孝感市水利水电工程质量监督站 湖北 孝感 432000
摘要：本文基于笔者对水利工程多年从事经验的应用，以施工过程常见问题大体积混凝土温度裂缝为研究对象，通过技术角度的分析，根据大体积混凝土温度裂缝成因具有针对性的制定出防治措施，以盼规范施工过程，强化施工质量，提升服务水平。
关键词：水利工程；大体积混凝土；温度裂缝；控制措施
1.大体积混凝土温度应力分析
1.1早期温度应力
该阶段为混凝土入仓浇筑至水泥水化反应结束，此时混凝土拥有较快的温度场变化且弹性模量随时间的推移而增长，其内部会产生大量的热，由此产生的应力称为早期应力。
1.2中期温度应力
该阶段为混凝土中水泥水化反应结束到结构降温至稳定温度场，此时混凝土因与外界热量的交换而使自身温度降低，由此产生的应力称为中期应力，且该应力与早期温度应力相叠加。
1.3后期温度应力
该阶段为混凝土温度下降至相对稳定状态到构件运营过程，此时混凝土构件会因外界环境的影响而产生温度应力，且与早、中期残余应力叠加后形成后期温度应力。
2.大体积混凝土温度裂缝成因
由于混凝土抗拉强度只有抗压强的的1/10~1/20,因此一旦直接受拉，便会因细微的变形而产生裂缝，一旦拉力超出其承受范围，则会不经残余变形直接发生脆性断裂。对于大体积混凝土而言，其受温度变化影响敏感，当自身温度每升高1℃时，每米就会产生约为0.01mm的膨胀。由于混凝土初期硬化过程中会释放出大量的水化热，且其导热性能极差，散热持续缓慢，大体积结构下当内部温度大于外部温度时，混凝土结构则会应温差应力（外部受拉，内部受压）而产生表面裂缝。随着混凝土强度的增加，其弹性模型逐渐提升，随后便会开始降温，此时会因降温差而引起混凝土变形，加之其因失水而造成的体积收缩，以及受地基与其他结构的约束，当这些因素综合而产生的拉应力大于混凝土抗拉强度时，表面裂缝则会发展为贯穿裂缝。
3.大体积混凝土温度裂缝控制对策
3.1材料控制
3.1.1水泥
选择初凝时间长、水化热低的水泥。水化热作为温度应力产生的主导因素，因此水泥选用应以425R等级的矿渣硅酸盐水泥为首选，其具有硅酸三钙含量少、水化热低、水化速度慢等特点，可以很好的预防混凝土结构温度裂缝的产生。除此之外，水泥水化热需按《水泥水化热试验方法(直接法)》的相关规定严格操作，并控制其7d水化热 250J/Kg。
3.1.2骨料
优先选用级配良好的粗、细骨料。由于骨料级配越好，所需胶凝材料用量就会越少，因此便会减少砂的用量，并通过骨料含泥量的控制，可有效降低混凝土的收缩，同时促使极限抗拉强度得到提升。对于骨料含泥量的控制（砂应 2%，石应 1%），其作用不仅可以提升混凝土抗压强度，同时还可减少水泥与水的用量。试验结果显示：混凝土配制当用粒径为0.5~4cm连续级配的碎石与细度模数为3.15的中粗砂时，每立方米可减少水泥与水分别为28~35kg和20~25kg的用量。
3.1.3外加剂
采用外加剂双掺技术。适量粉而煤灰的掺加可因水泥用量的减少而降低水化热，其用量需经试验确定，一般不大于30%；缓凝剂的使用不仅可在水化热的释放速率与峰值出现上起到延缓与推迟作用，而且还可减缓混凝土的凝结速率，延长凝结时间，推迟混凝土强度的早期发展，同时对于混合料和易性的改善和水泥与水用量的减少起到促进作用，进而达到水化热降低的目的。
3.2施工控制
3.2.1混凝土浇筑
(1)去除混凝土表面松动石子、软弱层及浮浆，使粗骨料露出表面均匀；(2)新浇混凝土实施前，用高压水枪对下层混凝土进行冲洗，确保其表面干净、湿润无污物，但应注意不得有积水；(3)当为非泵送与流动性较低的混凝土时，应在实施接浆处理后方可实施上层混凝土浇筑任务。
3.2.2二次投料及二次振捣
实践证明，对于混凝土极限抗拉强度的提升，通过利用二次振捣法与二次投料水泥裹砂法便可得以实现。二次投料水泥裹砂法即为现将全部水泥、细集料以及三分之一用量的水一次投入拌制（搅拌大约60s）砂浆，成后再次投入剩余用水与全部粗骨料，经搅拌后制成混凝土。该法可通过改变混凝土内部结构而一定程度改善其强度（提高约15%），并在入模过程中可减少离析现象，节约水泥20%左右。
二次振捣即为在混凝土未初凝且未达到振动界限之前实施再次振捣，其可将因泌水在水平钢筋与粗骨料下部生成的空隙与水分进行排除，进而分别提升竖向钢筋与水平钢筋的抗拔力与握裹力，促使水密性增加，将混凝土抗压强度得到提升，从而以对混凝土内部裂缝的抑制而避免其因下沉导致裂缝出现。二次振捣任务实施的关键在于时间控制，该时间以混凝土振捣后塑性状态还可恢复为依据，亦称振捣界限，其具体判断一般包括两种方法：①对混凝土插入运转状态的振动棒，其可恢复至塑性状态，当拔出振动棒时，所成空洞能被混凝土自行填满，此时便为实施二次振捣的最佳时间；②利用测定贯入阻力值法。该方法一般为国外常用，即为通过实时测定，在标准贯入阻力值未达到3.5N/mm2时实施二次振捣，此时则不会对已成型的混凝土造成损伤。
二次振捣的具体适宜时间，需根据水泥品种、用量、混凝土的坍落度和气温等因素综合而定，一般为混凝土浇筑后1～3h内实施。
3.3养护控制
混凝土在浇筑完成12h内便应实施养护工作，通常采用覆盖洒水方式，其目的一是防止混凝土表面失水过多，二是为混凝土早期水化反应提供所需水分。大体积混凝土内表温度的控制应结合构件尺寸和温度阶梯综合而定，一般≤25℃，且内部最高温度不得超过60℃，此时混凝土结构不会应温差应力而产生结构裂缝。因此，大体积混凝土内表温差的控制应从结构内外同时着手，一方面通水循环降低内部温度，另一方面适当提高结构表面温度，以此达到降低内外温差的目的。结构内部循环水可用冷却水，外部养护水可用内部降温循环出来的热水，由于混凝土结构浇筑完成2天内内部温度上升较快，因此采用覆盖及冷却管循环出来的热水进行喷洒养护，可有效做到结构外部温度的提升，从而使得内外温差减小。
4.结语（工作体会）
笔者根据多年从事经验和对水利工程大体积混凝土结构的研究，对于结构温度裂缝的防治，建议性提出以下两点措施：
（1）增设防裂钢筋网。由于钢筋混凝土结构对于拉应力主要由钢筋承受，因此可通过增设钢筋网片的形式增强结构抗拉作用，进而避免结构裂缝的形成。其具体布设方式应依据下式实施：
（经验公式）
经公式分析可知，对于混凝土抗裂性的提高，可利用细钢筋小间距的布置方式得以实现，因此，在与设计单位沟通并获批准后，施工单位可在大体积混凝土施工过程中增设Ф8@100防裂钢筋网，以此达到预防裂缝出现的目的。
（2）适量掺加合成纤维。通过合成纤维的掺入，混凝土内部会形成数以千万计的纤维三维均匀分布的网状结构，当混凝土在塑性阶段产生冷缩与干缩现象时，其表面一旦碰触到合成纤维，便会停止继续延伸，从而抑制裂缝的出现。
参考文献
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[3]于光林.浅析水利工程中混凝土裂缝成因及预防控制措施[J].中国高新技术企业.2010（33）.
论文作者:芦兰萍
论文发表刊物:《防护工程》2017年第28期
论文发表时间:2018/2/1
标签：混凝土论文; 应力论文; 水化论文; 温度论文; 裂缝论文; 体积论文; 水泥论文; 《防护工程》2017年第28期论文;