開始通水。管路中水的流速可控制在0.6 m/s左右，管中水流方向應每24 h調換一次。在通水冷卻過程中，通過混凝土中埋設的安全檢測儀器對應對每個澆筑塊混凝土的溫度進行全過程的跟蹤，建立溫度—時間過程線，控制混凝土每天降溫不超過1℃，避免因降溫過快過大，產生混凝土內部溫度應力，造成混凝土裂縫。

4 結語

本文通過對已完成碾壓混凝土施工的某水庫樞紐工程溫度控制與裂縫資料分析，總結了碾壓混凝土溫控防裂及裂縫形成原因，對溫控防裂中的幾個問題進行分析，提出了一些可行的溫控措施。

參考文獻：

[1]朱伯芳.混凝土壩溫度控制與防止裂縫的現狀與展望[J].水利學報，2006（12）：1424-1432.

[2]水利部.水工混凝土施工規范：SL 677—2014[S].北京：中國水利水電出版社，2014.

[3]國家能源局.水工碾壓混凝土施工規范：DL/T 5112—2009[S].北京：中國電力出版社，2009.

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