付皓杰

摘要：水電站廠房下部為大跨度厚壁空腔混凝土結(jié)構(gòu)，形狀復(fù)雜，體積龐大，受自身及周圍介質(zhì)溫濕度變化的影響，以及基巖的約束作用，不同部位經(jīng)常出現(xiàn)較大的溫度應(yīng)力，導(dǎo)致混凝土產(chǎn)生裂縫。若混凝土裂縫得不到有效控制，將破壞廠房下部結(jié)構(gòu)整體性，縮短其使用壽命，甚至改變結(jié)構(gòu)受力狀態(tài)，從而影響建筑物安全?；诖?，本文詳細探討了水電站廠房大體積混凝土溫度應(yīng)力及其防裂措施。

關(guān)鍵詞：水電站廠房;大體積混凝土;溫度應(yīng)力;防裂措施

由于大體積混凝土具有體積大、混凝土數(shù)量大、工程條件復(fù)雜、施工工藝要求高等特點，設(shè)計及施工中除滿足強度、剛度、完整性、耐久性要求外，還必須控制溫度變形裂縫，以保證結(jié)構(gòu)的完整性及建筑物的安全。因此，控制溫度應(yīng)力與溫度變形裂縫的擴展是大體積混凝土設(shè)計及施工中的一個重要課題。

一、大體積混凝土概述

大體積混凝土是指混凝土結(jié)構(gòu)物實體最小幾何尺寸不小于1m的大體量混凝土，或預(yù)計會因混凝土中膠凝材料水化引起的溫度變化和收縮而導(dǎo)致有害裂縫產(chǎn)生的混凝土，稱之為大體積混凝土。

二、水電站廠房大體積混凝土溫度應(yīng)力計算原理

1、非穩(wěn)定溫度計算原理。在針對混凝土進行計算時，對計算區(qū)域內(nèi)任意一點處進行確定，非穩(wěn)定溫度場在確定過程中，需能滿足熱傳導(dǎo)方程需求，這樣才能保證非穩(wěn)定溫度計算的準確性和有效性。

2、水管冷卻問題處理。通過相關(guān)文獻資料中的內(nèi)容顯示，可將冷卻水管當作負熱源，在此基礎(chǔ)上，對其自身水管冷卻效果進行考量和分析。同時，根據(jù)實際情況的不同，能得出混凝土等效熱傳導(dǎo)方程，這樣有利于對水管冷卻問題進行妥善處理。

3、應(yīng)力場計算原理?；炷猎趶?fù)雜應(yīng)力環(huán)境下，其自身應(yīng)變增量包括彈性應(yīng)變增量、徐變應(yīng)變增強、溫度應(yīng)變增強等，在計算應(yīng)力場時，要將這些因素一并融合其中，這樣才能保證對應(yīng)力場計算的有效性。

三、水電站廠房大體積混凝土溫度應(yīng)力計算模型和參數(shù)

1、計算模型。將某水電站廠房標準機組段下部混凝土結(jié)構(gòu)作為分析對象。通過對該機組下部結(jié)構(gòu)分析可知，其自身上下游方向長85.4m、寬30m，高33.3m。在實際操作中，通過有限元計算方式進行分析，由此得知，其自身地基在上下游和深度方向各延伸一倍混凝土結(jié)構(gòu)高度。同時，其自身總共設(shè)置18個澆筑層，約束區(qū)層的厚度大概在1至2m，非約束區(qū)層厚度在2至3m左右，每一層內(nèi)又可根據(jù)實際情況具體要求，劃分為2至6個澆筑塊。

2、邊界條件。在針對溫度場技術(shù)計算時，與其自身相關(guān)計算模型中的地基底面及四周側(cè)面都會取為絕熱邊界，在機組段上的上下游面積，極其它臨空面大多數(shù)情況下都會將其設(shè)置為固體散熱邊界。另外，根據(jù)實際情況，以及該地區(qū)平均風(fēng)速及覆蓋保溫材料的表面放熱系數(shù)，可對其進行準確判斷。同時，在計算應(yīng)力場時，其自身地基底面及四周側(cè)面應(yīng)取為法向約束狀態(tài)，這樣能促使其它臨空面處于自由邊界狀態(tài)。

四、水電站廠房大體積混凝土裂縫問題

1、水泥水化熱。大體積混凝土內(nèi)部熱量主要從水泥水化中產(chǎn)生，由于大體積混凝土截面厚度大，因此水化熱聚集在結(jié)構(gòu)內(nèi)不易釋放出來，將會引起急驟升溫。混凝土單位體積內(nèi)的水泥用量和品種是引起水化熱絕熱溫升的重要因素，隨著混凝土齡期按指數(shù)關(guān)系增長，最終絕熱溫升時間一般在10d左右，但由于結(jié)構(gòu)自然散熱原因，實際上混凝土內(nèi)部的最高溫度大多發(fā)生在混凝土澆筑后的3～5d左右。

2、混凝土收縮。混凝土在空氣中硬結(jié)時體積減小的現(xiàn)象稱為混凝土收縮?；炷猎诓皇芡饬η闆r下的這種自發(fā)變形，受外力約束時（支撐條件、鋼筋等），將在混凝土中產(chǎn)生拉應(yīng)力，使混凝土開裂。引起混凝土裂縫主要有塑性收縮、干燥收縮、溫度收縮等三種。在硬化初期主要是水泥石在水化凝固結(jié)硬過程中產(chǎn)生的體積變化，后期主要是在混凝土內(nèi)部自由水分蒸發(fā)引起的干縮變形。

3、外界氣溫變化。大體積混凝土施工階段，往往要受外界氣溫變化的影響?；炷羶?nèi)部溫度由澆筑溫度、水泥水化熱絕熱溫升、結(jié)構(gòu)散熱降溫等各種溫度的疊加。當外界氣溫越高，混凝土澆筑溫度也越高;外界溫度下降，尤其是驟降，會增加外層混凝土與混凝土內(nèi)部的溫度梯度，產(chǎn)生溫差和溫差應(yīng)力，當混凝土抗拉強度不足以抵抗該溫度應(yīng)力時，便產(chǎn)生溫度裂縫。因此選擇低溫澆注，就會減少表層混凝土與外界氣溫的溫差，有助于防止大體積混凝土開裂現(xiàn)象。

五、水電站廠房大體積混凝土防裂措施

1、合理、科學(xué)的選擇原材料。影響一個工程質(zhì)量的最根本因素是施工材料，所以需科學(xué)選擇整個工程中的材料，混凝土工程中涉及的材料包括：①水泥。水泥是組成混凝土構(gòu)件的重要組成部分。隨著科技的發(fā)展，水泥種類越來越多，需科學(xué)選擇整個工程中的水泥，減少澆筑后水熱化影響?？刹捎迷诨炷林袚饺牖旌喜牧希档突炷了疅峄F(xiàn)象?？裳邪l(fā)出新材料，用新的材料替換水泥，做到既能提高構(gòu)件強度，又能因水泥用量減少，使混凝土水熱化現(xiàn)象降低。②骨料。在混凝土中，必不可少的材料就是骨料，這些材料是為了約束混凝土中的砂、石等。具體施工時，需根據(jù)具體工程實際分析，在大體積混凝土構(gòu)件中，最好使用大粒徑骨料，只有這樣才能保證整個工程質(zhì)量，并且能有效減少裂縫現(xiàn)象。在具體施工時，必須按施工圖紙中規(guī)范要求進行施工，嚴格控制混凝土中各種材料的用量。③摻和料。在混凝土攪拌時添加摻和料，是為了降低混凝土水熱化現(xiàn)象，換句話說就是降低混凝土內(nèi)部溫度。當前，在混凝土摻和最多的就是粉煤灰，粉煤灰能提高混凝土強度與質(zhì)量，因而，需積極研發(fā)新的摻和料，不斷提高混凝土構(gòu)件質(zhì)量。

2、加強對混凝土施工過程的質(zhì)量控制。①控制好大體積混凝土入模溫度。施工人員在施工結(jié)束后，混凝土構(gòu)件易發(fā)生水熱化現(xiàn)象，這就要求施工人員在澆筑混凝土?xí)r，要控制好溫度，以確?；炷翝仓r的溫度不會出現(xiàn)太大變化。而且很少會因高溫天氣導(dǎo)致混凝土水分大量蒸發(fā)。在專業(yè)施工過程中，應(yīng)嚴格控制好施工溫度;②對水電站廠房大體積混凝土的構(gòu)件做澆筑時，施工人員可選擇更加合理的澆筑方法進行澆筑。比如，選擇分層澆筑法，可確保混凝土構(gòu)件，同時減少水熱化現(xiàn)象，以增強混凝土構(gòu)件承受能力，提升質(zhì)量;③施工人員在澆筑前，應(yīng)做好各項澆筑前期準備工作，并制定合理、科學(xué)的澆筑計劃，在實際施工中，應(yīng)嚴格依照計劃展開。此外，對比相關(guān)施工單位，所涉及到的各項技術(shù)問題，需做好各項教育工作，比如，施工單位為了更好的發(fā)展，應(yīng)在社會快速發(fā)展指導(dǎo)下，不斷創(chuàng)新技術(shù)，只有控制好技術(shù)，方可提升混凝土構(gòu)件質(zhì)量;④水電站廠房大體積混凝土澆筑結(jié)束后，需對項目展開階段性的驗收，同時做好質(zhì)量監(jiān)測，也就是對混凝構(gòu)件加強管理，做好科學(xué)防護。

3、加強對水電站廠房大體積混凝土的養(yǎng)護。水電站廠房大體積混凝土表面的保護、養(yǎng)護工作，需交由專職人員實行輪班巡查，以確保廠房保濕條件處于最優(yōu)狀態(tài)，以免發(fā)生干縮變形情況。整個混凝土養(yǎng)護工作的目的是為使混凝土于適宜環(huán)境下漸漸凝結(jié)，這樣可保證混凝土內(nèi)部結(jié)構(gòu)變得更加穩(wěn)定。而且養(yǎng)護工作應(yīng)在確保混凝土內(nèi)外部溫差較小，同時保證施工溫度不低于使用時的溫度，澆筑結(jié)束后20～28h內(nèi)方可進行，溫度較高時需及早養(yǎng)護。整個養(yǎng)護過程中，施工人員可選擇1.5cm左右外包編織袋（或薄膜），而后加上防水薄膜，這樣可將水電站廠房保護起來，以免陽光直射，從而達到更好的保濕、避曬作用。

參考文獻：

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