張學(xué)志

(安徽省霍邱縣水務(wù)局，安徽 六安 237400)

在大體積混凝土的凝固過(guò)程中，水泥的水化反應(yīng)會(huì)產(chǎn)生大量的熱量，也就是水化熱，升高了砼中心結(jié)構(gòu)以及各個(gè)基礎(chǔ)塊的中心位置的溫度，但是混凝土的表面受到外界環(huán)境的影響，其溫度并沒(méi)有發(fā)生太大的變化，由此形成了較大的混凝土內(nèi)外溫度差，使得混凝土內(nèi)部產(chǎn)生相應(yīng)的壓力，而表面產(chǎn)生相應(yīng)的拉力，如果溫差持續(xù)加大，超過(guò)混凝土所能承受的范圍，大體積砼會(huì)出現(xiàn)開(kāi)裂的現(xiàn)象。為了避免這種情況的發(fā)生，在保證大體積砼正常施工的前提下，對(duì)混凝土的實(shí)時(shí)溫度進(jìn)行準(zhǔn)確的監(jiān)控，并通過(guò)數(shù)據(jù)的分析和計(jì)算，達(dá)到對(duì)溫度進(jìn)行準(zhǔn)確控制的目的。因此，大體積砼施工的溫度控制是保障工程施工質(zhì)量的重要前提。

一、溫度的影響

（一）氣候的影響

隨著外界氣溫的升高，混凝土中心結(jié)構(gòu)的溫度也會(huì)得到相應(yīng)的提高，進(jìn)而增大了混凝土內(nèi)部的作用力，使混凝土結(jié)構(gòu)發(fā)生開(kāi)裂的現(xiàn)象。相關(guān)規(guī)定要求，大體積砼的施工和澆筑應(yīng)該在外景溫度較低的情況下進(jìn)行，而且應(yīng)將混凝土的澆筑溫度控制在28℃以?xún)?nèi)。另外，惡劣的天氣條件也會(huì)使混凝土表面的溫度迅速降低，例如暴風(fēng)雨或者是強(qiáng)冷空氣，這種情況也會(huì)造成混凝土結(jié)構(gòu)開(kāi)裂。

（二）內(nèi)部溫差的影響

在混凝土內(nèi)部相同一點(diǎn)的不同時(shí)間的溫度差值就是內(nèi)部溫差。如果大體積砼的施工是以較軟的結(jié)構(gòu)作為基礎(chǔ)的，因?yàn)橥饨鐚?duì)混凝土造成的約束力并不是很大，所以這時(shí)的內(nèi)部溫差變化程度并不會(huì)使混凝土結(jié)構(gòu)發(fā)生開(kāi)裂。但是如果大體積砼的施工是以堅(jiān)硬的巖石作為基礎(chǔ)的，由于混凝土的施工規(guī)模較大，其內(nèi)部溫差的變化，極易造成開(kāi)裂現(xiàn)象。

二、相關(guān)計(jì)算

（一）混凝土溫度應(yīng)力計(jì)算

根據(jù)規(guī)范的要求，在對(duì)混凝土進(jìn)行應(yīng)力計(jì)算時(shí)，首先需要對(duì)技術(shù)指標(biāo)進(jìn)行嚴(yán)格的控制和確認(rèn)，通過(guò)推導(dǎo)得知大體積砼內(nèi)部中心結(jié)構(gòu)的最高溫度計(jì)算公式可以表達(dá)為：

在公式中，Tmax表示混凝土內(nèi)部中心結(jié)構(gòu)的最高溫度；T0表示混凝土澆筑過(guò)程中的溫度；W表示每立方米混凝土中硅酸鹽水泥的具體用量；Q表示每千克硅酸鹽水泥在水化時(shí)產(chǎn)生的熱量；C表示混凝土的密度，由于混凝土配比的不確定性，一般情況下均計(jì)作2400kg/m3；F表示美立方米混凝土中粉煤灰的具體用量；δ表示不同厚度大體積混凝土的散熱系數(shù)，如表2-1所示。

表2-1 不同厚度大體積混凝土的散熱系數(shù)

通過(guò)對(duì)圖2-2混凝土應(yīng)力及強(qiáng)度與開(kāi)裂時(shí)間的特性方程的分析可得混凝土應(yīng)力計(jì)算在理論上的公式。

圖2-2 混凝土應(yīng)力及強(qiáng)度與開(kāi)裂時(shí)間的特性方程

（二）混凝土的抗裂計(jì)算

在大體積砼的施工建設(shè)以前，結(jié)合試驗(yàn)的結(jié)果，算出混凝土在降溫的過(guò)程中產(chǎn)生的總作用力和安全系數(shù)，由于最大作用力會(huì)受到混凝土松弛以及彈性不強(qiáng)等因素的影響，結(jié)合施工中的實(shí)際情況，總結(jié)出混凝土的抗裂計(jì)算公式：

（公式中的K表示安全系數(shù)）

三、在大體積砼施工的溫度控制方法

（一）混凝土的內(nèi)外溫度觀(guān)測(cè)貫穿于施工的整體過(guò)程，是對(duì)混凝土進(jìn)行溫度控制的重要依據(jù)。在對(duì)大體積混凝土進(jìn)行內(nèi)外溫度測(cè)量時(shí)，通常選用常規(guī)的測(cè)溫傳感裝置，該裝置的主要成分為熱敏電阻，在傳感裝置使用之前，需要將其裝入具有一定導(dǎo)熱性能的金屬管內(nèi)，使用環(huán)氧樹(shù)脂進(jìn)行全面密封。通常選用智能巡測(cè)溫度儀作為主要的測(cè)溫的設(shè)備，為保證測(cè)量溫度的實(shí)時(shí)性，需將巡測(cè)的速率控制在1點(diǎn)/秒左右。測(cè)溫點(diǎn)的布置需要結(jié)合具體的澆筑方向和結(jié)構(gòu)特征，通常在電梯井的底板位置確定兩個(gè)具有一定代表性的溫度測(cè)試點(diǎn)，在混凝土的基底板上確定10個(gè)具有一定代表性的溫度測(cè)試點(diǎn)。根據(jù)實(shí)際的深度，在溫度的測(cè)試點(diǎn)上均勻的布置傳感器，最上方傳感器應(yīng)該與混凝土表面保持不小于10cm的間距。另外，還需要在混凝土的表面布置溫度傳感器，具體位置為養(yǎng)護(hù)層下方。

（二）從大體積混凝土的結(jié)構(gòu)角度而言，通常條件下并不會(huì)過(guò)快的增加混凝土結(jié)構(gòu)的負(fù)載。因此，全面運(yùn)用混凝土中后期較高的強(qiáng)度，選擇恰當(dāng)?shù)闹械蜔嵝退?，通過(guò)降低水泥水化熱的方法完成混凝土開(kāi)裂的防治。目前，常見(jiàn)的方法是向混凝土中摻加優(yōu)質(zhì)的骨料，結(jié)合施工的實(shí)際情況，選擇合適的級(jí)配，以此增加混凝土的和易性，從而大幅提高混凝土的密實(shí)程度，避免開(kāi)裂現(xiàn)象的發(fā)生。

（三）使用對(duì)應(yīng)的砼外加劑是常見(jiàn)的溫度控制方法。砼外加劑的種類(lèi)和功能十分豐富，在施工過(guò)程中需要結(jié)合實(shí)際需要，通常情況下外加劑的作用要求主要為兩個(gè)方面，第一是具有一定防凍效果；第二是具有高效的減水效果，如果用水量得到了有效的控制，會(huì)減少混凝土內(nèi)的孔隙率，從而提高大體積混凝土的密實(shí)程度，增加抗裂性能。另外，使用砼外加劑具有降低水泥水化熱放熱速度的作用，從而促進(jìn)混凝土內(nèi)部熱量的消散。

（四）在大體積混凝土施工中，可應(yīng)用冷卻水管技術(shù)降低混凝土內(nèi)部的最高溫度，以此減小混凝土的內(nèi)外溫差。該技術(shù)的操作過(guò)程為，首先在混凝土的內(nèi)部埋設(shè)特制的水管，水管的形狀必須為蛇形，以此增加與混凝土的接觸面積，然后在管內(nèi)通入冷水，并定時(shí)的進(jìn)行循環(huán)，達(dá)到冷卻的目的。通過(guò)試驗(yàn)得知，運(yùn)用該方法可使混凝土內(nèi)部的最高溫度降低5℃左右。

（五）在大體積砼施工過(guò)程中，混凝土表面由于直接受到外景的影響，因此極易出現(xiàn)開(kāi)裂的現(xiàn)象，為了避免這種情況的發(fā)生，可以適度的提高混凝土表面的溫度。通過(guò)多次試驗(yàn)得知，運(yùn)用鋪設(shè)草墊和塑料薄膜的方法可使混凝土表面的溫度與外界保持11℃左右的溫差。但在此過(guò)程中，還要密切注意混凝土內(nèi)部溫度升高的速率。在升溫的過(guò)程中，如果將混凝土表面和內(nèi)部的升溫速度保持在同一水平，混凝土并不會(huì)因此而開(kāi)裂。

（六）在大體積混凝土施工作業(yè)實(shí)施期間，可以采取分層、分塊澆筑的施工方法，以達(dá)到對(duì)溫度進(jìn)行合理控制的目的。首先，從分層澆筑的角度上來(lái)說(shuō)，需要包括的施工要點(diǎn)有以下幾個(gè)方面：控制母層的相應(yīng)厚度于 lm-1.5m間，具體指標(biāo)根據(jù)混凝土澆筑能力極其降溫措施來(lái)確定；②澆筑搗實(shí)下層混凝土的}-作的完成必須在前層混凝土初凝或喪失重塑性前進(jìn)行；其次，從分塊澆筑的角度上來(lái)說(shuō)，結(jié)合已有的實(shí)踐工作經(jīng)驗(yàn)來(lái)看，認(rèn)為當(dāng)截面面積超過(guò)100m2時(shí)，在前層混凝土開(kāi)始初凝或失去重塑性能前無(wú)法完成澆筑振搗下層混凝土?xí)r，如采用分層澆筑，因間隔時(shí)間長(zhǎng)會(huì)導(dǎo)致工期的延誤為加快進(jìn)度并保障證施工質(zhì)量，應(yīng)采取分塊澆筑的操作方案，期間應(yīng)當(dāng)關(guān)注的施工要點(diǎn)有以下幾個(gè)方面：①對(duì)分塊區(qū)域進(jìn)行合理布置，每塊平均面積應(yīng)不小于50m2，高度應(yīng)小于1.5m；②錯(cuò)開(kāi)布置上下鄰層混凝土間的豎向接縫，將其做成企口，并按施工縫進(jìn)行處理。

四、總結(jié)

總之，防治大體積砼出現(xiàn)裂縫的工作是非常復(fù)雜的，不僅要嚴(yán)格的控制水泥澆筑的速度，還要結(jié)合實(shí)際的情況，采取合理的措施控制溫升和溫差，最終將混凝土的內(nèi)外作用力控制在限度以?xún)?nèi)，避免開(kāi)裂現(xiàn)象的發(fā)生，相信通過(guò)不斷的努力，我國(guó)的大體積砼施工溫度控制水平會(huì)上升到新的高度。