三湾水利枢纽工程混凝土温控防裂措施分析

黄举

（丹东市鸭绿江防洪护岸工程建设管理局，辽宁丹东118000）

三湾水利枢纽工程混凝土温控防裂措施分析

黄举

（丹东市鸭绿江防洪护岸工程建设管理局，辽宁丹东118000）

针对严寒地区混凝土温度控制与防裂措施要求高的情况，结合辽宁三湾水利枢纽工程混凝土施工，运用数值模拟软件对混凝土施工过程中的温控设计标准及要求进行研究，得到了混凝土合理的浇筑层厚以及不同部位的温控标准，并介绍了工程具体的温控防裂措施。工程实践证明，对于采用温控防裂措施的混凝土施工基本达到了预期成效，未出现危害性的温度裂缝。

混凝土；温度控制；防裂措施

1 工程概况

三湾水利枢纽工程位于辽宁东部山区，该地区多年平均气温为8.1℃，其中7月、8月最高为23.3℃，夏季最高气温超过25℃，1月份最低气温低于-10℃，属于严寒地区。昼夜温差变化较大，极易引起混凝土温度应力并产生表面裂缝，进而发展为深层裂缝。因此，对混凝土的施工工艺需采取有效的温度控制措施，以保证工程质量。

2 温控设计标准及要求

结合工程实际，通过ANSYS软件对挡水坝段大体积混凝土施工情况进行模拟，模拟浇筑层厚度分别为1.0 m和1.5 m，分析混凝土表面特征点及内部点温度、应力变化情况。

1）温度场分析。模拟得到不同浇筑层厚度情况下混凝土内表温度及差值，分析得出：当增加混凝土浇筑厚度时，其内外温差会发生明显的变化，最大温度差增加了近21%。究其原因主要是由于大体积混凝土自身导热特性差，导热速度慢，浇筑厚度由1.0 m增加到1.5 m时，混凝土表面的散热情况会发生改变，散热量减少，表面温度分布不均匀，在较短的时间内混凝土温度梯度增加明显，这与实际情况较为相符。

2）应力场计算。分析不同浇筑厚度表面特征点温度应力可知：混凝土表面应力以拉应力为主，这也正是混凝土温度裂缝产生的主要原因。而观察应力曲线的波动得到，应力变化历经三个阶段，即急速增长阶段、缓慢增长阶段以及快速下降阶段。混凝土浇筑厚度1.0 m和1.5 m的极限拉应力值分别为0.58 MPa和0.66 MPa，应力峰值分别出现在第6 d和第7 d，而其极限为0.87 MPa、0.92 MPa，满足设计要求。由此可知，在施工条件相同的情况下，选择1.0 m和1.5 m浇筑厚度时，混凝土表面温度值以及内外温差较为接近，且最大拉应力小于混凝土承受极限，这表明混凝土设计温控防裂措施有效。因此，结合当地气候条件，夏季高温时段基础约束区混凝土浇筑厚度选择1.0 m，而其他时段为1.5 m，层间歇不小于7 d。

2.1 温控设计标准

1）基础温控标准。以工程区多年平均气温作为基础稳定温度，计算得到约束区混凝土最高允许温差，见表1。

2）上下层及内外混凝土温差控制。如若上下两层混凝土浇筑时间间隔超过了28 d，则下层混凝土面上1/4L区域内，上层混凝土按照上下层混凝土温差标准进行控制，一般应小于17℃。而混凝土在不同时期形成的内外温差也需要区别对待，早期控制在12℃以内，中后期则不超过14℃。

表1 约束区最高允许温差

3 混凝土温控防裂措施

结合工程混凝土场地施工条件以及类似混凝土工程成功施工经验，决定大体积混凝土施工过程中采用以下综合措施。

3.1 控制混凝土浇筑温度

1）控制出机口温度。一般混凝土出机口温度控制在12℃以内，视实际情况可适当进行调整。要求选用合适成品料、骨料，并做好相关的保管措施，避免混凝土原料温度过高，影响出机口温度。该工程选用42.5级中热硅酸盐水泥，大体积混凝土均采用三级配，骨料最大粒径控制在80 mm以内，降低混凝土出现绝热升温的可能性。同时，亦可采取预冷骨料、洒水喷雾、冷水拌合等方式降低混凝土出机口温度。

2）减少混凝土温度回升。这主要涉及两个方面的内容：首先，控制混凝土运输过程中的温度回升，自出机口至浇筑地点混凝土温差不得超过1.0℃。可采取的措施有：运输混凝土之前首先对运输车厢进行喷雾冷却，在车厢外部铺设防晒或防雨篷布等。其次，避免混凝土浇筑施工中的温度回升，这对保障混凝土施工质量有着重要作用。可通过以下几种措施加以控制：一是避开高温施工时段，结合工程施工进度尽可能选择气温较低时段施工；二是合理规划混凝土浇筑仓面的面积，减少暴露时间，一般情况下特殊时段混凝土最高暴晒事件不得超过1 h，且各层混凝土覆盖事件控制在4 h以内，对于大体积混凝土浇筑可改用斜层平推法或调整仓号的方法；三是每层混凝土浇筑完毕后加盖保温被，避免出现温度倒灌的情况出现；四是在混凝土浇筑前在仓面中进行喷雾降温。

3.2 通水冷却

冷却水管材料选用塑料管，导热系数应复合工程设计标准。冷却管布设采用蛇形布置方式，水平与垂直间距都控制在1.5 m，间距可适当进行调整。混凝土浇筑之前首先通入制冷水，管中冷却水温度不超过10℃，流速以0.6 m/s为宜，初次通水时间控制在18 d左右。单根冷却水管的长度控制在300 m以内，水流方向每天调换一次，每循环中观察水文降温应小于1℃。一般情况下，冷却水水温与最高允许温度的差值应在合理范围内，以小于25℃为宜，如温差过高可先通入河水进行过渡，再通入制冷水。

3.3 混凝土表面养护

混凝土表面裂缝大多发生在浇筑施工阶段，而其原因主要是混凝土表面温度变化过快，导致内外温差加大，混凝土在温度应力的作用下产生裂缝。因此，在混凝土施工完毕后应及时做好表面的保护与养护工作，尤其对于大体积混凝土而言。混凝土拆模过后，可采用洒水养护或覆盖保温材料等方式，而对特殊部位混凝土还需要采取全年覆盖持水保温材料。混凝土养护时间一般不得少于28 d，视情况增加养护周期。

3.4 现场温度监测

混凝土浇筑施工过程中，可根据现场条件选用合适的温度监测装置，工程选用普通温度计，而对大体积、特殊部位混凝土则采取内部预埋电阻式温度计的方式，以期取得和达到每一浇筑层内的混凝土温升没有超过规定的最大温升。如若出现混凝土浇筑层中的温度超过规定的最大允许温升，则该层混凝土及所有上面覆盖的混凝土浇筑层均将予以清除。在混凝土浇筑过程中，每4 h测一次混凝土原材料的温度、出机口温度及气温，并安排专门人员进行相关数据记录。

4 结语

混凝土温度裂缝是水工混凝土常见的质量问题，其出现多是由于浇筑阶段温控防裂措施实施不当或不到位，影响工程消能正常的发挥，特别对于大体积混凝土或关键部位混凝土结构，其可能影响整个工程的施工质量。三湾水利枢纽工程混凝土施工起初由于温控措施不到位，导致部分混凝土结构出现裂缝，但经过专项研究和有效的温度控制标准及措施，确定了合理的混凝土参数，保障了工程混凝土施工质量。

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2016-09-17