大體積混凝土工程中溫度控制方法

關(guān)鍵詞：大體積混凝土，溫度裂縫，溫度控制，水化熱      

  隨著我國(guó)各項(xiàng)基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的加快和城市建設(shè)的發(fā)展, 大體積混凝土已經(jīng)愈來(lái)愈廣泛地應(yīng)用于大型設(shè)備基礎(chǔ)、橋梁工程、水利工程等方面。這種大體積 混凝土具有體積大、混凝土數(shù)量多、工程條件復(fù)雜和施工技術(shù)要求高等特點(diǎn), 在設(shè)計(jì)和施工中除了必須滿足強(qiáng)度、剛度、整體性和耐久性的要求外, 還必須控制溫度變形裂縫的開展, 保證結(jié)構(gòu)的整體性和建筑物的安全。因此控制溫度應(yīng)力和溫度變形裂縫的擴(kuò)展, 是大體積混凝土設(shè)計(jì)和施工中的一個(gè)重要課題。

大體積混凝土的溫度裂縫的產(chǎn)生原因

 大體積混凝凝土施工階段產(chǎn)生的溫度裂縫，時(shí)期內(nèi)部矛盾發(fā)展的結(jié)果，一方面是混凝土內(nèi)外溫差產(chǎn)生應(yīng)力和應(yīng)變，另一方面是結(jié)構(gòu)的外約束和混凝土各質(zhì)點(diǎn)間的內(nèi)約束阻止這種應(yīng)變，一旦溫度應(yīng)力超過(guò)混凝土所能承受的抗拉強(qiáng)度，就會(huì)產(chǎn)生裂縫。

1、水泥水化熱

  在混凝土結(jié)構(gòu)澆筑初期，水泥水化熱引起溫升，且結(jié)構(gòu)表面 自然散熱。因此，在澆筑后的 3 d ～ 5 d，混凝土內(nèi)部達(dá)到最高溫 度。混凝土結(jié)構(gòu)自身的導(dǎo)熱性能差，且大體積混凝土由于體積巨大，本身不易散熱，水泥水化現(xiàn)象會(huì)使得大量的熱聚集在混凝土內(nèi)部，使得混凝土內(nèi)部迅速升溫。而混凝土外露表面容易散發(fā)熱 量，這就使得混凝土結(jié)構(gòu)溫度內(nèi)高外低，且溫差很大，形成溫度應(yīng)力。當(dāng)產(chǎn)生的溫度應(yīng)力( 一般是拉應(yīng)力) 超過(guò)混凝土當(dāng)時(shí)的抗拉強(qiáng)度時(shí)，就會(huì)形成表面裂縫

2、外界氣溫變化

大體積混凝土結(jié)構(gòu)在施工期間，外界氣溫的變化對(duì)防止大體積混凝土裂縫的產(chǎn)生起著很大的影響�；炷�土內(nèi)部的溫度是由澆筑溫度、水泥水化熱的絕熱溫度和結(jié)構(gòu)的散熱溫度等各種溫度疊加之和組成。澆筑溫度與外界氣溫有著直接關(guān)系，外界氣溫愈高，混凝土的澆筑溫度也就會(huì)愈高；如果外界溫度降低則又會(huì)增加大體積混凝土的內(nèi)外溫差梯度。如果外界溫度的下降過(guò)快，會(huì)造成很大的溫度應(yīng)力，極其容易引發(fā)混凝土的開裂。另外外界的濕度對(duì)混凝土的裂縫也有很大的影響，外界的濕度降低會(huì)加速混凝土的干縮，也會(huì)導(dǎo)致混凝土裂縫的產(chǎn)生。

大體積混凝土的溫度控制措施

針對(duì)大體積混凝土溫度裂縫成因, 可從以下幾方面制定溫控防裂措施。

 混凝土溫度控制的原則是：（1）盡量降低混凝土的溫升、延緩最高溫度出現(xiàn)時(shí)間；（2）降低降溫速率；（3）降低混凝土中心和表面之間、新老混凝土之間的溫差以及控制混凝土表面和氣溫之間的差值。溫度控制的方法和制度需根據(jù)氣溫（季節(jié)）、混凝土內(nèi)部溫度、結(jié)構(gòu)尺寸、約束情況、混凝土配合比等具體條件確定。

1、 使用水化熱低的水泥

 由于礦物成分及摻合料數(shù)量不同, 水泥的水化熱差異較大。鋁酸三鈣和硅酸三鈣含量高的, 水化熱較高,摻合料多 的水泥水化熱較低。因此選用低水化熱或中水化熱的水泥品種配制混凝土。不宜使用早強(qiáng)型水泥。采取到貨前先臨 時(shí)貯存散熱的方法, 確�；炷�土攪拌時(shí)水泥溫度盡可能較低。 

2、 使用微膨脹水泥

 使用微膨脹水泥的目的是在混凝土降溫收縮時(shí)膨脹,補(bǔ)償收縮, 防止裂縫。但目前使用的微膨脹水泥, 大多膨脹過(guò)早, 即混凝土升溫時(shí)膨脹, 降溫時(shí)已膨脹完畢, 也開始收 縮, 只能使升溫的壓應(yīng)力稍有增大, 補(bǔ)償收縮的作用不大。 所以應(yīng)該使用后膨脹的微膨脹水泥。

3、控制砂、石的含泥量

 嚴(yán)格控制砂的含泥量使之不大于3% ; 石子的含泥量, 使之不大于 1% , 精心設(shè)計(jì)、選擇混凝土成分配合如盡可 能采用粒徑較大、質(zhì)量?jī)?yōu)良、級(jí)配良好的石子。粒徑越大、級(jí)配良好, 骨料的孔隙率和表面積越小, 用水量減少, 水泥用量 也少。在選擇細(xì)骨料時(shí), 其細(xì)度模數(shù)宜在 26~ 29。工程實(shí)踐證明, 采用平均粒徑較大的中粗砂, 比采用細(xì)砂每方混凝土中可減少用水量 20~ 25kg, 水泥相應(yīng)減少 28~ 35kg, 從而 降低混凝土的干縮,減少水化熱, 對(duì)混凝上的裂縫控制有重要作用。

4、采用線脹系數(shù)小的骨料

 混凝土由水泥漿和骨料組成, 其線脹系數(shù)為水泥漿和骨料線脹系數(shù)的加權(quán) (占混凝土的體積 )平均值。骨料的線脹系數(shù)因母巖種類而異。不同巖石的線脹系數(shù)差異很大。大體積混凝土中的骨料體積占 75% 以上, 采用線脹系數(shù)小的骨 料對(duì)降低混凝土的線脹系數(shù), 從而減小溫度變形的作用是十分顯著的。 

5、外摻料選擇 

 水泥水化熱是大體積混凝土發(fā)生溫度變化而導(dǎo)致體積變化的主要根源。干濕和化學(xué)變化也會(huì)造成體積變化,但通常都遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于水泥水化熱產(chǎn)生的體積變化。因此，除采用水化熱低的水泥外, 要減小溫度變形, 還應(yīng)千方百計(jì)地降低水泥用量, 減少水的用量。根據(jù)試驗(yàn)每減少10kg水泥, 其水化熱將使混凝土的溫度相應(yīng)升降1℃。這就要求: （1）在滿足結(jié)構(gòu)安全的前提, 盡量降低設(shè)計(jì)要求強(qiáng)度。

（2）眾所周知, 強(qiáng)度越低, 水泥用量越小。充分利用混凝土后期強(qiáng)度, 采用較長(zhǎng)的設(shè)計(jì)齡期混凝 土的強(qiáng)度, 特別是摻加活性混合材 (礦渣、粉煤灰 )的。大體積混凝土因工程量大, 施工時(shí)間長(zhǎng), 有條件采用較長(zhǎng)的設(shè)計(jì)齡期, 如 90d、180d等。折算成常規(guī)齡期 28d的設(shè)計(jì)強(qiáng)度就可降低, 從而減小水泥用量。

（3）摻加粉煤灰: 粉煤灰的水化熱遠(yuǎn)小于水泥, 7d約為水泥1/3, 28d約為水泥的1/20摻加粉煤灰減小水泥用量可有效降低水化熱。大體積混凝土的強(qiáng)度通常要求較低, 允許參加較多的粉煤灰。另外, 優(yōu)質(zhì)粉煤灰的需水性小, 有減水作用, 可降低混凝土的單位用水量和水泥用量; 還可減小混凝土的自身體積收縮, 有的還略有膨脹, 有利于防裂。摻粉煤灰還能抑制堿骨料反應(yīng)并防止因此產(chǎn)生的裂縫。 （4）摻減水劑: 摻減水劑可有效地降低混凝土的單位用水量, 從而降低水泥用量。緩凝型減水劑還有抑制水泥水化作用, 可降低水化溫升, 有利于防裂。大體積混凝土中摻加的減水劑主要是木質(zhì)素磺酸鈣, 它對(duì)水泥顆粒有明顯的分散效 應(yīng), 可有效地增加混凝土拌合物的流動(dòng)性, 且能使水泥水化較充分, 提高混凝土的強(qiáng)度。若保持混凝土的強(qiáng)度不變, 可節(jié)約水泥 10% 。從而可降低水化熱, 同時(shí)可明顯延緩水化熱 釋放速度, 熱峰也相應(yīng)推遲。

  降低混凝土的澆筑溫度對(duì)控制混凝土裂縫非常重要。相同混凝土，入模溫度高的溫升值要比入模溫度低的大許多�；炷�土的入模溫度應(yīng)視氣溫而調(diào)整。在炎熱氣候下不應(yīng)超過(guò)28℃，冬季不應(yīng)低于5℃。在混凝土澆筑之前，通過(guò)測(cè)量水泥、粉煤灰、砂、石、水的溫度，可以估算澆筑溫度。若澆筑溫度不在控制要求內(nèi)，則應(yīng)采取相措施。

1、在高溫季節(jié)、高溫時(shí)段澆筑的措施

（1）除水泥水化溫升外, 混凝土本身的溫度也是造成體積變化的原因, 有條件的應(yīng)盡量避免在夏季澆筑。若無(wú)法做到, 則應(yīng)避免在午間高溫時(shí)澆筑。

（2）高溫季節(jié)施工時(shí), 設(shè)混凝土攪拌用水池 (箱 ), 拌和混凝土?xí)r, 拌和水內(nèi)可以加冰屑 (可降低 3~ 4 )和冷卻骨料 (可降低 10以上 ), 降低攪拌用水的溫度。

（3）高溫天氣時(shí), 砂、石子堆場(chǎng)的上方設(shè)遮陽(yáng)棚或在料堆上覆 蓋遮陽(yáng)布, 降低其含水率和料堆溫度。同時(shí)提高骨料堆料高度, 當(dāng)堆料高度大于 6m 時(shí), 骨料的溫度接近月平均氣溫。

（4）向混凝土運(yùn)輸車的罐體上噴灑冷水、在混凝土泵管上裹覆濕麻袋片控制混凝土入模前的溫度。

（5）預(yù)埋鋼管, 通冷卻水: 如果絕熱溫升很高, 有可能因溫度應(yīng)力過(guò)大而導(dǎo)致溫度裂縫時(shí), 澆灌前, 在結(jié)構(gòu)內(nèi)部預(yù)埋 一定數(shù)量的鋼管 (借助鋼筋固定 ), 除在結(jié)構(gòu)中心布置鋼管 外, 其余鋼管的位置和間距根據(jù)結(jié)構(gòu)形式和尺寸確定 (溫控 措施圓滿完成后用高標(biāo)號(hào)灌漿料將鋼管灌堵密實(shí) )。大體積 混凝土澆灌完畢后, 根據(jù)測(cè)溫所得的數(shù)據(jù), 向預(yù)埋的管內(nèi)通 以一定溫度的冷卻水, 應(yīng)保證冷卻水溫度和混凝土溫度之差不大于 25 , 利用循環(huán)水帶走水化熱; 冷卻水的流量應(yīng)控制, 保證降溫速率不大于 15 /d, 溫度梯度不大于 2 /m。盡管這種方法需要增加一些成本, 卻是降低大體積混凝土水化 熱溫最為有效的措施。

（6）可采用表面流水冷卻, 也有較好效果。

2、冬季施工如日平均氣溫低于5℃時(shí)，為防止混凝土受凍，可采取拌和水加熱及運(yùn)輸過(guò)程的保溫等措施。

3、控制混凝土澆筑間歇期、分層厚度

 各層混凝土澆筑間歇期應(yīng)控制在7天左右，最長(zhǎng)不得超過(guò)10天。為降低老混凝土的約束，需做到薄層、短間歇、連續(xù)施工。如因故間歇期較長(zhǎng)，應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況在充分驗(yàn)算的基礎(chǔ)上對(duì)上層混凝土層厚進(jìn)行調(diào)整。

 保溫效果的好壞對(duì)大體積混凝土溫度裂縫控制至關(guān)重要。保溫養(yǎng)護(hù)采用在混凝土表面覆蓋草墊、素土的養(yǎng)護(hù)方法。養(yǎng)護(hù)安排專人進(jìn)行，養(yǎng)護(hù)時(shí)間5天。

 自施工開始就派專人對(duì)混凝土測(cè)溫并做好詳細(xì)記錄，以便隨時(shí)了解混凝土內(nèi)外溫差變化。

 承臺(tái)測(cè)溫點(diǎn)共布設(shè)9個(gè)，分上中下三層，沿著基礎(chǔ)的高度，分布于基礎(chǔ)周邊，中間及肋部。測(cè)溫點(diǎn)具體埋設(shè)位置見(jiàn)專項(xiàng)施工方案（作業(yè)指導(dǎo)書）�；炷�土澆筑完畢后即開始測(cè)溫。在混凝土溫度上升階段每2-4h測(cè)一次，溫度下降階段每8h測(cè)一次，同時(shí)應(yīng)測(cè)大氣溫度，以便掌握基礎(chǔ)內(nèi)部溫度場(chǎng)的情況，控制砼內(nèi)外溫差在25℃以內(nèi)。根據(jù)監(jiān)測(cè)結(jié)果，如果砼內(nèi)部升溫較快，砼內(nèi)部與表面溫度之差有可能超過(guò)控制值時(shí)，在混凝土外表面增加保溫層。

 當(dāng)晝夜溫差較大或天氣預(yù)報(bào)有暴雨襲擊時(shí)，現(xiàn)場(chǎng)準(zhǔn)備足夠的保溫材料，并根據(jù)氣溫變化趨勢(shì)以及砼內(nèi)部溫度監(jiān)測(cè)結(jié)果及時(shí)調(diào)整保溫層厚度。

 當(dāng)砼內(nèi)部與表面溫度之差不超過(guò)20℃，且砼表面與環(huán)境溫度之差也不超過(guò)20℃，逐層拆除保溫層。當(dāng)砼內(nèi)部與環(huán)境溫度之差接近內(nèi)部與表面溫差控制值時(shí)，則全部撤掉保溫層。

 大體積混凝土的裂縫, 特別是表面裂縫, 主要是由于內(nèi)外溫差過(guò)大產(chǎn)生的澆筑后, 水泥水化使混凝土溫度升高, 表面易散熱溫度較低, 內(nèi)部不易散熱溫度較高, 相對(duì)地表面收 縮內(nèi)部膨脹, 表面收縮受內(nèi)部約束產(chǎn)生拉應(yīng)力。但通常這種 拉應(yīng)力較小, 不至于超過(guò)混凝土抗拉強(qiáng)度而產(chǎn)生裂縫。只有同時(shí)遇冷空氣襲擊。或過(guò)水或過(guò)分通風(fēng)散熱、使表面降溫過(guò)大時(shí)才會(huì)發(fā)生裂縫 (澆筑后 5~ 20d最易發(fā)生 )。表面隔熱保護(hù)防止表面降溫過(guò)大,減小內(nèi)外溫差, 是防裂的有效措施。 

1、不拆模保溫蓄熱養(yǎng)護(hù)

 大體積混凝土澆灌完成后應(yīng)適時(shí)地予以保溫保濕養(yǎng)護(hù) (在混凝土內(nèi)外溫差不大于 25 的情況下, 過(guò)早地保溫覆蓋不利于混凝土散熱 )。養(yǎng)護(hù)材料的選擇、維護(hù)層數(shù)以及拆除時(shí)間等應(yīng)嚴(yán)格根據(jù)測(cè)溫和理論計(jì)算結(jié)果而定。

2、不拆模保溫蓄熱及混凝土表面蓄水養(yǎng)護(hù)

 對(duì)于筏板式基礎(chǔ)等大體積混凝土結(jié)構(gòu), 混凝土澆灌完畢后, 除在模板表面裹覆保溫保濕材料養(yǎng)護(hù)外, 可以通過(guò)在基礎(chǔ)表面的四周砌筑磚圍堰而后在其內(nèi)蓄水的方法來(lái)養(yǎng)護(hù)混凝土, 但應(yīng)根據(jù)測(cè)溫情況嚴(yán)格控制水溫, 確保蓄水的溫度和混凝土的溫度之差小于或等于 25C', 以免混凝土內(nèi)外溫差過(guò) 大而導(dǎo)致裂縫出現(xiàn)。

混凝土的入模溫度指混凝土運(yùn)輸至澆筑時(shí)的溫度。冬期施工時(shí)，砼的入模溫度不宜低于5℃。夏季施工時(shí)，混凝土的入模溫度不宜高于30℃。

夏季施工砼入模溫度的控制：

（1）原材料溫度控制。混凝土拌制前測(cè)定砂、碎石、水泥等原材料的溫度，露天堆放的砂石應(yīng)進(jìn)行覆蓋，避免陽(yáng)光曝曬。拌合用水應(yīng)在混凝土開盤前的1小時(shí)從深井抽取地下水，蓄水池在夏天搭建涼棚，避免陽(yáng)光直射。拌制時(shí)，優(yōu)先采用進(jìn)場(chǎng)時(shí)間較長(zhǎng)的水泥及粉煤灰，盡可能降低水泥及粉煤灰在生產(chǎn)過(guò)程中存留的余熱。

（2）采用砼攪拌運(yùn)輸車運(yùn)輸砼。運(yùn)輸車儲(chǔ)運(yùn)罐裝混凝土前用水沖洗降溫，并在砼攪拌運(yùn)輸車罐頂設(shè)置棉紗降溫刷，及時(shí)澆水使降溫刷保持濕潤(rùn)，在罐車行走轉(zhuǎn)動(dòng)過(guò)程中，使罐車周邊濕潤(rùn)，蒸發(fā)水汽降低溫度，并盡量縮短運(yùn)輸時(shí)間。運(yùn)輸混凝土過(guò)程中宜慢速攪拌混凝土，不得在運(yùn)輸過(guò)程加水?dāng)嚢琛?/div>