拉洛水利枢纽大体积混凝土温度裂缝控制研究

2017-01-10王海凌刘宝艳

中国水利 2016年20期

关键词：温差体积裂缝

王海凌，刘宝艳

（1.西藏拉洛水利枢纽及灌区管理局，850000，拉萨；2.西藏自治区重点水利项目建设管理中心，850000，拉萨）

拉洛水利枢纽大体积混凝土温度裂缝控制研究

王海凌1，刘宝艳2

（1.西藏拉洛水利枢纽及灌区管理局，850000，拉萨；2.西藏自治区重点水利项目建设管理中心，850000，拉萨）

裂缝；温控；温度应力；养护；拉洛水利枢纽

西藏拉洛水利枢纽及配套灌区工程位于高海拔地区，昼夜温差较大，混凝土极易产生裂缝。本文结合工程实际，对大体积混凝土温度裂缝控制进行探讨，并对高海拔地区昼夜温差较大的情况提出一些温控的观点和措施。

一、混凝土裂缝产生的原因

1.混凝土拌和不均匀产生的应力裂缝

灌区工程采用的两种混凝土分别是商品混凝土和现场利用拌和站搅拌的混凝土。混凝土在现场生产时，未能较好地控制拌和时间，同时水泥等胶凝材料拌和不均匀，导致其无法与骨料较好地黏结，造成水泥先行凝结，从而在混凝土内部产生不均应力导致裂缝产生。

2.混凝土材料供应不及时产生的裂缝

由于拉洛灌区工程标段较多且各个标段混凝土方量不大，大部分标段均采用购买商品混凝土的方式来解决供料问题。日喀则市商品混凝土市场出现供不应求的现象，导致部分混凝土浇筑后未及时供应混凝土拌合料，等待时间超过初凝时间产生施工冷缝，对施工冷缝处理不得当或未经处理产生裂缝。

3.混凝土内外温差导致裂缝的产生

拉洛工程基本处于平均海拔4000 m的寒冷地区，施工季节昼夜温差较大，在大体积混凝土浇筑后，混凝土早期处于水化热升温阶段，而混凝土又是热的不良导体，导热系数较小，致使混凝土内部的大量热量无法快速散去，内部温度升高较快，而表面与空气直接接触，散热较内部混凝土快，由此形成的混凝土温度内高外低（《混凝土结构工程施工及验收规范》中规定大体积混凝土温差不宜超过25℃。），进而形成较高温度梯度，由热胀冷缩原理可知，混凝土内部的膨胀速度较表面大，导致形成内部产生压应力，表面产生拉应力，当拉应力大于混凝土抗拉强度时（混凝土抗拉强度约为抗压强度的10%），就会在其表面产生裂缝。

4.未达到规定标准拆模

拉洛灌区工程在建设中为了提高模板利用率，降低工程成本，在混凝土强度未达到设计强度时，以及为很好地选择拆模时间，大多采用提前拆模的方法，在模板拆除后混凝土表面温降超过一定值导致表面裂缝的产生。

二、控制混凝土的工作温度是防止裂缝产生的关键

1.混凝土温控的主要指标

主要控制出机口温度、入仓温度、浇筑时温度、绝热升温。

（1）出机口温度

混凝土出机口温度指的是混凝土拌合物从拌和站（搅拌机或拌和楼）出料时测量的温度。根据水工混凝土规范出机口温度应小于25℃，混凝土出机口温度拟合公式为：

由上式可以看出，对混凝土出机口温度的影响由大到小的次序是：石、水、砂、矿粉、水泥、外加剂。石相对18.2℃而言，每升高1℃，出机口温度要升高0.46℃；水相对10℃而言，每升高1℃，出机口温度要升高0.285℃；砂相对22℃而言，每升高1℃，出机口温度要升高0.2321℃；矿粉相对65℃而言，每升高1℃，出机口温度要升高0.0725℃；水泥相对65℃而言，每升高1℃，出机口温度要升高0.0445℃。

要控制混凝土出机口的温度不高于25℃，就必须要求水泥温度不高于65℃，矿粉温度不高于65℃，外加剂温度不高于30℃，水温度不高于10℃，砂温度不高于22℃，石温度不高于18.2℃。

（2）混凝土入仓温度

混凝土的入仓温度是混凝土拌合物进入仓面的温度。水工混凝土规范规定入仓温度不高于28℃。混凝土入仓温度拟合公式为：

要控制混凝土入仓温度不高于28℃，除了控制混凝土的入仓温度外，还需要控制混凝土在运输过程中的环境温度，因为当混凝土环境每升高1℃，入仓温度要升高0.312℃。

（3）混凝土浇筑温度

混凝土的浇筑温度是指混凝土浇筑完成后在上层面混凝土入仓时的温度。它与混凝土的入仓温度、混凝土水化热以及浇筑时仓内的温度有关，其拟合公式为：

其中T浇筑指的是浇筑一层所需要的时间，单位以min计。

（4）绝热升温

混凝土的绝热升温是水泥混凝土在水化热升温过程中的温度，主要反映混凝土内部温度的变化情况。要控制绝热升温，首先要选择水化热低或者收缩补偿性能好的水泥，同时掺加粉煤灰等；其次降低单位涌水量，调整好骨料极配，如选用10～40 mm连续极配碎石，砂率控制在 40%～45%，砂石含泥量控制在1%以内等。

2.混凝土浇筑时的温度控制

（1）合理安排浇筑的时间

在施工组织上应进行合理安排，如春秋季多浇，夏季早晚浇。正午不浇，重要部位安排在低温季节、低温时段浇筑，以降低混凝土入仓温度，避免出现温度裂缝。由于西藏拉洛工程可施工工期较短，昼夜温差较大，在白天气温高时浇筑混凝土，夜间采取覆盖等措施保护混凝土温度发生过大的变化。

（2）原材料温度的控制

根据公式（1）可知，降低骨料入拌和机的温度是控制出机口温度最有效的方法。骨料预冷的方法有水冷法、风冷发、真空汽化冷等，有条件可采用液氮冷却的方式。当采用水冷方式时需要控制水温不能高于10℃，否则不能满足25℃的要求，在这里需要注意的是对于胶凝材料是不能采用预冷措施。

（3）合理分缝与分层浇筑

对大体积混凝土可采用合理分缝与分层浇筑，对于拉洛工程灌区部分渠道断面较小部位可采用整体浇筑，而对于渡槽、溢流堰、泄洪洞等大体积的混凝土可合理分层进行浇筑，但需要对施工缝进行合理处理，这样不仅可以提高工程的施工进度，而且对降低混凝土的温度有较大帮助，进而防止结构出现裂缝。

3.混凝土成型后的温度控制

（1）表面养护与保温

混凝土表面养护是保证其强度等性能正常发展，防止表面出现干缩裂缝，通过对混凝土表面覆盖棉被、电热毯、推迟拆模时间等措施保持混凝土表面一定的温度，减少混凝土内外的温差，降低表面的拉应力来减少裂缝的发生。（2）混凝土中采用预埋水管通水冷却

对于气温变化过快的高海拔地区，大体积混凝土裂缝主要还受内外温差、温度降幅、温降速率等因素的影响，溢流堰、进水塔等厚度较大，加之混凝土导热系数较低，在早期硬化阶段，水化热反应快，内部热量难以散发，混凝土产生裂缝，因此在混凝土内部预埋水管通冷水可有效降低混凝土内部的温度，以减少拉应力。但是对于本工程可不采用本方法来降低温度。