三灣水利樞紐工程混凝土溫控防裂措施分析

黃舉

（丹東市鴨綠江防洪護(hù)岸工程建設(shè)管理局，遼寧丹東118000）

三灣水利樞紐工程混凝土溫控防裂措施分析

黃舉

（丹東市鴨綠江防洪護(hù)岸工程建設(shè)管理局，遼寧丹東118000）

針對嚴(yán)寒地區(qū)混凝土溫度控制與防裂措施要求高的情況，結(jié)合遼寧三灣水利樞紐工程混凝土施工，運(yùn)用數(shù)值模擬軟件對混凝土施工過程中的溫控設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)及要求進(jìn)行研究，得到了混凝土合理的澆筑層厚以及不同部位的溫控標(biāo)準(zhǔn)，并介紹了工程具體的溫控防裂措施。工程實(shí)踐證明，對于采用溫控防裂措施的混凝土施工基本達(dá)到了預(yù)期成效，未出現(xiàn)危害性的溫度裂縫。

混凝土；溫度控制；防裂措施

1 工程概況

三灣水利樞紐工程位于遼寧東部山區(qū)，該地區(qū)多年平均氣溫為8.1℃，其中7月、8月最高為23.3℃，夏季最高氣溫超過25℃，1月份最低氣溫低于-10℃，屬于嚴(yán)寒地區(qū)。晝夜溫差變化較大，極易引起混凝土溫度應(yīng)力并產(chǎn)生表面裂縫，進(jìn)而發(fā)展為深層裂縫。因此，對混凝土的施工工藝需采取有效的溫度控制措施，以保證工程質(zhì)量。

2 溫控設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)及要求

結(jié)合工程實(shí)際，通過ANSYS軟件對擋水壩段大體積混凝土施工情況進(jìn)行模擬，模擬澆筑層厚度分別為1.0 m和1.5 m，分析混凝土表面特征點(diǎn)及內(nèi)部點(diǎn)溫度、應(yīng)力變化情況。

1）溫度場分析。模擬得到不同澆筑層厚度情況下混凝土內(nèi)表溫度及差值，分析得出：當(dāng)增加混凝土澆筑厚度時(shí)，其內(nèi)外溫差會發(fā)生明顯的變化，最大溫度差增加了近21%。究其原因主要是由于大體積混凝土自身導(dǎo)熱特性差，導(dǎo)熱速度慢，澆筑厚度由1.0 m增加到1.5 m時(shí)，混凝土表面的散熱情況會發(fā)生改變，散熱量減少，表面溫度分布不均勻，在較短的時(shí)間內(nèi)混凝土溫度梯度增加明顯，這與實(shí)際情況較為相符。

2）應(yīng)力場計(jì)算。分析不同澆筑厚度表面特征點(diǎn)溫度應(yīng)力可知：混凝土表面應(yīng)力以拉應(yīng)力為主，這也正是混凝土溫度裂縫產(chǎn)生的主要原因。而觀察應(yīng)力曲線的波動得到，應(yīng)力變化歷經(jīng)三個階段，即急速增長階段、緩慢增長階段以及快速下降階段?；炷翝仓穸?.0 m和1.5 m的極限拉應(yīng)力值分別為0.58 MPa和0.66 MPa，應(yīng)力峰值分別出現(xiàn)在第6 d和第7 d，而其極限為0.87 MPa、0.92 MPa，滿足設(shè)計(jì)要求。由此可知，在施工條件相同的情況下，選擇1.0 m和1.5 m澆筑厚度時(shí)，混凝土表面溫度值以及內(nèi)外溫差較為接近，且最大拉應(yīng)力小于混凝土承受極限，這表明混凝土設(shè)計(jì)溫控防裂措施有效。因此，結(jié)合當(dāng)?shù)貧夂驐l件，夏季高溫時(shí)段基礎(chǔ)約束區(qū)混凝土澆筑厚度選擇1.0 m，而其他時(shí)段為1.5 m，層間歇不小于7 d。

2.1 溫控設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)

1）基礎(chǔ)溫控標(biāo)準(zhǔn)。以工程區(qū)多年平均氣溫作為基礎(chǔ)穩(wěn)定溫度，計(jì)算得到約束區(qū)混凝土最高允許溫差，見表1。

2）上下層及內(nèi)外混凝土溫差控制。如若上下兩層混凝土澆筑時(shí)間間隔超過了28 d，則下層混凝土面上1/4L區(qū)域內(nèi)，上層混凝土按照上下層混凝土溫差標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行控制，一般應(yīng)小于17℃。而混凝土在不同時(shí)期形成的內(nèi)外溫差也需要區(qū)別對待，早期控制在12℃以內(nèi)，中后期則不超過14℃。

表1 約束區(qū)最高允許溫差

3 混凝土溫控防裂措施

結(jié)合工程混凝土場地施工條件以及類似混凝土工程成功施工經(jīng)驗(yàn)，決定大體積混凝土施工過程中采用以下綜合措施。

3.1 控制混凝土澆筑溫度

1）控制出機(jī)口溫度。一般混凝土出機(jī)口溫度控制在12℃以內(nèi)，視實(shí)際情況可適當(dāng)進(jìn)行調(diào)整。要求選用合適成品料、骨料，并做好相關(guān)的保管措施，避免混凝土原料溫度過高，影響出機(jī)口溫度。該工程選用42.5級中熱硅酸鹽水泥，大體積混凝土均采用三級配，骨料最大粒徑控制在80 mm以內(nèi)，降低混凝土出現(xiàn)絕熱升溫的可能性。同時(shí)，亦可采取預(yù)冷骨料、灑水噴霧、冷水拌合等方式降低混凝土出機(jī)口溫度。

2）減少混凝土溫度回升。這主要涉及兩個方面的內(nèi)容：首先，控制混凝土運(yùn)輸過程中的溫度回升，自出機(jī)口至澆筑地點(diǎn)混凝土溫差不得超過1.0℃?？刹扇〉拇胧┯校哼\(yùn)輸混凝土之前首先對運(yùn)輸車廂進(jìn)行噴霧冷卻，在車廂外部鋪設(shè)防曬或防雨篷布等。其次，避免混凝土澆筑施工中的溫度回升，這對保障混凝土施工質(zhì)量有著重要作用?？赏ㄟ^以下幾種措施加以控制：一是避開高溫施工時(shí)段，結(jié)合工程施工進(jìn)度盡可能選擇氣溫較低時(shí)段施工；二是合理規(guī)劃混凝土澆筑倉面的面積，減少暴露時(shí)間，一般情況下特殊時(shí)段混凝土最高暴曬事件不得超過1 h，且各層混凝土覆蓋事件控制在4 h以內(nèi)，對于大體積混凝土澆筑可改用斜層平推法或調(diào)整倉號的方法；三是每層混凝土澆筑完畢后加蓋保溫被，避免出現(xiàn)溫度倒灌的情況出現(xiàn)；四是在混凝土澆筑前在倉面中進(jìn)行噴霧降溫。

3.2 通水冷卻

冷卻水管材料選用塑料管，導(dǎo)熱系數(shù)應(yīng)復(fù)合工程設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)。冷卻管布設(shè)采用蛇形布置方式，水平與垂直間距都控制在1.5 m，間距可適當(dāng)進(jìn)行調(diào)整?；炷翝仓笆紫韧ㄈ胫评渌苤欣鋮s水溫度不超過10℃，流速以0.6 m/s為宜，初次通水時(shí)間控制在18 d左右。單根冷卻水管的長度控制在300 m以內(nèi)，水流方向每天調(diào)換一次，每循環(huán)中觀察水文降溫應(yīng)小于1℃。一般情況下，冷卻水水溫與最高允許溫度的差值應(yīng)在合理范圍內(nèi)，以小于25℃為宜，如溫差過高可先通入河水進(jìn)行過渡，再通入制冷水。

3.3 混凝土表面養(yǎng)護(hù)

混凝土表面裂縫大多發(fā)生在澆筑施工階段，而其原因主要是混凝土表面溫度變化過快，導(dǎo)致內(nèi)外溫差加大，混凝土在溫度應(yīng)力的作用下產(chǎn)生裂縫。因此，在混凝土施工完畢后應(yīng)及時(shí)做好表面的保護(hù)與養(yǎng)護(hù)工作，尤其對于大體積混凝土而言?；炷敛鹉＿^后，可采用灑水養(yǎng)護(hù)或覆蓋保溫材料等方式，而對特殊部位混凝土還需要采取全年覆蓋持水保溫材料?；炷琉B(yǎng)護(hù)時(shí)間一般不得少于28 d，視情況增加養(yǎng)護(hù)周期。

3.4 現(xiàn)場溫度監(jiān)測

混凝土澆筑施工過程中，可根據(jù)現(xiàn)場條件選用合適的溫度監(jiān)測裝置，工程選用普通溫度計(jì)，而對大體積、特殊部位混凝土則采取內(nèi)部預(yù)埋電阻式溫度計(jì)的方式，以期取得和達(dá)到每一澆筑層內(nèi)的混凝土溫升沒有超過規(guī)定的最大溫升。如若出現(xiàn)混凝土澆筑層中的溫度超過規(guī)定的最大允許溫升，則該層混凝土及所有上面覆蓋的混凝土澆筑層均將予以清除。在混凝土澆筑過程中，每4 h測一次混凝土原材料的溫度、出機(jī)口溫度及氣溫，并安排專門人員進(jìn)行相關(guān)數(shù)據(jù)記錄。

4 結(jié)語

混凝土溫度裂縫是水工混凝土常見的質(zhì)量問題，其出現(xiàn)多是由于澆筑階段溫控防裂措施實(shí)施不當(dāng)或不到位，影響工程消能正常的發(fā)揮，特別對于大體積混凝土或關(guān)鍵部位混凝土結(jié)構(gòu)，其可能影響整個工程的施工質(zhì)量。三灣水利樞紐工程混凝土施工起初由于溫控措施不到位，導(dǎo)致部分混凝土結(jié)構(gòu)出現(xiàn)裂縫，但經(jīng)過專項(xiàng)研究和有效的溫度控制標(biāo)準(zhǔn)及措施，確定了合理的混凝土參數(shù)，保障了工程混凝土施工質(zhì)量。

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