浅谈南水北调骆马湖水资源控制工程大体积混凝土温度裂缝及温控防

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发布时间：2011-02-26 09:20:53  更新时间：2019-11-28 16:10:37

　　关键词:浅谈 南水北调 混凝土 温度 防治措施

　　摘 要:浅谈水利工程中大体积混凝土温度裂缝产生的原因及其温控防治措施。

　　前言

　　国民经济随着拉动内需快速发展，水利工程投入也进一步加大，大体积混凝土在水利工程结构中应用的越来越多，但是，大体积混凝土的裂缝问题也越来越多，尤为突出。本文以南水北调东线第一期骆马湖水资源控制工程底板及闸墩大体积混凝土施工为例，浅谈水利工程中大体积混凝土温度裂缝产生的原因及其温控防治措施。

　　二、施工裂缝产生的主要原因

　　大体积混凝土施工阶段所产生的温度裂缝，一方面是混凝土内部因素;另一方面是混凝土的外部因素，产生裂缝的主要原因有以下几方面：

　　2.1　水泥水化热

　　水泥在水化过程中要释放出一定的热量，而大体积混凝土结构断面较厚，表面系数相对较小，所以水泥发生的热量聚集在结构内部不易散失。由于混凝土结构表面可以自然散热，实际上内部的最高温度，多数发生在浇筑后的最初3～5天。

　　2.2　外界气温变化

　　大体积混凝土在施工阶段，它的浇筑温度随着外界气温变化而变化。特别是气温骤降，会大大增加内外层混凝土温差，这对大体积混凝土是极为不利的。因此，应采取温度控制措施，防止混凝土内外温差引起的温度应力。

　　2.3　混凝土的收缩

　　混凝土中约 20℅的水分是水泥硬化所必须的，而约80℅的水分要蒸发。多余水分的蒸发会引起混凝土体积的收缩。影响混凝土收缩，主要是水泥品种、混凝土配合比、外加剂和掺合料的品种以及施工工艺(特别是养护条件)等。

　　三、施工温度控制的一般措施

　　3.1　选择合适的材料

　　⑴水泥：采用低热水泥，通过掺加合适的外加剂以改善混凝土的性能。

　　⑵粗骨料：选用粒径较大、级配良好的碎石。采用此种碎石可使水泥水化热减少，降低混凝土温升。

　　⑶细骨料：选用平均粒径较大的中、粗砂。采用中、粗砂拌制混凝土可使水泥水化热减少，降低混凝土温升，并可减少混凝土收缩。

　　⑷粉煤灰：为改善混凝土的和易性，降低水泥用量，可掺加适量的粉煤灰。

　　⑸外加剂：减水剂可降低水化热峰值，对混凝土收缩有补偿功能，可提高混凝土的抗裂性。

　　3.2　浇筑时采取的措施　　浇筑方案，除应满足每一处混凝土在初凝以前就被上一层新混凝土覆盖并捣实完毕外，还应考虑结构大小、钢筋疏密、预埋管道和地脚螺栓的留设、混凝土供应情况以及水化热等因素的影响，常用方法有以下几种：

　　⑴全面分层。即在第一层全面浇筑全部浇筑完毕后，再回头浇筑第二层，此时应使第一层混凝土还未初凝，如此逐层连续浇筑，直至完工为止。采用这种方案，适用于结构平面尺寸一般不宜太大，施工时从短边开始，沿长边推进比较合适。

　　⑵分段分层。混凝土浇筑时，先从底层开始，浇筑至一定距离后浇筑第二层，如此依次向前浇筑其他各层。这种方案适用于单位时间内要求供应的混凝土较少，结构物厚度不太大而面积或长度较大的工程。

　　⑶斜面分层。要求斜面的坡度不大于1/3，适用于结构的长度超过厚度3倍的情况。混凝土从浇筑层下端开始，逐渐上移。

　　3.3　采用合适的养护方法

　　大体积混凝土养护时要注意温度控制。不仅要满足强度增长的需要，还应通过人工的温度控制，防止因温度变形引起混凝土的开裂。

　　混凝土养护阶段的温度控制应遵循以下几点：

　　⑴　混凝土的中心温度与表面温度之间、混凝土表面温度与室外最低气温之间的差值均应小于20℃;当结构混凝土具有足够的抗裂能力时，不大于25℃～30℃。

　　⑵　混凝土拆模时，混凝土的温差不超过20℃。其温差应包括表面温度、中心温度和外界气温之间的温差。

　　⑶采用内部降温法来降低混凝土内外温差。

　　四、骆马湖水资源控制工程底板及闸墩混凝土施工温控措施

　　4.1工程概况

　　控制闸地基为风化岩，主要由闸室、上下游连接翼墙、交通桥、检修桥、2座桥头堡和闸两侧消力池等组成。闸室采用钢筋混凝土开敞式结构，共4孔，单孔净宽8.0m，整体式底板，两孔一联，垂直水流方向总宽38.82m，顺水流方向长15m。底板顶高程16.832m，厚1.5m，中墩厚1.2m，边墩厚1.0m。闸室顶部布置有交通桥、检修桥和启闭机房等。底板面积约291m2，浇筑厚度150cm，混凝土方量约500m3。闸墩高6.7m,面积约220m2，混凝土方量约120m3。

　　4.2　混凝土温度控制标准

　　混凝土允许最高温度的确定：

　　DL5108-1999《混凝土重力坝设计规范》对28d龄期极限拉伸值不低于0.85×10-4、基岩变形模量与混凝土弹性模量相近、短间歇均匀上升的常态混凝土浇筑块的基础容许温差的规定值为：

　　混凝土基础容许温差

　　离基岩面高度H 浇筑块长边尺寸L

　　17～21m 21～30m

　　0～0.2L强约束区 24～22℃ 22～19℃

　　0.2～0.4L弱约束区 26～25℃ 25～22℃

　　结合本工程，0.2L =0.2×19.4m=3.88m，基础高程为15.332m， 因15.332m+3.88m=19.212m，因此整个底板层均为强约束区。砼基础容许温差为22℃。

　　根据工程经验，基岩稳定温度取为地下水水温17℃，混凝土允许最高温度为17℃+22℃=39℃。

　　4.3　温控措施的指导思想

　　大体积砼产生裂缝的原因是多方面的，因此必须从结构设计、温度控制、原材料选择、施工安排和施工质量等方面采取综合性措施。在制定温控措施时，必须把控制砼的最高温度作为主要方面。

　　在降低水化热温升方面：可以采用砼“双掺”(掺粉煤灰、掺外加剂)，合理选择砼配合比，尽量降低单位水泥用量。

　　在降低砼出机口温度方面：由于底板及闸墩在低温季节施工，砼出机口温度保持在10℃，不需采取降温措施。

　　运输上，采用混凝土输送泵，泵管采取保温措施，保持砼入仓温度。

　　4.4　砼温控的主要措施

　　⑴　降低砼水化热温升的主要措施

　　在满足设计要求和施工质量的前提下，尽量减少单位水泥用量，是降低砼水化热温升的最有效措施。计算表明，每方砼中少用10kg水泥可降低砼绝热温升1.2℃左右。要减少单位水泥用量，主要采取掺粉煤灰和掺外加剂的措施。

　　经中国水利水电第十一工程局中心实验室试验，为本工程底板和墩墙提供的施工配合比如下：

　　技术

　　要求 级配 配合比参数 每方混凝土各材料用量(kg/m3)