混凝土施工温度与裂缝预防措施

2012-06-26罗建刚李亚炜

水科学与工程技术 2012年4期

罗建刚，李亚炜

（1.河北省水利水电勘测设计研究院，天津 300250；2.张家口市水务局，河北张家口 075000）

1 工程概况

下车亭隧洞位于河北省涞水县，是南水北调中线京石段应急供水工程的1座大型输水建筑物，输水设计流量60m3/s，加大流量70m3/s。下车亭隧洞全长860m，由进口段、洞身段和出口段三部分组成，洞身段长705m，为平行双洞线布置，采用无压流马蹄形断面型式，洞身为全断面混凝土衬砌，厚度25～70cm。

2 混凝土产生裂缝原因

下车亭隧洞洞身混凝土从5月中旬开始浇筑，混凝土由设置在施工营地内的拌和站统一集中拌制，搅拌运输车运送到浇筑现场，再由输送泵泵送入仓。洞身混凝土浇筑分底板和边顶拱两层，按先底板后边顶拱的顺序施工，纵向分段长度为10m，底板混凝土浇筑超前于边顶拱混凝土3～4段进行，边顶拱1次浇筑成型。9月中、下旬，发现已浇筑完成的混凝土产生了裂缝，裂缝基本垂直于洞轴线，呈对称性分布在两侧，部分为贯穿性。裂缝宽0.1～0.2mm，长1～5m。

受工期限制，洞身混凝土多在一年中的高温季节7、8、9月份浇筑，水泥用量多，砂石料等原材料未采取有效的降温措施，混凝土硬化期间水泥放出大量水化热，内部温度不断上升，在表面引起拉应力。后期在降温过程中，由于受到基岩和模板的约束，会在混凝土内部出现拉应力。混凝土的内部湿度变化很小或变化较慢，但表面湿度可能变化较大或发生剧烈变化。如养护不周、时干时湿，表面干缩形变受到内部混凝土的约束，也往往导致裂缝。混凝土是一种脆性材料，抗拉强度是抗压强度的1/10左右，短期加荷时的极限拉伸变形只有（0.6～1.0）×10-4，长期加荷时的极限拉伸变形也只有（1.2～2.0）×10-4。由于原材料不均匀，水灰比不稳定，及运输和浇筑过程中的离析现象，在同一块混凝土中其抗拉强度又是不均匀的，存在着许多抗拉能力很低，易于出现裂缝的薄弱部位。

在采取裂缝预防措施前，对混凝土硬化期间温度的变化进行了实测，测量结果见表1。

表1 采取措施前实测值单位:℃

注：温度计T1埋设在左侧边拱，T2埋设在右侧边拱。

由表1可见，混凝土在硬化期间内外温差左侧最大达到28.8℃，右侧最大达到37.2℃，远大于一般要求20℃。

浇筑混凝土开始至水泥放热基本结束，这个阶段有两个特征，一是水泥放出大量的水化热，二是混凝上弹性模量的急剧变化。由于弹性模量的变化，这一时期在混凝土内形成残余应力。水泥放热作用基本结束时起至混凝土冷却到稳定温度时止，这个时期中，混凝上的弹性模量变化不大，温度应力主要是由于混凝土的冷却及外界气温变化所引起，这些应力与早期形成的残余应力相叠加，超出混凝土的抗裂能力，即会出现裂缝。

在混凝土的施工中，为了提高模板的周转率，往往要求新浇筑的混凝土尽早拆模。当混凝土温度高于气温时应适当考虑拆模时间，以免引起混凝土表面的早期裂缝。新浇筑早期拆模，在表面引起很大的拉应力，出现“温度冲击”现象。在混凝土浇筑初期，由于水化热的散发，表面引起相当大的拉应力，此时表面温度亦较气温为高，此时拆除模板，表面温度骤降，必然引起温度梯度，从而在表面附加一拉应力，与水化热应力迭加，再加上混凝土干缩，表面的拉应力达到很大的数值，就有导致裂缝的危险，如果在拆除模板后及时进行表面保温，对于防止混凝土表面产生过大的拉应力具有显著的效果。