論大體積混凝土的溫控和防裂

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 論文關(guān)鍵詞:大體積混凝土;溫度控制;防裂措施

  論文摘要:在大體積混凝土中，溫度應(yīng)力及溫度控制具有重要的現(xiàn)實意義。然而，不管采取什么措施，大體積混凝土都會產(chǎn)生溫度裂縫，不僅影響美觀，而且可能會影響到結(jié)構(gòu)的整體性和耐久性。本文扼要敘述了溫控設(shè)計的基本要點及溫度裂縫產(chǎn)生的原因。概述了提高大體積混凝土抗裂能力的主要因素及一些防裂措施。   一、前言   隨著我國建筑行業(yè)施工技術(shù)的不斷提高，大體積混凝土技術(shù)已廣泛應(yīng)用于工程項目中，大體積混凝土壩的裂縫及其防治一直水水電工程界十分關(guān)注的重大技術(shù)問題，研究溫度控制及防裂措施具有十分重要的意義。   二、溫度控制要點和溫度裂縫產(chǎn)生原因   大體積混凝土如混凝土壩的溫度控制是混凝土壩設(shè)計中的重要問題，對于保證混凝土壩工程的質(zhì)量、加快施工進度等方面，起到關(guān)鍵性作用。在混凝土溫度控制設(shè)計中，一般以基礎(chǔ)溫差的設(shè)計為重點，以單獨澆注塊的溫度應(yīng)力為理論基礎(chǔ)，在限制應(yīng)力或應(yīng)變的條件下估算允許溫差。實踐表明，澆注塊的分塊尺寸越小，應(yīng)力越小，基礎(chǔ)允許溫差就越大。   混凝土標(biāo)號高，防裂能力強，但因水泥用量增加，故水化熱溫升也較高，從而使?jié)仓K早期約束應(yīng)力較大，后期冷卻約束拉應(yīng)力也較大。澆筑層厚度對水化熱溫升有直接的影響，薄層澆筑水化熱溫升較低，冷卻后約束應(yīng)力較小。一般澆筑塊高度超過4.5m時，大壩內(nèi)部混凝土基本上處于不散熱的絕熱狀態(tài)。   對大壩混凝土的溫度控制，最關(guān)鍵的是要掌握混凝土的溫度變化規(guī)律和將溫度應(yīng)力控制在混凝土的允許范圍內(nèi)。在施工過程中，混凝土溫度場及應(yīng)力場的變化過程是相當(dāng)復(fù)雜的。在設(shè)計計算中，需要模擬實際施工過程，考慮各種復(fù)雜因素，如混凝土的彈性模量、線脹系數(shù)、徐變、抗拉強度、極限拉伸值、熱力學(xué)指標(biāo)、溫度、荷載、自生體積變形等。   大體積混凝土結(jié)構(gòu)，澆注后水泥的水化熱很大，由于混凝土體積大，聚集在內(nèi)部的水泥水化熱不易散發(fā)，混凝土的內(nèi)部溫度將顯著升高，而混凝土表面則散熱較快，這樣形成較大的溫度梯度，引起較大的表面拉應(yīng)力而超過混凝土極限抗壓強度，就會在混凝土表面產(chǎn)生表面裂縫。這種裂縫多發(fā)生在混凝土澆注后的升溫階段。如果此時混凝土表面不能保持潮濕的養(yǎng)護環(huán)境，則混凝土表面由于水分蒸發(fā)較快而使初期的混凝土產(chǎn)生干縮，加劇裂縫的產(chǎn)生。這是混凝土澆注后由于溫升產(chǎn)生的第一種裂縫。   由于溫升影響產(chǎn)生的第二種裂縫是收縮裂縫。這種裂縫產(chǎn)生在混凝土的溫降階段，即當(dāng)混凝土降溫時，由于逐漸散熱而產(chǎn)生收縮，再加上混凝土硬化過程中，由于混凝土內(nèi)部拌和水的水化和蒸發(fā)，以及膠質(zhì)體的膠凝等作用，促使混凝土硬化時收縮。這兩種收縮，在收縮時由于受到基底或結(jié)構(gòu)本身的約束，會產(chǎn)生很大的收縮應(yīng)力，如果產(chǎn)生的收縮應(yīng)力超過當(dāng)時的混凝土極限拉升強度，就會在混凝土中產(chǎn)生收縮裂縫，這種裂縫有時會貫穿全斷面，成為結(jié)構(gòu)性裂縫，帶來嚴重的危害。   三、防止混凝土裂縫的傳統(tǒng)技術(shù)措施   為了防止產(chǎn)生危害性的裂縫，必須采取一系列技術(shù)措施包括合理選擇混凝土原材料，嚴格控制施工質(zhì)量，嚴格控制混凝土溫度，選擇合理的分縫分塊和結(jié)構(gòu)形式等。   （一）水泥水化熱溫度   1、選用低熱或中熱水泥（如礦渣水泥、火山灰質(zhì)水泥或粉煤灰水泥）配制混凝土。   2、使用粗骨料：滲加粉煤灰等滲和料、或滲加減水劑，改善和易性，降低水灰比，控制塌落度，減少水泥用量，降低水化熱量。   3、利用混凝土后期（90天、180天）強度，降低水泥用量。   4、在基礎(chǔ)內(nèi)部預(yù)埋冷卻水管，通入循環(huán)冷卻水，降低混凝土水化熱溫度。   5、在厚大無筋或稀筋的厚大混凝土中，摻加20%以下的塊石吸熱，并節(jié)省混凝土。   （二）降低混凝土澆灌入模溫度   1、避開熱天選擇較低溫季節(jié)澆筑混凝土：對現(xiàn)澆量不大的塊體，安排在下午3時以后或夜間澆筑。   2、夏季采用低溫水或冰水拌制混凝土，對骨料噴冷水霧或冷氣進行預(yù)冷，或?qū)橇线M行護蓋或設(shè)置遮陽裝置，運輸工具加蓋防止日曬，降低混凝土拌和物溫度。   3、摻加緩凝型減水劑。采取薄層澆灌，每層厚20～30cm，減緩澆筑強度，利用澆筑面散熱。   4、在基礎(chǔ)內(nèi)設(shè)通風(fēng)和加強通風(fēng)加速熱量散發(fā)。   三峽工程針對高標(biāo)準的混凝土溫控標(biāo)準，各個環(huán)節(jié)均采取了有力、有效的溫控措施。如對混凝土用量最大的原材料——粗骨料采取兩次預(yù)冷，即在進拌和樓前，在料倉內(nèi)吹冷風(fēng)進行一次風(fēng)冷；進拌和樓后，又在貯罐內(nèi)進行二次風(fēng)冷，使各級骨料平均溫度達到零下1～6℃。拌和時，加冷制水摻片冰拌和，用以控制混凝土的澆筑溫度。在壩體內(nèi)散布安裝冷卻水管，混凝土澆筑后即開始通冷卻水，用以控制壩體最高溫度，并使壩體提前達到穩(wěn)定溫度。（三）提高混凝土極限拉伸強度   1、選擇良好級配的粗骨料，嚴格控制其含泥量，加強混凝土振搗，提高混凝土的密實度和抗拉強度，減少收縮，保證施工質(zhì)量。   2、采取二次投料法，二次振搗法，澆筑后及時排除表面泌水，以提高混凝土強度。   3、在基礎(chǔ)內(nèi)設(shè)置必要的溫度配筋，在基礎(chǔ)突然變化、轉(zhuǎn)折部位，底板與墻轉(zhuǎn)折處、孔洞轉(zhuǎn)角及周邊部位，增加斜向構(gòu)造配筋，以改善應(yīng)力集中。   4、在基礎(chǔ)與墻、地坑等接縫部位，適當(dāng)增大配筋率，設(shè)暗梁，以減輕邊緣效應(yīng)，提高抗拉伸強度，控制混凝土裂縫開展。   5、加強混凝土的早期養(yǎng)護，提高早期相應(yīng)齡期的抗拉強度和彈性模量。   四、防裂新技術(shù)   近30年來，隨著科學(xué)技術(shù)的進步與工程實踐經(jīng)驗的積累，通過多種途徑，采取綜合性措施來解決大壩混凝土的抗裂問題。其中氧化鎂新材料和MgO水泥混凝土筑壩新技術(shù)的出現(xiàn)，打破了人們的傳統(tǒng)認識，提出了筑壩新理論和筑壩新技術(shù)。據(jù)此，既可實現(xiàn)快速施工又大大拓寬和完善了水工混凝土筑壩防裂技術(shù)。實踐證明，MgO混凝土筑壩技術(shù)是大體積混凝土施工的革命，是國內(nèi)外筑壩技術(shù)的重大創(chuàng)新和突破。   采用MgO混凝土筑壩防裂原理是：在后天內(nèi)中摻入適量的特制的輕燒MgO，利用MgO水化所釋放的化學(xué)能轉(zhuǎn)變?yōu)闄C械能，使混凝土產(chǎn)生自生體積膨脹，抵消其在溫降過程中的體積收縮；也就是利用其獨特的具有延遲性的、不可逆變形及長期穩(wěn)定的微膨脹性能來補償大壩混凝土在溫降時的體積收縮和溫度變形。更確切地說，就是利用MgO混凝土的限制膨脹來補償混凝土的限制收縮，達到防裂目的。若輔以其它適當(dāng)?shù)木C合性措施，可以取代傳統(tǒng)的溫控措施，如混凝土拱壩需分橫縫，柱狀、薄層、長間歇澆筑，預(yù)埋冷卻水管冷卻，封縫灌漿等施工工藝，實施通倉連續(xù)施工，大大加快了筑壩速度，從而實現(xiàn)了工程界長期希望達到的快速施工的目標(biāo)。其防裂理論的基本特征是：把傳統(tǒng)的通過預(yù)冷來降低和控制混凝土筑壩溫度的辦法，改為調(diào)節(jié)后天控制大壩混凝土的體積變形，達到大壩防裂的目的。   這項筑壩防裂新技術(shù)從1990年初開始，已先后在我國大中型水利水電工程中得到成功應(yīng)用，其中包括常規(guī)混凝土和碾壓混凝土重力壩（拱壩），碾壓混凝土壩周邊及上游防滲體、基礎(chǔ)墊層墊座、基礎(chǔ)深槽、填塘封洞、導(dǎo)流洞封堵、閘壩工程、廠壩連接及導(dǎo)流底孔、壓力鋼管外圍回填等不同工程部位都應(yīng)用了外摻MgO混凝土筑壩防裂新技術(shù)，并且都取得了成功和達到了預(yù)期效果。   五、結(jié)束語   由于混凝土本身的特性，大體積混凝土溫度裂縫是不可避免的，但是，有害的裂縫是可以控制的，只要通過事前、事中、事后采取相應(yīng)的措施，從各個方面入手進行有效的控制，就能減少溫度裂縫的產(chǎn)生及發(fā)展，提高大體積的質(zhì)量。