论水利工程大体积混凝土的温控措施

【摘要】:随着国家对水利建设投资的增加,大体积混凝土技术已广泛应用于工程项目中,对施工质量及裂缝控制要求也越来越高。本文分析了大体积混凝土裂缝成因,提出大体积混凝土的温控措施。

【关键词】：水利工程；大体积混凝土；温控措施

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引言

随着我国水利水电事业的发展，越来越多的水利工程的规模逐渐扩大，混凝土大坝体积也越来越大，而随着混凝土体积的增大，很多水利大坝都出现了不同程度、不同形式的裂缝，这是一个相当普遍的现象。正因为如此，水利工程大体积混凝土工程的温度裂缝的控制刻不容缓。文章主要结合水利工程大体积混凝土裂缝的成因，对大体积混凝土工程中的裂缝成因及其防范措施进行分析研究。

一、大体积混凝土裂缝成因分析

1.温度裂缝

温度裂缝是由温度变化在不同的约束条件下，致使微观裂缝扩展形成宏观裂缝。一般来说，表面裂缝如果较浅、没有发展到结构中的钢筋表面且随温度变化不再发展，通常不影响工程质量，但绝大多数是有害裂缝。

2.水泥水化热

水泥水化热是大体积混凝土中主要温度因素。混凝土在硬结过程中，由于水泥的水化作用，在硬化的初始几天，混凝土内部产生大量的水化热，混凝土温度升高。由于混凝土是热的不良导体，体积越大，相对散热就越小，因此在混凝土内部形成热量的积聚。内部水化热散失速度慢，而外部混凝土散热较快，水化热温升随壁（板）厚度增加而加大，混凝土块体形成一定的温度梯度。无论温升阶段还是温降阶段，混凝土中心温度一直高于混凝土表面温度。根据热胀冷缩的原理，中心部分混凝土膨胀速率要比表面混凝土大。因此，混凝土中心与表面各质点间的内约束以及来自地基及其他外部边界约束的共同作用，使混凝土内部产生压应力，混凝土表面产生拉应力。当温度梯度大到一定程度时，表面拉应力超过混凝土的极限抗拉强度时，混凝土表面产生裂缝。在升温阶段，混凝土未充分硬化，弹性模量小，因此拉应力较小，只引起混凝土表面裂缝。

3.外界温度的影响

外界气温的变化对混凝土的影响非常明显。因为外界气温越高，混凝土的浇筑温度也越高，而如果外界温度下降，就会增加混凝土的降温幅度，特别是在气温骤降的情况下，会大大增加外界混凝土与混凝土内部的温度梯度，这对大体积混凝土来说存在着极大的隐患。

4.混凝土的收缩

混凝土中大概百分之二十的水分是水泥硬化过程所必须的,而另外的百分之八十的水分最终会被蒸发掉。然而，多余水分的蒸发必然会引起混凝土体积的收缩。假如混凝土收缩后,再处于水饱和状态,还可以恢复膨胀并几乎达到原有的体积。干湿交替会引起混凝土体积大小的交替变化,这种现象混凝土是很不利的。

二、大体积混凝土温度裂缝的控制措施

1.正确选用粗细骨料

为满足工程要求，将水泥效用发挥到最大，粗骨料应选择最佳粒径。建筑工程的大体积钢筋混凝土，粗骨料的规格影响着结构物的配筋间距、模板形状以及混凝土浇筑工艺等环节。用自然连续级配的粗骨料配制出的混凝土具有和易性好的优点，选择合适的用量就能达到较好抗压强度，是粗骨料的首选。要考虑工程的实际情况，选用合适的粗骨料，同时优化级配设计，并做好施工准备工作。在混凝土输送过程中，砂率大小是级配设计中首要考虑的问题，砂率过大会影响混凝土强度，所以说，在满足可泵性的条件下，应该尽可能的降低砂率。此外，必须严格控制砂、石的含泥量，一旦砂、石的含泥量超过规定，不仅会增加混凝土的收缩，同时也会降低混凝土抗拉强度，对混凝土的抗裂十分不利，要不断探索，将石子和砂的含泥量控制在适当的范围内。

2.掺加外加剂

为了满足送到现场的混凝土具有一定坍落度，如果在施工的过程中一味增加水泥的用量，不但使得水泥的使用成本大大增加，从另一角度讲，更是增加了混凝土的收缩时间，导致水泥水化热温度增加。如此一来，更容易引起水泥温度裂缝的产生，因此选择合适的外加剂是保证水泥质量的基础。木质素磺酸钙属阴离子表面活性剂，对水泥颗粒有明显的分散效应，并能使水的表面张力降低而引起加气作用。因此，在混凝土中掺入水泥重量0.25%的木钙减水剂，不仅明显改善混凝土和易性，并且又减少了10%左右的拌和水，节约10%左右的水泥，从而降低了水化热，在另一方面也降低了工程成本。

3.降低骨料、拌和用水的温度

通常采取以下措施:①对进行骨料预冷，但必须有排水措施，保证骨料含水量稳定。②选定水温在5℃～10℃时，其降温效果比较明显。③夏季施工要搭棚遮阳，可使骨料温度相对降低2℃～4℃。

4.加强混凝土的保温和养护

新浇筑的混凝土强度低、抵抗变形能力小,其表面容易出现干缩裂缝。对混凝土进行保温和防护的主要目的，就是减小混凝土表面与内部温差及表面混凝土温度梯度,防止表面裂缝的发生。进行保温保湿养护,养护时间不应少于14d,使混凝土硬化过程中产生的温差应力小于混凝土的抗拉强度,从而可避免混凝土产生贯穿性的有害裂缝。常温保温层,可以对混凝土表面因受大气温度变化或雨水袭击的温度影响起到缓冲作用；负温保温则根据工程项目地点、气温以及控制混凝土内外温差等条件进行设计。保温层兼有保湿的作用,如果用湿砂层,温锯末层尤为突出,保湿可以提高混凝土的表面抗裂能力。

5.加强混凝土的温度监测工作

大体积混凝土的简易测温法,只需要采用较简单的设备,就能直观地测得混凝土内部温度,而且精确度高,花费少。具体做法如下:(1)使用φ48的脚手架钢管或其他无缝钢管,管壁厚度以2mm为宜,内径为30mm～50mm。按量取所需长度截断,其一端用比钢管外径大10mm的圆钢板焊牢密闭,使其不能渗水。(2)焊接好的钢管呈正三角形,布置于绑扎好的底板钢筋网架上,并焊牢,再用橡皮套管套于距钢管底部50mm处,管两端用铁丝扎牢,确保水不能渗入管内。钢管口用木块塞好。钢管平面布置点,两点间距为600mm;上管底距混凝土板面150mm,中管底距板底为1/2板厚,下管底距板底面150mm。(3)混凝土浇筑后,即向钢管中装入自来水,每隔一定时间用棒式温度计伸入管中,即可知该钢管下部混凝土温度。将不同深度管中所测温度相比较,即能得知该处混凝土上下点的温差。从而能控制混凝土养护温度,确保底板混凝土工程质量。

6.控制混凝土的出机温度

为了结构的内外温差，控制混凝土出机温度和浇筑温度也是非常重要的。想要有效的控制出机温度，就必须依据搅拌前混凝土原材料总的热量等于搅拌后混凝土总热量的原理，得到的混凝土出机温度的理论计算公式。由此可能知道，虽然石子的比热较小，但其在1m3混凝上中所占的重量较大；水的比热虽然最大，但它的重量在1m3混凝土中占得百分比较小。所以，对混凝土出机温度影响最大的因素是石子及水的温度。在实际操作过程中，只要合理控制好石子和水的温度，就能够很好的控制混凝土的出机温度。

结束语

在水利工程大体积混凝土施工中,保温养护目的主要是降低其浇筑块体的内外温差以及降低混凝土块体的降温速度,利用混凝土的抗拉强度,以提高混凝土块体的抗裂能力,达到防止温度裂缝形成的目的。同时,在养护过程中保持良好的温度和防风条件,施工人员应根据事先确定的温控指标的要求,来确定大体积混凝土浇筑后的养护措施。

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