大体积混凝土施工温差裂缝防治技术探究

　　大体积混凝土施工温差裂缝防治技术探究

　　摘要：普光气田净化厂取水工程（第二标段）工程从后河上游取水供应普光地区生产生活需要，其中泵房采用圆形竖井式取水泵房，属于大体积混凝土，如何采取措施控制混凝土内表温差产生的温度应力过大导致裂缝产生，将是确保该工程质量合格的重要技术措施。本文通过优化配合比、优选水泥品种、降低拌合温度、制定有效的温控措施等方法对温差裂缝进行了防范，工程实体经历了5.12地震、7.18洪水等自然灾害均未出现质量问题，保障了平稳运行的功能性需求。实践证明本文论述的温差裂缝防治措施到位，为今后类似工程提供了借鉴经验。

　　关键词：净化厂取水工程 大体积混凝土 温度应力 水化热 温差裂缝 拌合温度 温控措施 裂缝防治措施

　　在建筑工程中，经常遇到大体积混凝土结构，例如：油气开采及储运设备用的大型基础底板、大型设备基础、泵房竖井壁等等。普光气田净化厂取水工程（第二标段）工程从后河上游取水供应普光地区生产生活需要。其中泵房采用圆形竖井式取水泵房，泵房混凝土总方量1773方，竖井井壁厚1.2-1.8m，底板厚2m。按照我国原来的标准规定：混凝土实体最小尺寸大于1m的部位称为大体积混凝土（日本的规定为0.8m）。国内研究混凝土裂缝的专家最近又给大体积混凝土以新的含义：任意体积的混凝土，其尺寸需要采取措施来控制由于体积变形（温度及收缩作用）引起的裂缝者称为“大体积混凝土”。

　　一、大体积混凝土内表温差的计算

　　大体积混凝土裂缝的原因很多。其中由混凝土水化热造成温差裂缝是主要因素。混凝土浇筑之后，内部水化热温度迅速升高（浇筑的厚度越大、其内部水化热温升值越大）、膨胀，而表面温度升幅较小，使内部的膨胀受到表面的约束，形成表面受拉而内部受压的状态。当混凝土水化热温度下降后，其内部温度下降幅度要比表面降温幅度大的多，相应的内部冷却收缩比表面大的多，内部的收缩仍受到表面的约束。冷却收缩的拉应力超过了原来的压应力，使内部压应力变为拉应力，同样使表面由拉应力变为压应力。由于混凝土的抗拉强度很低，当混凝土出现的拉应力超过其抗拉强度（特别是早期抗拉强度很低）时，就会产生裂缝。这种裂缝早期多出现在表面上，晚期多出现在内部。当表面温度突变收缩时，也会产生收缩裂缝。根据混凝土热工计算可知，混凝土抵抗温差裂纹的限度不超过+25℃。在具体施工中一般控制在+20℃以内。

　　1、混凝土内部最大温升计算公式

　　据资料介绍，有三种计算公式，其一为理论公式：

　　△Tmax= Wc x Q x（1-e- nt） x￡ （1）

　　另一个为经验公式：

　　△Tmax = Wc /10+ FA/50 （2）

　　当混凝土厚度超过3 m时，计算值与实测值偏差过大。建议把上述经验公式改为：

　　△Tmax =Wc x Q x 0 .83/Cб+FA/5`0 （3）

　　公式（1）可计算各个龄期混凝土中心温升，从而计算每个温度区段内产生的应力，还可找出达到温升峰值的龄期，从而推定采取养护措施的时间。但在介绍该公式的资料中并没有详细说明其适用范围。

　　该公式似乎未能把大体积混凝土的散热条件和平面尺寸的影响因素充分考虑进去。如能根据不同情况调整m和￡的取值，可能会使计算值更接近实际。

　　在该工程中，按公式（1）计算的结果与后来的实测值偏差较大，升温峰值出现的时间也比实测值偏后。据了解，其它工程的计算也有类似情况。

　　公式（2）计算较简便，在该工程中计算值较实测值偏差较小，但无法据此计算应力，也找不出升温峰值出现的时间。因该工程混凝土厚度是1.2-1.8m，若按公式（3）计算，计算值最接近实测值。

　　三个公式，三种结果。在考虑施工、养护方案时，均按最不利的情况考虑，以求稳妥。

　　2、取水工程二标段内表温差的计算

　　据公式（3）计算，混凝土中心最大温升达47 .3℃，混凝土浇筑温度是30℃，混凝土中心温度将达77 .3℃。如果环境平均温度Tq=（35 +23） /2=29℃。两者平均温差将有48 .3℃，这是无论如何不能允许的。一般规定：混凝土内表温差T1-T2≤25℃。

　　由此可见，即使在炎热的夏季，大体积混凝上在降温阶段也要采取措施控制内表温差。

　　二、防治大体积混凝土内表温差的措施

　　结合近几年普光地区施工的设备结构、基础、池壁等大体积混凝土工程的试验原始数据、现场施工情况和工程施工日志，通过对比分析确定了导致大体积混凝土出现裂缝的主要原因有以下几点，并制定了针对措施用于取水工程混凝土浇筑，避免出现质量问题。

　　1、制定最佳配合比、选择水化热较低的水泥品种降低混凝土最大温升。

　　大体积混凝土水泥的水化热很大，内部热量不易散发，表面散热较快，内表温差产生的应力极易使混凝土产生裂缝，因此所选择水泥品种水化热对大体积混凝土裂缝的产生影响很大，在对近几年施工的大体积混凝土进行统计时发现，使用矿渣硅酸盐水泥比使用普通硅酸盐水泥或硅酸盐水泥产生的水化热明显较低，通过多方选择比较，确定在取水工程中采用水化热较低的PO425矿渣硅酸盐水泥。大体积混凝土配合比中水泥的用量也直接影响着水化热的多少，同时添加一定的高效减水剂可以降低水灰比。水灰比的降低，不仅可以减少大体积混凝土水化热，也可有效的减少收缩，提高混凝土长期体积稳定性，同时使混凝土的结构得到改善，使密实度及早期抗拉强度明显提高，从而提高混凝土的抗裂性能。

　　在保证混凝土具有良好工作性的情况下，应尽可能的降低混凝土的单位用水量，采用“三低（低砂率、低坍落度、低水灰比）”的设计原则，添加一定量的高效减水剂，粗集料应选择级配合理、颗粒良好、线膨胀系数小的碎石，也可采用碎卵石和卵石，骨料宜采用多级配，粗骨料最大粒径不大于31.5mm。 　　2、现场拌合过程中降低原材料及拌合用水温度降低内表温差。

　　决定混凝土内部最高温度的因素除水化热升温外，拌合温度也是重要因素，如果白天最高气温是35℃，这时的浇筑温度Tj = 31 .4℃。为了降低Tj，采取如下措施：料场石子进仓前用凉水冲洗，水泥在筒仓内存放15 d以上，晴天泵管用湿岩棉被覆盖，气温高时拌合水中加冰降温。其中拌合水中加冰效果最好。

　　通过计算，每使混凝土浇筑温度下降1℃，平均要使拌合水温下降近6℃。要使混凝土浇筑温度下降3℃，至少每m3混凝土要加0℃冰40 kg。

　　3、制定有效的温度监测措施控制内表温差过大导致大体积混凝土裂缝的产生。

　　温度控制的主要方针是“延缓温差梯度的产生，降低温差梯度”，在浇筑过程中详细计算并设计了分层浇筑的先后顺序、流向、浇筑厚度、宽度、长度、前后工序的搭接时间等工序，混凝土入模温度夏季不宜低于15摄氏度，冬季不宜低于5摄氏度，并加强振捣，严格控制好振捣时间、移动距离和插入深度，并设专人进行现场指挥协调，要准备好充足的人、料、机保证现场施工的顺利进行，浇筑完成后应将表面较厚的水泥浆进行处理，处理方法为浇筑后3h～4h内采用木长刮尺刮平，初凝前用铁滚筒碾压2遍，再用木抹子搓平压实，以控制表面龟裂。混凝土浇筑完后立即采取有效的保温措施并覆盖养护。浇筑过程中在混凝土内部、外部设置温度测点，并将采集的数据进行记录分析，作为施工温差控制指导依据。

　　三、总结

　　内表温差产生的裂缝是大体积混凝土普遍存在的一种现象，它的出现不仅会降低建筑物的抗渗能力，影响建筑物的使用功能，而且会引起钢筋的锈蚀，混凝土的碳化，降低材料的耐久性，影响建筑物的承载能力，因此在取水泵房的施工过程中通过优化配合比、优选水泥品种、降低拌合温度、制定有效的温控措施进行了防范。净化厂取水工程泵房主体2007年11月开始施工2008年5月完工，期间经历了2008年5.12汶川地震、2010年7.18特大洪水均未出现裂缝等质量问题，至今已平稳运行了5年，保障了普光地区生产生活用水的需要，同时为今后类似工程提供了借鉴经验。

　　参考文献：

　　[1] 高秀萍，魏洪光，李山妹.浅谈大体积混凝土温差裂缝产生及控制[J].山西建筑，2008年第三十期.

　　[2] 钟小平，王东，陈香凤，等.大体积混凝土温度裂缝的成因分析及防裂措施应用[J].四川建筑，2010年第02期.

　　[3] 李娟.大体积混凝土施工技术应用[J].中国房地产业，2011年第03期.