大體積混凝土溫控與防裂技術(shù)分析
關(guān)鍵詞：大體積混凝土，表面裂縫，溫控，防裂
溫度變化是引起大體積混凝土開裂的一個重要因素，人們對溫度裂縫問題的認(rèn)識是隨著科技水平的發(fā)展而發(fā)展的�；炷翂瘟芽p問題之所以長期得不到解決，主要是人們在認(rèn)識上還存在誤區(qū)。過去人們比較重視基礎(chǔ)溫差的控制，而對表面保溫的認(rèn)識不夠深入，往往只注重早期混凝土的保護，而忽略了后期混凝土的保護，導(dǎo)致混凝土壩出現(xiàn)了不少裂縫[1]。本文主要就大體積混凝土溫控與防裂技術(shù)進行相關(guān)分析。
1溫控的目的及內(nèi)容
水工大體積混凝土溫度控制的目的：(1)防止由于混凝土溫度的不利分布而產(chǎn)生各種裂縫，包括防止最高溫度過高引起溫降總量過大，內(nèi)外溫差過大及寒潮襲擊(氣溫驟降)產(chǎn)生的不同情況的各種裂縫。(2)為了進行接縫(縱、橫縫等)灌漿，使壩體滿足結(jié)構(gòu)受力要求，采用人工冷卻措施，降低壩體溫度至預(yù)定溫度(如穩(wěn)定溫度或年平均氣溫等)。(3)為了簡化施工程序，提高機械化施工程度和工效、要求盡可能地大塊澆筑，這就對溫度控制提出了更嚴(yán)格的要求。
為了達(dá)到上述目的，大體積混凝土閘、壩溫度控制的內(nèi)容應(yīng)該包括下述3方面：(1)降低混凝土內(nèi)產(chǎn)生的最高溫升，即減少混凝土最高溫度與將來預(yù)定溫度(如穩(wěn)定溫度等)間的差值。(2)使各點溫度盡量均勻，不致形成混凝土承受不了的溫度梯度。(3)使壩體按照規(guī)定要求達(dá)到它的預(yù)定溫度值(如穩(wěn)定溫度、準(zhǔn)穩(wěn)定溫度、年平均溫度等)，以便進行灌漿處理，也解除了以后再產(chǎn)生較大溫度應(yīng)力的威脅。
2混凝土出現(xiàn)裂縫的判斷依據(jù)
由于混凝土結(jié)構(gòu)物在溫度應(yīng)力和溫度變形的作用下，混凝土結(jié)構(gòu)中會產(chǎn)生溫度應(yīng)力和溫度應(yīng)變。因此，當(dāng)混凝土結(jié)構(gòu)物內(nèi)溫度應(yīng)力達(dá)到一定數(shù)值并超過混凝土的抗拉強度或結(jié)構(gòu)物的溫度應(yīng)變達(dá)到一定數(shù)值并超過混凝土的最大拉應(yīng)變時，混凝土結(jié)構(gòu)物中就會產(chǎn)生裂縫。
如果混凝土塊體因溫度變化受到約束產(chǎn)生的應(yīng)力大于混凝土允許抗拉強度將導(dǎo)致發(fā)生裂縫，反之當(dāng)產(chǎn)生的應(yīng)力明顯小于混凝土允許抗拉強度，則會發(fā)生裂縫。
同理，也可以從應(yīng)變角度來判別，即如果混凝土塊體因溫度變化受到約束產(chǎn)生的應(yīng)變大于混凝土極限拉伸值將導(dǎo)致發(fā)生裂縫，反之當(dāng)產(chǎn)生的應(yīng)變明顯小于混凝土極限拉伸值則不發(fā)生裂縫。
3控制溫度應(yīng)力、防止裂縫的技術(shù)措施
在大體積混凝土結(jié)構(gòu)內(nèi)一旦出現(xiàn)大的裂縫，要通過修補以恢復(fù)結(jié)構(gòu)的整體性實際上是很困難的。因此，對于大體積混凝土結(jié)構(gòu)的裂縫，應(yīng)以預(yù)防為主。由于裂縫問題牽涉的因素較多，施工周期較長，經(jīng)驗表明，要完全防止大體積混凝土結(jié)構(gòu)的裂縫，既有可能，又很不容易，需要精心設(shè)計、精心施工。防止大體積混凝土結(jié)構(gòu)的裂縫，應(yīng)從以下幾方面著手[2]。
3.1選擇合理的結(jié)構(gòu)形式和分縫分塊
在設(shè)計階段應(yīng)充分重視結(jié)構(gòu)形式對溫度應(yīng)力和裂縫問題的影響，特別是在寒冷地區(qū)，應(yīng)盡量少用對溫度變化很敏感的薄壁結(jié)構(gòu)。在實體重力壩與寬縫重力壩的對比中，應(yīng)重視寬縫重力壩暴露面積大，比實體重力壩易于出現(xiàn)裂縫這一特點，盡量少用寬縫重力壩，尤其是在寒冷地區(qū)。
澆筑塊尺寸對溫度應(yīng)力有重要影響，澆筑塊越大，溫度應(yīng)力也越大，越容易產(chǎn)生裂縫，因此，合理的分縫分塊對防止裂縫有重要意義。當(dāng)澆筑塊尺寸控制在15mX15m左右時，溫度應(yīng)力已經(jīng)比較小，基礎(chǔ)約束高度也只有3~4m左右。在氣候溫和地區(qū)，裂縫的可能性較小，但在寒冷地區(qū)，由于溫差過大，這種尺寸的澆筑塊仍然難免出現(xiàn)大量裂縫，需要嚴(yán)格的保溫措施。
3.2選擇混凝土原材料、優(yōu)化混凝土配合比
選擇混凝土原材料、優(yōu)化混凝土配合比的目的是使混凝土具有較大的抗裂能力，就是要求混凝土的絕熱溫升較小、抗拉強度較大、極限拉伸變形能力較大、熱強比較小、線性膨脹系數(shù)較小、自生體積變形最好是微膨脹，至少是低收縮。
(1)選擇水泥。內(nèi)部混凝土主要考慮抗裂性能好、兼顧低熱和高強兩方面的要求，一般采用低熱礦渣水泥、中熱硅酸鹽水泥或硅酸鹽水泥摻入一定量的粉煤灰。外部混凝土除了要求抗裂性能外，還要求抗凍融性、耐磨性、抗蝕性、強度較高及干縮較小，因此一般采用較高標(biāo)號的中熱硅酸鹽水泥。當(dāng)環(huán)境水具有硫酸鹽侵蝕性時，應(yīng)采用抗硫酸鹽水泥。(2)摻用混合材料。摻用混合材料的目的在于降低混凝土的絕熱溫升、提高混凝土抗裂能力。混合材料包括礦渣、粉煤灰、燒粘土等。目前粉煤灰采用較多。(3)摻用外加劑。外加劑由減水劑、引氣劑、緩凝劑、早強劑等多種類型。減水劑是最常用、最重要的外加劑，它具有減水和增塑的作用，在保持混凝土坍落度及強度不變的條件下，可減少用水量，節(jié)約水泥、降低絕熱溫升。引氣劑的作用是在混凝土中產(chǎn)生大量微小氣泡以提高混凝土的抗凍融性。緩凝劑用于夏季施工，早強劑則用于冬季施工。(4)優(yōu)化混凝土配合比。在保證混凝土強度及流動度條件下，盡量節(jié)省水泥，降低混凝土絕熱溫升。
3.3嚴(yán)格控制混凝土溫度、減小基礎(chǔ)溫差、內(nèi)外溫差及表面溫度驟降
嚴(yán)格控制混凝土溫度是防止裂縫的最重要措施。(1)降低混凝土澆筑溫度，通過冷卻拌和水、加冰拌和、預(yù)冷骨料等辦法降低混凝土出機口溫度，采用加大混凝土澆筑強度、倉面保溫等方法減少澆筑過程
中的溫度回升。(2)水管冷卻。在混凝土內(nèi)埋設(shè)水管，通低溫水以降低混凝土溫度。(3)表面保溫。在混凝土表面覆蓋保溫材料，以減小內(nèi)外溫差、降低混凝土表面溫度梯度。
3.4重視施工前期準(zhǔn)備工作
我國不少工程施工單位在施工前期，只重視混凝土制備和澆筑方面的準(zhǔn)備工作，而不重視混凝土溫度控制方面的準(zhǔn)備工作。到了開始澆筑混凝土?xí)r，由于制冷廠不能投入運用等原因，混凝土溫度控制不能滿足設(shè)計要求，而早期澆筑的基礎(chǔ)部分混凝土正是在溫度控制方面最重要的混凝土，其結(jié)果是，花錢買了設(shè)備，但卻沒有發(fā)揮應(yīng)有的作用。在施工前期，一定要重視混凝土溫度控制方面的準(zhǔn)備工作，如制冷廠、制冰機的安裝調(diào)試，冷卻水管及保溫材料的準(zhǔn)備等等。
3.5加強施工管理
(1)提高混凝土施工質(zhì)量。為了防止裂縫，除了嚴(yán)格控制混凝土溫度外，還需要加強施工管理、提高混凝土施工質(zhì)量。顯然，在一個混凝土澆筑塊中，混凝土的強度不是均勻的，裂縫總是從強度最低的薄弱處開始。當(dāng)混凝土質(zhì)量控制不嚴(yán)、混凝土強度離差系數(shù)G大時，裂縫就多。因此，為了防止裂縫，一定要加強施工管理，提高混凝土施工質(zhì)量。(2)薄層、短間歇、均勻上升。在混凝土澆筑進度安排上，盡量做到薄層、短間歇(5~1Od)、均勻上升，避免突擊澆筑一塊混凝土，然后長期停歇；避免相鄰壩塊之間過大的高差及側(cè)面的長期暴露；尤應(yīng)避免“薄塊、長間歇”，即在基巖或老混凝土上澆筑一薄塊而后長期停歇，經(jīng)驗表明，這種情況極易產(chǎn)生裂縫。(3)盡量利用低溫季節(jié)澆筑基礎(chǔ)部分混凝土。(4)加強養(yǎng)護。(5)嚴(yán)格控制溫度，這也是施工管理中的一個重要方面。
4永久保溫對混凝土壩防裂的影響
在大體積混凝土結(jié)構(gòu)中，溫度變化不但可能引起裂縫，對結(jié)構(gòu)的應(yīng)力狀態(tài)也具有重要影響，有時溫度應(yīng)力在數(shù)值上可能超過其他外荷載引起的應(yīng)力。因此，必須對壩體進行嚴(yán)格的溫度控制以防止壩體出現(xiàn)裂縫。大壩施工期間適當(dāng)控制混凝土最高溫度、調(diào)整接縫灌漿溫度，可以使運行期表面拉應(yīng)力有所降低，但降幅有限，防止運行期混凝土壩出現(xiàn)裂縫的最有效措施是用保溫板對壩面進行永久保溫。在運行期，混凝土建筑物表面與外界空氣和水接觸，水溫和氣溫的周期性變化對混凝土表面溫度影響非常大，對混凝土內(nèi)部的溫度也有一定的影響。永久保溫可降低外界溫度變化對混凝土表面的影響，保持混凝土的整體穩(wěn)定。
對壩體進行永久保溫，可有效降低外界溫度變化對壩體溫度的影響；對壩體進行永久保溫，可大大減小壩體表面拉應(yīng)力，有效控制了表面裂縫的出現(xiàn)，對大壩的安全運行提供保證。
5結(jié)語
在大體積混凝土結(jié)構(gòu)內(nèi)一旦出現(xiàn)裂縫，要通過修補以恢復(fù)結(jié)構(gòu)的整體性實際上是很困難的。因此，對于大體積混凝土結(jié)構(gòu)的裂縫，應(yīng)以預(yù)防為主。本文主要針對溫度裂縫問題以及溫控防裂問題進行闡述。論述了永久保溫對混凝土壩防裂的影響。永久保溫可有效降低外界溫度變化對壩體溫度的影響；大大減小壩體表面拉應(yīng)力，有效控制了表面裂縫的出現(xiàn)，對大壩的安全運行提供保證。
參考文獻：
[1]湯建龍.淺析大體積混凝土裂縫的原因、修補及防治措施[J].科技創(chuàng)業(yè)月刊,2009,01.
[2]李軍政,胡照星.橋梁工程中大體積混凝土裂縫的原因與控制[J].科技信息,2009,05.
