水利水電工程大體積混凝土溫控途徑

王曉強

中國電建集團國際工程有限公司 北京 100036

1 大體積混凝土概述

我們通常將混凝土結(jié)構(gòu)中長度不小于1米的混凝土結(jié)構(gòu)稱為大體積混凝土。大體積混凝土具有澆筑量大、結(jié)構(gòu)尺寸大、鋼筋布置多、影響因素多的特點。它還具有強度高、抗沖擊性能好、經(jīng)濟實用、成型性強等優(yōu)點。由于大體積混凝土澆筑面積大，水化熱引起的溫度應(yīng)力和混凝土本身的特性受到很大影響，容易造成裂縫。水利水電工程建設(shè)項目較多，特別是大壩、涵洞、水閘、橋梁等大體積混凝土應(yīng)用較多的工程建設(shè)項目[1]。

2 大體積混凝土產(chǎn)生溫度應(yīng)力的原因及溫控重要性

2.1 大體積混凝土產(chǎn)生溫度應(yīng)力的原因

水泥是混凝土的基本建筑材料，它在水化時釋放出大量的熱量。水泥的水化熱大致呈甜瓜狀。如果是絕熱混凝土，水化熱可使溫度升高-℃。如果考慮混凝土的原始溫度，混凝土的最高溫度將達到-℃。但水泥的水化熱釋放時間較長，一般需要幾十天到幾個月的時間。一般來說，前一天的放熱量最大。在一般情況下，當(dāng)構(gòu)件的尺寸和厚度不大時，其放熱速度相對較快。將空氣、土壤和水散發(fā)到周圍環(huán)境中，因此混凝土內(nèi)部的溫度與周圍環(huán)境的溫度相差不大。但由于混凝土的熱耗散，體積增大，混凝土是一種熱耗散相對較差的介質(zhì)。因此，在初始階段，約有一天，混凝土的放熱率大于散熱率，溫度不斷升高。體積因熱而膨脹。從那以后，由于熱量的釋放大大減少，混凝土?xí)捎诔掷m(xù)大量的散熱而導(dǎo)致溫度下降，導(dǎo)致體積收縮。在地基或地基的阻礙下，混凝土的膨脹或收縮產(chǎn)生了混凝土的壓應(yīng)力或拉應(yīng)力。

在加熱階段，混凝土溫度升高，體積膨脹。由于地基等的約束，膨脹受到限制，混凝土產(chǎn)生一定的壓應(yīng)力。但在初始階段，混凝土強度仍相對較低，彈性模量和松弛系數(shù)也相對較小。因此，壓應(yīng)力值不大。在冷卻階段,混凝土內(nèi)部溫度達到峰值時,熱釋放率和熱釋放率的水泥都大大減少,和混凝土的溫度逐漸降低,因為散熱速度大于熱釋放率和體積逐漸開始萎縮。同時，由于地基等的約束，收縮不能自由進行，在混凝土中逐漸產(chǎn)生拉應(yīng)力。在冷卻階段，混凝土的強度和彈性模量會有很大的提高，松弛系數(shù)也會很大。因此，單位溫差引起的應(yīng)力增量相對較大。因此，隨著混凝土結(jié)構(gòu)內(nèi)部溫度的逐漸降低，不僅早期的壓應(yīng)力被抵消，而且一旦此時的拉應(yīng)力超過混凝土，大的拉應(yīng)力也可以稱為外部約束應(yīng)力。在大體積混凝土中，抗拉強度可能引起裂縫，特別是通縫裂縫[2]。

2.2 溫控的重要性

大體積混凝土的施工極其復(fù)雜。為了避免在澆筑過程中出現(xiàn)裂縫，需要大量的高效操作，極易發(fā)生水化熱反應(yīng)，尤其是在夏季施工時。這種反應(yīng)是產(chǎn)生裂縫的重要原因，而溫差也會產(chǎn)生力，導(dǎo)致混凝土膨脹、不均勻沉降等問題。如果混凝土本身的拉力較低，容易產(chǎn)生裂縫，對水電質(zhì)量造成危害。因此，應(yīng)采取適當(dāng)?shù)臏囟瓤刂拼胧乐沽鸭y的發(fā)生。大體積混凝土的溫度控制對水利水電工程施工質(zhì)量有很大影響。如果防治不科學(xué)，混凝土就難以避免裂縫、碳化等病害，損害混凝土的抗?jié)B性、耐腐蝕性和承載能力。因此，需要采用科學(xué)有效的溫度控制方法來延長水利水電的使用壽命，保證水利水電的質(zhì)量。

3 大體積混凝土防范裂縫溫控方法

3.1 加強混凝土的溫度監(jiān)測工作

溫度控制是大致積混凝土工程的關(guān)鍵組成部分，是避免溫度裂縫的關(guān)鍵。做一份好工作的溫度測量、掌控坩堝之內(nèi)的溫度變動,立即變更導(dǎo)電與維護措施,這間的差別混凝土中心溫度與表面溫度,混凝土表面間的差異與大氣溫度不應(yīng)超過25℃。

大體積混凝土的簡單測溫方法可以直接測量混凝土內(nèi)部溫度，設(shè)備簡單，精度高，成本低。具體做法如下：（1）使用φ48腳手架鋼管或其他無縫鋼管,壁厚是最好是2毫米,內(nèi)徑是30毫米～50毫米。按照要求的長度切斷，將鋼板一端與比鋼管外徑大10毫米的圓形鋼板緊密焊接，使其不會滲漏。（2）焊接鋼管為等邊三角形，置于底板的加筋網(wǎng)板上，焊接牢固。然后，將橡膠套放置在距鋼管底部50mm處。管子的兩端用鐵絲固定，以確保水不能滲透。內(nèi)管。鋼管口用木塊堵住了。鋼管平面布置為兩點600mm；上管底距混凝土板表面150mm，中管底距板底1/2板厚，下管底距板底150mm。（3）混凝土澆筑后，將自來水注入鋼管中，通過定期將桿式溫度計插入鋼管中，即可知道鋼管下部的混凝土溫度。通過比較不同深度管材的溫度，可以知道混凝土上下點的溫差。

3.2 控制混凝土溫升

在冷卻階段，大體積混凝土結(jié)構(gòu)因為溫度上升與水分融化因而膨脹，內(nèi)部應(yīng)力不能自由變形因而造成溫度應(yīng)力。所以，掌控水泥水化冷引發(fā)的溫升，即減少冷卻溫差，可減少溫度應(yīng)力，避免溫度裂縫的發(fā)生，可于泵的頂部展現(xiàn)作用。借以掌控大體積混凝土結(jié)構(gòu)由于水泥水化冷引發(fā)的溫升，需實行適當(dāng)?shù)氖┕ご胧?。?）降低混凝土澆注溫度。如果材料通過地面；覆蓋棚架，噴水霧等措施降低集料溫度。粗集料通過空氣冷卻、浸水、噴水等方式進行預(yù)冷。從預(yù)冷庫到攪拌廠房的集料應(yīng)采取保溫和保溫措施?；炷翑嚢钑r，可用冷水、冰等作冷卻措施。在炎熱季節(jié)，應(yīng)加快混凝土澆筑施工進度，減少混凝土暴露時間；基礎(chǔ)部分的混凝土應(yīng)在適宜的季節(jié)澆筑。（2）降低大壩內(nèi)外溫差。為了減小壩體內(nèi)外溫差，防止或減少地表裂縫，在低溫季節(jié)到來之前，應(yīng)將壩體溫度降低到設(shè)計要求的溫度。如果水在大壩中間冷卻，則是通過計算確定的，通常約2個月。水溫與混凝土溫差不應(yīng)超過20℃，日溫差不應(yīng)超過1℃[3]。

4 結(jié)語

綜上所述，大致積混凝土溫控方法是水利水電工程建設(shè)之中的關(guān)鍵技術(shù)手段，對于水利水電工程質(zhì)量具有關(guān)鍵影響。假如溫度控制效果不顯著，容易出現(xiàn)溫度裂縫，造成鋼筋銹蝕、混凝土耐久性、荷載力降低、碳化等問題。因此，有必要結(jié)合季節(jié)特點對溫控工作方法進行分析，以保證水利水電工程的整體質(zhì)量。