混凝土防渗墙浇筑初期温度特性分析

2013-09-10王文陈科文汪征

四川水力发电 2013年6期

王文，陈科文，汪征

(1.国电大渡河金川水电建设有限公司，四川阿坝 624100;2.南充市城乡供排水管理服务处，四川南充 637000)

混凝土是现代最重要的建筑材料和工程结构材料之一，大体积混凝土结构在水利工程建设中已得到了广泛应用，如混凝土重力坝、拱坝和混凝土防渗墙。而大体积混凝土结构的温度应力及温度裂缝问题也越来越引起工程界的关注，工程的复杂性及混凝土材料的特殊性导致在进行温控设计、防止温度裂缝方面出现了众多问题而一直在困扰着广大设计及施工人员。因此，进行混凝土温度研究从而进行有效的温控防裂设计具有重要的意义。笔者以瀑布沟水电站基础防渗墙浇筑初期温度监测资料为基础，分析了混凝土防渗墙浇筑初期温度变化规律，供同类工程参考。

1 工程概述

大渡河瀑布沟水电站是一座以发电为主，兼有防洪、拦沙等综合利用效益的大型水电工程。拦河大坝采用砾石土心墙堆石坝，最大坝高186 m，总库容53.37亿 m3，装机总容量3600MW。坝基覆盖层最大厚度为77.9m，采用2道混凝土防渗墙全封闭防渗，墙厚1.2m，中心间距14m。副防渗墙高程670m以下最大深度为76.85m，主防渗墙高程670m以下最大深度为75.55m。副防渗墙高程670m以上顶部直接插入大坝心墙，插入深度为10m;主防渗墙顶部设有3.5m×4m的灌浆兼观测廊道。

2 防渗墙温度监测布置

在下游墙(主防渗墙)桩号0+240、0+310监测断面，618、645、671m高程处各布设了一组双向混凝土应变计(共10支)。在上游墙(副防渗墙)桩号0+240监测断面，671、645、618m 高程各布设了一组双向混凝土应变计(共6支)。应变计可观测混凝土的应变和温度。图1为0+240断面防渗墙温度监测布置图。

图1 防渗墙0+240断面仪器布置图

3 大体积混凝土水化温升原理

混凝土的基本材料之一——水泥的水化放热量大致在200～400kJ/kg，这样的热量可以使绝热状态下的混凝土温度上升30℃ ～40℃，如再叠加上自身原有的温度，则混凝土中的最高温度会达到70℃ ～80℃。但是水泥的水化放热时间较长，需要几十天乃至几个月的时间(一般以前3～7d的放热量为最大)，在普通情况下(构件尺寸、厚度不大时)，这种放热可以比较快地消散到周围环境中，从而使混凝土内部的温度和周围环境的温度相差不大。而大体积混凝土由于热量散发的路径变长，且因混凝土又是一种相对来说散热能力较差的介质，因此，在初期阶段(约0～4d)，混凝土中的放热速度大于散热速度，温度不断升高，混凝土受热体积膨胀。此后，因放热量大幅度降低，混凝土会因仍然持续对外大量散热而导致温度降低，产生体积收缩。混凝土的水化规律和水化速率可以用水泥的水化放热规律、水化速率衡量。

水泥的水化放热规律:在连续介质中的瞬态温度场分布方程为:

当每m3混凝土水泥含量为W(kg)时，混凝土总放热规律按式(2)计算:

式中 Q为单位重量(kg)水泥的放热量。

4 防渗墙温度特征分析

根据应变计温度监测结果，图2～5为其温度变化过程线，表1为各曲线对应的特征点值。

图2 S1、S2温度-时间曲线图

图3 S3、S4温度-时间曲线图

由表1可知，混凝土在浇筑后50h左右达到温度峰值，峰值温度比环境温度高40℃ ～50℃，其中上游防渗墙最大峰值温度为50.3℃，下游防渗墙最大峰值温度为83.1℃。下游防渗墙混凝土温度达到峰值温度所需时间整体上较上游防渗墙多，其中上游防渗墙所需最长时间为62h，下游防渗墙所需最长时间为83h。

图4 S7、S8温度-时间曲线图

图5 S9、S10温度-时间曲线图

由图2～5可知，混凝土浇筑初期各测点温度变化具有相同特征，表现为在浇筑初期的几天时间内上升至峰值后降低，温降速率小于温升速率，在峰值温度后的两周时间内尚未降至环境温度。不难看出，下游防渗墙最大峰值温度大于上游防渗墙最大峰值温度且达到峰值温度所需时间较大，降至环境温度所需时间较长。大坝上游防渗墙采用标号为C40混凝土，下游防渗墙采用C45混凝土，采用普通硅酸盐水泥P.LH42.5(非国标)。根据现场施工资料，每m3混凝土中，上游墙配合比为:水∶水泥∶粉煤灰∶人工砂=168∶302∶129∶752;下游墙配合比为:水∶水泥∶粉煤灰∶人工砂 =168∶327∶140∶729。在相同条件下，高标号混凝土水泥所占百分比大于低标号混凝土。由上述可知，水泥是一种在水化时会放出大量热量的材料，因此，下游墙在浇筑时由于水泥含量较大将产生较多的热量，这也正是下游墙峰值温度较高的原因。