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探讨水利工程大体积混凝土温控防裂措施

发表时间：2021/4/6 来源：《建筑科技》2020年9月下作者：杨兴文

[导读] 近些年来，伴随我国水利工程建设不断发展，大体积混凝土应用范围愈加广泛，由于大体积混凝土自身体积较大、厚度较厚等特性，其在实际施工当中往往具有较多无可避免的技术难点，例如泌水、裂缝等，在这其中，又以裂缝这一问题极为普遍。

湖北大禹建设股份有限公司杨兴文

摘要：近些年来，伴随我国水利工程建设不断发展，大体积混凝土应用范围愈加广泛，由于大体积混凝土自身体积较大、厚度较厚等特性，其在实际施工当中往往具有较多无可避免的技术难点，例如泌水、裂缝等，在这其中，又以裂缝这一问题极为普遍。基于此，本文将主要针对如何在水利工程建设过程中通过温控有效避免大体积混凝土裂缝现象展开探讨。
关键词：水利工程；大体积混凝土；温控防裂
        引言：大体积混凝土的温度裂缝在很大程度上受其自身材料性能的影响，具有明显的时间效应。此外，温度应力和应变不能用简单的胡克定律来计算。产生温度裂缝的原因有很多，可归纳为：水泥水化热、混凝土环境和浇筑温度、混凝土约束条件、混凝土收缩。引起大体积混凝土温度裂缝的原因还有很多，如混凝土徐变、混凝土体积因素等。
        1大体积混凝土温度裂缝危害
        混凝土开裂受多种因素影响。结构的变形和开裂直接威胁着水利工程的安全，进而影响结构的外观。对于水利工程施工中的关键部位，如水闸墩、坝底板等，一但混凝土表面出现裂缝，如果不及时修补，会造成各种因素，降低混凝土结构的耐久性，并导致渗漏，增加整个水利工程结构的安全风险，甚至给当地人民生命财产安全带来严重威胁，相关人员必须高度重视混凝土裂缝，并采取切实有效的措施，避免混凝土裂缝的发生[1]。
        2.大体积混凝土温度裂缝主要形成原因
        大体积混凝土施工阶段温度裂纹的原因是复杂而综合的，虽然形成因素较多，但是却可大致分为两方面。一个是混凝土浇筑完成后的温度变化形成混凝土内部的温度梯度产生温度应力的大小。二是混凝土内产生的应力大小是否大于此时混凝土的强度，变形超过了混凝土的变形能力。大体积混凝土完成后，水泥的水化热会在短时间内释放大量的热量，使混凝土内部的温度急剧上升。一般达到六十至七十摄氏度。大体积混凝土一般结构尺寸大，混凝土材料的传热性能一般也比较差。在这种情况下，混凝土内部的热量传热路径过长，传递速度慢，不能立即传导，内部的温度上升幅度比表层的温度上升幅度大得多，结构内产生不均匀的温度场，混凝土内部和表面产生大的温度差，地基在结构边界条件的制约下，混凝土不能自由变形，产生温度应力。当这种温度应力过大时，大体积混凝土结构的表面会产生温度裂纹并发展。
        3.大体积混凝土减少温度裂缝有效措施
        3.1原材料控制
        首先，水泥产生的水化热会使混凝土内部温度上升，所以在配置大体积混凝土时，应尽量选择低水化热或中水化热水泥。水化热与水泥矿物成分、细度、所添加的外加剂品种、数量、水泥品种及混合材料有关，所以大体积混凝土应先选择矿渣硅酸盐水泥和粉煤类硅酸盐水泥。另外，利用混凝土的后期强度（90d～180d）减少了水泥的使用量，减少了水泥的使用量，自然减少了水化热。根据试验，每加10kg水泥，水化热产生温度相应增减1℃，水化热与水泥用量成比例。在条件允许下，还可以选择收缩性小的混凝土或有微膨胀性的水泥。这种水泥在水化过程中的膨胀会产生一定的预压应力[2]。这个预压应力部分抵消温度徐变应力，减少混凝土内的拉伸应力，提高混凝土的抵抗力。其次，在大体积混凝土的拌合过程中，适量添加粉煤粉。在混凝土中添加粉煤灰，可以代替一部分水泥和骨料。这样不仅降低了工程成本，还提高了混凝土的和易性和耐久性、抗硫酸盐性能和耐化学侵蚀性能，改善了混凝土的耐高温性能，减轻了颗粒分离和泌水现象。可以降低水化热，减少混凝土的收缩和裂缝。第三，制备体积大的混凝土时，选择等级高的骨料。

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骨料在大体积混凝土中占的比例最大，一般可以达到混凝土绝对体积的80%。因此，选择骨料特别重要。骨材应选用线膨胀系数小、弹性模量低、表面清洁无悬浮层、等级高的骨材。一般的粒度4mm～40mm的粗骨料，尽量采用中粗砂，并且严格控制砂、石骨料中泥的含量。另外，在混凝土中加入缓凝剂，对散热有效的混凝土凝结速度会变慢。另外，如果条件允许的话，可以考虑在大体积混凝土中混入硬物进行清洗，使其干净。规格是150mm～300mm的石头混合，从而有效减少混凝土中水泥总使用量。降低了水化热。另一方面，石头本身也吸收了一部分热量。水化热能进一步降低了。这明显有减少因水化热引起的温度裂纹的效果。最后，制作体积较大的混凝土时，请适当地加入高效的减水剂和引气剂。这样可以减少大体积混凝土的含水量和胶凝材料的使用量[3]。
        3.2技术控温
        不同的施工季节应采取不同的温控措施。在低温季节，主要采取集料覆盖、拌和水加热、防风等措施，控制浇筑温度不低于5℃。对于常温季节，浇筑温控可根据试验混凝土的实测温度选择合适的温控措施。对于高温季节，浇注温度控制措施包括：（1）混凝土在低温期浇筑。如果在夜间浇筑，尽量避免在白天气温较高时浇筑；（2）为了控制粉料温度，采用了提前进料、换仓、遮光等方法。遮阳棚、烟囱高度、喷雾或冷却空气用于降低骨料温度。用地下水、冷冻水或碎冰片代替全部或部分常温水搅拌。（3）缩短混凝土运输时间，减少转运次数。混凝土运输设备用帆布包裹，淋水降温，混凝土泵送设备采用遮阳。提高混凝土浇筑能力，缩短暴露时间。混凝土内部最高温度的控制措施主要有：（1）降低浇筑温度；（2）采用缓凝剂减缓升温速度；（3）合理分层、封堵，避免温度集中；（4）预留冷却水管或通风管，通冷却水或冷却风。在混凝土中埋设冷却水管是降低混凝土内部温度最直接有效的方法之一。混凝土浇筑完成后，根据混凝土温度的监测结果，采用水冷可以有效降低混凝土内部温度。另外，通过系统全面的温度监测和温度应力计算，掌握混凝土温度变化规律。根据水泥在混凝土中的水化作用和温度变化，可以通过调节冷却管内的水温和循环冷却水流速来降低混凝土内部温度。内表面温差和降温速率的控制主要通过“内分散外保护”来实现，即采取措施降低混凝土内部最高温度，对混凝土表面进行保温、保湿覆盖。具体养护措施包括覆盖土工布或塑料薄膜、蓄水、洒水、喷涂固化剂等[4]。
        除上述以外，为了防止混凝土开裂，温控措施是非常必要的。在具体的施工过程中，有很多细节需要注意。例如：（1）用碎冰片局部代替常温水时，要进行试验，确定最大取代量，以免过量的碎冰片不能正常搅拌，影响正常施工浇筑；（2）混凝土浇筑前，应先补水检查冷却水管接头有无渗漏。根据混凝土温度监测情况，及时调整冷却水流量。如果切断电源，重新供应冷却水，应根据混凝土温度监测判断冷却水管进水口的水温。如果不加判断直接供应冷却水，容易造成混凝土内部开裂；（3）当日平均气温低于5℃时，不允许直接在裸露的混凝土表面喷水或储水养护。
        结语：
        综合上文所述，水利工程大体积混凝土的施工时间长，受到环境的影响很大，而且大体积混凝土在凝固过程中会释放大量的水化热，引起混凝土的“内热外冷”，大体积混凝土的结构完成后容易产生裂缝。
参考文献：
[1]熊良贵. 大体积混凝土温控防裂措施在道桥工程中的应用[J]. 黑龙江交通科技, 2020, 43(04):110-111.
[2]熊玉荣. 大体积混凝土温控防裂技术的研究与应用[J]. 门窗, 2019, 168(12):272+274.
[3]刘剑涛. 水电站厂房大体积混凝土裂缝问题与防裂措施研究[J]. 百科论坛电子杂志, 2019(01):613.
[4]孙春刚. 主桥承台大体积混凝土开裂的起因与防裂措施[J]. 绿色环保建材, 2020, 160(06):132-133.