２０１１年第０３期 科技嚣向导 ◇建工论坛◇ 试论水工大体积混凝土温控的新方法 朱战胜 （中国水利水电第八工程局有限公司 湖南 长沙【摘４１ ０００７） 要】温控是建筑施工中极为关键的环境，膨胀后浇带配合相关的温控方法，能够保证大体积混凝土的施工有序进行， 同时还能显著防止温度收缩裂缝的形成。针对这一点，本文以实际案例为主，重点分析了水库闸墩混凝土的温控的相关问题。 【关键词】水利工程；大体积混凝土；温控方法 现代水利工程项日里．大体积混凝土的施工变得十分普 技术。 遍。施Ｔ人员发现造成的大量水化热及环境温度变化会给大 体积混凝土的体积稳定性带来诸多不利。要想显著控制温度 变化造成的裂缝数量。深入分析大体积混凝土施工期间的温度 变化情况．能够为温控方案的制定提供依据 １．工程案例分析 某水库属于大型等级．水库闸墩巾墩长２５ ｍ，高ｌ４．２ ｍ， 厚１．７ Ｉ／１：两边墩长、高和中墩相同．而厚度在高７．４ ｍ内时３ ｎｌ，超过７．４１￣则是直角梯形，到顶部的厚度在１．８ ｍ 该闸墩是 大体积混凝土的一种．因而．施］二环节里需要结合相关的措施 对温度控制 ２．设计温控方法 对大体积混凝土的项目设计时．需要准确分析造成混凝 土出现裂缝的因素．再针对施工中的混凝土温差、最高浇筑温 度范围等情况．设计相关的操作流程 主要方法包括了：基础 允许温差在１９－２２￣Ｃ．上下层温差在２０￣Ｃ 内外温差在２２℃ 混 凝土最高浇筑温度的控制需要根据一年的不同阶段进行，具 体情况：６－８月为３５～３７℃．５月和９月为３４℃，４月和１０月为 ３１～３３ｏＣ，３月和１１月为２７～３０℃ １月、２月、１２月为２４℃。在 施工环节里需要实施的温控方法包括： ｆＩ１原材料控制。混凝土是施丁的主要材料，选择时以特种 水泥』一生产的特种水泥或４２．５ ｔｌ以下的普通硅酸盐水泥为 主 配置混凝土时结合相关的附加剂．如：粉煤灰和高炉矿渣 等．可以增强混凝土的性能，有效控制凝结硬化速度，最终促 使了凝土放热速率的减慢，对于温度差异科学控制。减水剂、 缓凝剂能显著降低单位水泥用量．不断改善混凝土的流动性． 从而减小了水化热总量和减缓水化放热速度．实现对温差的 控制。ｆ２１预冷骨料。高温季节施工的最佳时间为１６：ｏ０～２２：００。 在筛分场的成品料堆上洒低温井水以实现骨料的预冷 １４：００～ １８：ｏ（）需要对拌和楼成品料场的骨料堆洒低温井水预冷。骨料 堆高超过６ ｉｎ之后需为成品料场采取避晒处理。（３）浇筑。当天 气气温过高时，需要对混凝土浇筑仓面设置遮阳棚．同时配合 喷雾减小温度，这样能防止在中午高温时段浇筑。ｆ４）低温水拌 和混凝土 处于７－９月高温季节时．需要利用冰水混合物实现 混凝土的拌合．加冰率控制在５０％。 本次工程选择了常态混凝土，采取３２．５Ｒ普通硅酸盐水泥， 同时配合了适当的粉煤灰和普通减水剂。施工时间处于１～３ 月．这一气候下无需对骨料、拌和水采取处理，浇筑时间和拌 和场地要与大体积混凝土标准相符 ３．温控新方法 现代施工技术提出现浇混凝土结构会受温度影响而出现 收缩现象．温度应力要从结构的两端往中间不断扩大，混凝土 结构的中间位置收缩应力不断变大．在最大温度应力超过混 凝土的抗拉强度后．此位置则会出现不同的裂缝．给施工质量 造成影响 、后浇带混凝土浇筑技术对于大体积混凝土施工而 言．其较为普遍的“抗放”方案 而鉴于其施工流程十分复杂， 操作起来难度较大．且需消耗相应的时间间隔起来，导致丁程 周期延长 而此项工程来巾分布常规后浇带几乎不可能，这是 由于此地区每年的５月则达到防汛期．Ｔ程最好５月前结束。 这就需要参照工程状况．适当设计闸墩混凝土膨胀加强带，积 极运用ＵＥＡ补偿收缩混凝土超长结构无缝设计和连续施工 ２３０ ３．１ ＵＥＡ膨胀加强带的作用 膨胀混凝土在凝结硬化过程中适当膨胀，在钢筋和邻位的 约束下，可在混凝土的内部建立一定的自应力。这种自应力对 温度变化产生的收缩应力具有一定的补偿作用．从而在一定程 度上防止了超长结构的开裂．同时也避免了后期混凝土施工的 不便。其作用原理见图１。 。 ｌ刀 矗 ０／一一 一— ～ ＼Ｈ 鞋搬担琏 ｒ／ 一 ＼］ Ｉ ａ ％ ｌ ｊ Ｉ、■ 嬲 ２ Ｉ 薹鳃 遁璺带 图１后浇带对拉应力的影响 由图１可知：普通混凝土结构的应力由两端向中间增长， 在ＤＨ点产生的温度应力已经超过混凝土的抗拉极限应力，开 始释放能量 导致裂缝的产生 而在设置膨胀加强带的超长结 构中 在加强带混凝土的膨胀补偿作用下，其应力曲线见图１ 中ＡＤＥＦＧＨＣ 当温度应力从两端向中间逐渐增长至膨胀带 时，膨胀带部位储存较大的自应力对其进行了一定的补偿，从 而使其应力义有所下降：随后应力又开始随长度的进一步增加 而重新增长：当结构长度控制在一定范围内时，其结构中的最 大应力值一直小于混凝土的极限抗拉强度，保证了超长结构混 凝土不开裂。这就是膨胀加强带的主要作用原理。 ３．２加强带的设置与施工 由图１可知．膨胀加强带的位置设置是否合理对加强带能 否起作用至关重要 有关研究表明，结构闸墩裂缝通常出现在 距两端７～８ ｍ的范围 因此，该工程在闸墩上下游的三等分点 处各设置一道加强带。其宽度为２ ｍ，加强带的两侧密铺密孔钢 丝网．并用横竖直径为１６～１８ｒａｍ的钢筋进行加固，以防止两侧 混凝土流入加强带。施工时，加强带以外使用普通混凝土，浇筑 至加强带改用膨胀混凝土，其强度等级比两侧普通混凝土强度 等级高．浇筑至另一侧时又改用普通混凝土，如此循环，连续浇 筑至闸墩顶部 ４．混凝土温度计算 混凝土收缩变形值表达式为 ｓｍ＝￡ｏ（１一ｅ ｘＭ￣ｘＭ２ｘＭｓｘ…ｘＭ 其中：ｓ。取３．２４ｘ１０－￣，ｅ＝２．７１８，ｂ＝０．０１，ｔ＝２８ ｄ，Ｍ１、Ｍ２、…、 Ｍ 只考虑水灰比、养护时间、环境湿度的影响，取Ｍ４＝１．１４７、 Ｍ６＝０．９３、Ｍ７＝０．７，则ｅ（２８）＝０．４ｘｌＯ 。 混凝土收缩当量温差为： Ｔｙ＝ｅＪｃ￣ 其中：混凝土线膨胀系数ｄ取１．０ｘｌ０－５，￡㈤＝０．４ｘ１０ ，则 Ｔｙ＝４￣Ｃ。 混凝土弹性模量： Ｅｍ＝Ｅｃ（１一ｅ 其中：普通混凝土弹性模量Ｅｃ取２．８ｘ１０４ＭＰａ，则Ｅ ＝２． ５７ｘｌＯ４ＭＰａ：膨胀混凝土弹性模量Ｅｃ取３ｘｌ０４ＭＰａ，则Ｅ㈤＝ ２．７６ｘ１０４ＭＰａ。 混凝土的最大综合温差： ＡＴ＝Ｔｏ＋２／３Ｔｈ＋Ｔｙ—Ｔｑ （下转第２３５页） ◇建工论坛◇ 科技嚣向导 ２０１１年第０３期 浅析混凝土裂缝的原因及预防措施 袁林 ｆ萝北县建设工程质量监督站黑龙江萝北 １ ５４２００） 大量的工程和实践理论分析表明，钢筋混凝土构件基本上 ３．５现场模板拆除不当．引起拆模裂缝或拆模过早。 都是带裂缝Ｔ作的，只是有些裂缝很细，甚至肉眼看不见（缝宽＜ ４．使用原因 ０．５ｍｍ），一般对结构的使用无大的危害，允许其存在。有些裂缝 ４．１构筑物基础不均匀沉降。产生沉降裂缝。 在使用荷载或外界物理及化学因素作用下，不断产生和发展引 ４．２使用荷载超负 起混凝土碳化、保护层剥落及钢筋锈蚀，使钢筋混凝土强度和 ４．３野蛮装修．随意拆除承重墙或凿洞等，引起裂缝。 刚度受到削弱．耐久性降低．危害结构的正常使用．严重时甚至 ４－４周围环境影响，酸、碱、盐等对构筑物的侵蚀，引起裂缝。 发生垮塌事故．必须加以控制 ４．５意外事件。火灾、轻度地震等引起构筑物的裂缝。 混凝土裂缝产生的形式很多．有设计方面的原因，但更多 ５．混凝土裂缝的预防措施 的是施工过程的各种因素组合产生的．要根本解决混凝土裂 ５．１设计 缝问题．还是需要从混凝土裂缝的形成原因人手 正确判断和 在设计上要注意容易开裂的部位．如深基与浅基、高低跨 分析混凝土裂缝的成因是有效地控制和减少混凝土裂缝产生 处等．应考虑到由于地基的差异、沉降或结构原因而引起的薄 的最有效的途径。 弱环节，在设计中加以解决。在构件截面允许、配筋率不变而 １．砼的收缩 且浇筑方便的条件下．钢筋直径越小则对预防开裂越有利 收缩是砼的一个主要特性．对砼的性能有很大影响，由于 ５．２施工方案 收缩而产生的微观裂缝一旦继续发展．则有可能引起结构物 良好的施工方案与预防、控制裂缝有很大的关系。施工方 的开裂、变形甚至破坏。产生收缩裂缝的原因，一般认为在施 案主要应确定一定浇筑量、施工缝间距、位置及构造、浇筑时 工阶段因水泥水化热及外部气温的作用引起砼的收缩．这样 间、运输及振捣等 一次浇筑长度由垂直施工缝分割．最好是 的裂缝．多为规则的条状．很少交叉，常发生在结构变截面处， 设置在变截面处或承受拉、剪、弯应力较小的部位。除控制一 往往与受力钢筋平行。收缩裂缝多发生在大体积砼中，梁、板、 次浇筑厚度外．分层位置即水平施工缝留设位置也应加以注 柱等到小块体构件．预应力构件极少产生收缩裂缝 意，一般来说，应尽量留在变截面处，或远离受拉钢筋部位而 ２．混凝土材料及配合比 设在砼的受压力区．确定浇筑时间的原则应昼避开炎热天气 配合比设计不当直接影响砼的抗拉强度．是造成砼开裂 和昼夜温差大的日子 不可忽视的原因。配合比不当指水泥用量过大，水灰比大，含 ５．３施工质量 砂率不适当，骨料种类不佳，选用外加剂不当等，这几个因素 施工阶段是裂缝预防的主要阶段．在施工阶段应注意以 是互相关联的。 下几个问题：首先砼要有合适的配合比．不仅要满足强度要 求、施工要求，还要从防止产生裂缝的需要出发。其次钢筋的 ３．施工及现场养护原因 牢固，以免施工中变形。第三是 ３．１现场浇捣混凝土时，振捣或插入不当，漏振、过振或振 成型和模板安装位置要准确、过分地振捣对砼均匀性有害，振捣不足 捣棒收撤过快．均会影响混凝土的密实性和均匀性，诱导裂缝 浇筑、振捣操作合理，也不能保证砼应有的密实度．要恰到好处 的产生 ５－４养护 ３．２高空浇筑混凝土，风速过大、烈日暴晒．混凝土收缩值 常规的养护方法是喷水，对一般砼结构。减小表面收缩．防 增大。 ３－３大体积混凝土工程。缺少两次抹面．易产生表面收缩 止龟裂是可行的．大体积砼块体内外温度不一致．强度增长不 裂缝 同，常常是在强度增长慢的表面开裂。因此要尽量晚拆模．拆模 避开外界气候的影响．养护期应以砼 ３．４现场养护措施不到位，混凝土早期脱水．引起收缩裂 后要立即覆盖或及时回填，缝 强度增长最快的阶段为准，即７至２８天，最好能长些。 （上接第２３０页）该工程Ｔ。取８℃，各龄期大气平均温度Ｔｑ取 工程从施工到投入使用没有出现裂缝，可见该工程采用的综合 １０％，计算得ＡＴ＝２７．１￣Ｇ。 温控措施是可行的。 混凝土降温收缩应力： ６．结语 综上所述，当大体积混凝土结构形成裂缝时会对其使用 其中：混凝土泊松比 ｃ为０．２，徐变松弛系数ｓ 取０．３。混 性能造成很大的影响，应该及时采取措施进行修补调整。这就 凝土外约束系数Ｒ取０．３２。则普通混凝土降温收缩应力盯 ： 需要对大体积混凝土结构的裂缝做好施工措施．从而缓解外 ０．８３７ Ｎ／ａｍ’ｒ／Ｊ、于规范要求的最大收缩应力：膨胀混凝土降温 界温度变化给坝体带来的温度影响，有效降低坝体表面的拉 盯ｍ＝一Ｅ∞ △Ｔ【（１一ｔｘｃ）Ｓ（，）Ｒ］ 收缩应力盯 ＝Ｏ．８９８ Ｎ／ｍｍ，，Ｊ、于规范要求的最大收缩应力。说 应力，从而对裂缝的形成起到很好的控制作用。 明养护期间混凝土可能出现裂缝的概率较低。理论上混凝土不 会出现因温度收缩应力而产生的裂缝 ５．测试结果 不管是普通混凝土还是膨胀混凝土，其实测最大水化热温 升均比理论计算最大绝热温升要低，实际工程中，混凝土由水 化热引起的收缩温度应力比理论计算的要小 因此相对于大体 积混凝土来说更安全、更有利。在相同时间内，混凝土内外温差 也满足大体积混凝土温差小于２２％的要求。通过实际观察，该 【参考文献】 ［１］孙晓虎，齐剑，张军．大体积混凝土裂缝控制技术在工程中的应用ｍ． 混凝土．２００８．（８）：１０５—１０８． 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