桥巩水电站工程大体积混凝土施工及温度裂缝控制

　　摘要：裂缝已成为水电工程常见的工程病害，大体积混凝土浇筑是所有水利工程施工的重中之重，本文结合桥巩水电站工程大体积混凝土的施工，探讨了土温度裂缝产生的原因，从材料的选料、混凝土配合比设计、施工方法选择、温度控制、养护等方面阐述了温度裂缝控制的措施，可为类似工程提供参考。

　　关键词：大体积混凝土；温度裂缝；产生原因；控制措施

　　Abstract: cracks has become a common disease of hydropower project engineering, mass concrete casting is all water conservancy project construction is the most important thing, combining with the bridge 巩 hydropower station of mass concrete construction, this paper discusses the soil temperature cracking reason, from material chooses thematerial, concrete proportion design, construction method choice, temperature control, this paper expounds the maintenance temperature crack control measures, can provide a reference for other similar projects.

　　Keywords: mass concrete; Temperature crack; Reason; Control measures

　　1 大体积混凝土温度裂缝产生的原因

　　1.1 水泥水化热引起的裂缝

　　水泥水化热引起的温度变形，是大体积混凝土产生裂缝的主要原因。混凝土内部的最

　　高温度一般出现在浇筑后的3 d～5 d，混凝土表面温度较低，而在大体积混凝土内部，由于截面尺寸较大，混凝土自身导热不良，混凝土内部的最高温度一般可达60℃～65℃，并且有较长的延续时间，形成热量积累，从而引起混凝土温度升高和体积膨胀，内外形成温度梯度，产生内约束，使得混凝土内部存在压应力，面层存在拉应力，当拉应力超过混凝土极限抗拉强度时，混凝土表面就产生了裂缝。混凝土的早期强度很低，随着龄期的增长，混凝土弹性模量和强度逐渐增加，对混凝土随后的降温变形约束较大，这时的温度应力如果超过极限抗拉强度时同样会出现裂缝。

　　1.2 外界气温变化的影响

　　外界气温变化，也会引起混凝土内部温度变化。混凝土温度应力是由水泥水化热温度、浇筑温度和外界气温变化共同引起的。其中浇筑温度是混凝土拌合物出机后经运输、卸料、泵送、浇筑、振捣等工序后的温度，其与外界气温的高低有直接的关系。因为外界气温愈高，混凝土的浇筑温度也愈高；而如果外界温度下降，又增加混凝土的降温幅度，特别是气温骤降，会大大增加外界混凝土与内部混凝土的温度梯度，这对大体积混凝土是极为不利的。一旦混凝土温度应力超过其抗拉强度时，混凝土就会出现裂缝。

　　2 混凝土配制

　　2.1 材料选择

　　混凝土配合比设计时，在保证混凝土具有良好工作性能的前提下，应尽可能的降低混凝土的单位用水量，采用"三低（低砂率、低坍落度、低水灰比）、二掺（掺高效减水剂和高性能引气剂）、一高（高粉煤灰掺量）"的设计准则，生产出"高强、高韧性、中弹、低热和高极拉值"的抗裂混凝土。

　　2.1.1 水泥及外加剂

　　采用525号普通硅酸盐水泥，水泥28天的水化热为460.93kJ。外加剂采用缓凝泵送型UEA-M外加剂。

　　2.1.2 骨料

　　选用粒径为5mm～40mm的石子，含泥量不到1%的中砂，同时不断地做含泥量试验，严格控制砂、石质量。

　　2.1.3 搅拌用水

　　由于施工期间正值夏季，室外最高气温高达35～40℃。针对这一工程状况，采用贮水池内加冰的方法降低水温，水冰掺量为1：1，用冰屑水搅拌混凝土，有效控制混凝土的入模温度，使其达到30℃以下。

　　2.2 优化混凝土配合比

　　采用泵送混凝土，坍落度控制在(150±20)mm；初凝时间控制在10h以上，终凝时间为(20±2)h，混凝土配合比如表1所示。

　　表1 混凝土配合比

　　材料              水泥    砂      石      水     UEA膨胀剂

　　配合比             1     1.65    2.47    0.43       0.136

　　每立方米用量/kg   440    726    1086.8   189.2       60

　　经试验表明，混凝土强度符合要求，塌落度为140mm～16Omm，符合泵送要求。

　　3 混凝土内外温差计算

　　3.1 混凝土的绝热温升：T=WQ0(1-e-mt)/cγ

　　式中：T为混凝土的绝热温升(℃)；

　　W为每m3混凝土的水泥用量(kg/m3 )，取440kg/m3；

　　Q0为每kg水泥28d的累计水化热，取460.93Kj/kg；

　　C为混凝土比热，取993.7J/(kg·K0)；

　　γ为混凝土体积密度，取2400 kg/m3；

　　t为混凝土龄期(d)；

　　m与水泥品种、浇筑时温度有关的常数。

　　算得混凝土最高绝热温升：Tmax=440×460930/(993.7×2400)=85.04(℃)

　　3.2 混凝土中心温度

　　Th= Tj+Tmaxζ          Tj = Tc +(Tp- Tc)(A1+A2+A3+…)

　　式中：Th为混凝土中心温度；

　　ζ不同浇筑混凝土厚度的温度系数，1m厚混凝土浇筑后3d，ζ=0.36；

　　Tj为混凝土浇筑温度(℃)；

　　Tc为混凝土拌合温度(它与各种材料比热及初温度有关)，取24℃；

　　Tp为混凝土浇筑时的室外温度，取24℃；

　　A1,A2,A3…为温度损失系数。

　　所以混凝土浇筑温度：Tj = Tc +(Tp- Tc)(A1+A2+A3)＝24+(30-24)×(0.064+0.126+0.18)

　　= 26.22(℃)

　　混凝土内部中心温度：Th=26.22+85.04×0.36 =56.83(℃)

　　3.3 混凝土内外温差

　　从上述计算得知，在浇筑后的第3d，混凝土内部实际温度约为57℃，比当时室外平均温度(30℃)高出约27℃，因此在蓄热养护中混凝土中心最高温度与表面温度之差以及混凝土表面温度与大气温度之差均可控制在25℃之内，不需要其他措施就可以满足抗裂需要。

　　3.4 混凝土温度应力计算

　　计算出累计最大温度应力为1.26N/mm2，小于C45混凝土抗拉强度1.74N/mm2，表明按此配合比施工，在充分养护的条件下，混凝土自身在龄期各阶段内部产生的温度应力均小于其本身的标准抗拉强度，不会出现温度裂缝。因此，关键是控制混凝土内部与混凝土表面的温差。

　　4 大体积混凝土施工

　　4.1 混凝土出机和入模温度控制

　　由于大体积混凝土浇筑在夏季，故要求搅拌站严格控制混凝土的出机温度在25℃左右。为此搅拌站对砂石料场、上料皮带及主机进行封装，将液体外加剂储存池设在地下，避免阳光直射；搅拌用水采用贮水池内加冰的方法，用冰屑水搅拌混凝土；在施工现场地给泵设置遮阳棚，混凝土输送管用毛毡包裹并浇水降温，控制浇筑的入模温度不超过30℃；施工现场周围定时洒水降温。

　　4.2 混凝土搅拌

　　混凝土搅拌采用二次投料法，即在搅拌的混凝土时，改变以往的投料程序，采取先把水、水泥和砂拌和后，再投放石子进行搅拌的方法。

　　4.3 混凝土运输

　　保证罐车满足均匀、连续供应混凝土的需要，加强调度减少停滞时间，对罐车保温、淋水降温。

　　4.4 混凝土浇筑振捣

　　混凝土的浇筑结合实际情况，采用斜面分层，取斜面的坡度为1/4，混凝土从浇筑层下端开始，逐渐上移。混凝土的振捣适应斜面分层浇筑工艺，在每个斜面层的上、下各布置一道振动器。上面的一道布置在混凝土卸料处，保证上部混凝土的捣实。下面一道振动器布置在近坡脚处，确保下部混凝土密实。随着混凝土浇筑的向前推进，震动器也相应跟上，分层浇筑时层间相距时间不能太长，避免产生冷缝。

　　4.5 混凝土泌水及表面处理

　　混凝土表面出现的泌水，主要以引流为主，将水引至后浇带流入集水坑。

　　对混凝土的表面处理在初凝前采用三次抹面刮平的方法以防止早期混凝土表面收缩裂缝的产生。初步按标高用长尺刮平，初凝前用铁滚筒碾压数遍，再用木蟹打磨压实，以闭合收水裂缝，约12h后，覆盖薄膜和麻袋充分浇水湿润养护。

　　4.6 混凝土养护

　　混凝土的养护和保温采用先2层塑料薄膜加盖2层麻袋，先1层塑料薄膜，后2层麻袋，再1层塑料薄膜，以保证混凝土内外温度差不超过25℃。养护时间为20天（不少于15天），拆模后立即回填土或再用麻袋覆盖保护。

　　5 结语

　　通过采取以上施工措施，有效的控制了大体积基础混凝土裂缝的产生，保证了工程质量。由此可见，合理选择材料、优化混凝土配合比、精心组织施工是大体积混凝土温度裂缝控制的关键。

　　参考文献：

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　　[4]王甲川.现浇大体积钢筋混凝土施工温度裂缝的防治[J].海南大学学报(自然科学版),2004,(3):245~248.