大体积混凝土养护期的降温措施

2021-03-31赵保山广东省水利水电第三工程局有限公司工程师

中国建筑装饰装修 2021年7期

赵保山广东省水利水电第三工程局有限公司工程师

混凝土裂缝是施工建设过程中最为常见的问题，也是最为严重的质量缺陷。混凝土裂缝的出现时间大多集中在施工建设阶段，其成因复杂多变，一直以来受到业界人士和业主的广泛关注。通过对大体积混凝土裂缝出现的原因进行分析，可以发现在养护期降温工作的重要性。大体积混凝土裂缝的控制措施主要为温度控制，大体积混凝土在凝结过程中会产生大量的水泥水化热，导致内外结构温差较大，从而形成裂缝。大面积混凝土浇筑工程完成之后必须做好温控保护工作，将温差控制在科学范围内，从而解决因温度差异而产生的应力裂缝问题。

1 工程概况

在北江(韶关至乌石）航道扩能升级工程中，濛浬枢纽二线船闸工程位于广东省韶关南部，当地年平均气温较高，夏热冬冷，霜小雪稀，雨期较长，秋季台风较为频繁，春天雾较多。多年平均气温20.3℃，极端最高气温42.0℃，极端最低气温-4.3℃，年平均气温20.8℃，最热为7～8月，平均气温29.2℃，最冷在1月，平均气温8.8℃。

上闸首平面外轮廓尺寸为40.5m×51.0m（长×宽），为整体式结构。船闸上闸首中间底板闸门前段底板高32.82m，底板厚4.0m，顶板高36.82m，底板、边墩输水廊道分流墙砼等级C25（一级配），输水廊道周边1m范围内砼等级C30（一级配）。

2 温度裂缝产生原因

由于温差造成的收缩裂缝主要是混凝土水化反应后，混凝土内部的温度升高，而混凝土凝结硬化后内部水化热的程度会下降，进而导致混凝土温度由升高变为降低，从而出现收缩问题。如果温差较大，就会导致混凝土的内部和外部出现热胀冷缩，使得混凝土表面发生应力变化，在应力的作用下，如果超出混凝土强度，就会导致混凝土的表面出现裂缝[1]。这就意味着由于温度出现的收缩裂缝现象往往在混凝土的后期养护中出现。

现有的施工调查表明，温度应力的形成可分为三个时间段：第一阶段，从混凝土浇筑施工开始，持续到混凝土放热，时长约为30天左右，此时，混凝土中的液体大量蒸发，导致水化热上升。第二阶段，混凝土的放热结束，混凝土内部温度冷却至稳定状态，此时，外界的气温与混凝土内部的气温共同作用，导致各种应力与残余应力相互叠加，形成弹性模量的变化。但就整体施工质量来说，弹性模量的变化幅度并不明显。第三阶段，混凝土已经完全冷却，外界温度的变化导致混凝土内部温度变化，产生应力，从而与前两种剩余的应力互相作用，导致混凝土出现不同程度的开裂问题。

一般来说，水泥水化产生的热量与水泥用量成正比，整体施工用量越大，水化产生的热量越无法散发。加之水泥是一种不良导体，其内部温度会伴随着水化热的不断聚集而升高，导致水泥内部与外部之间的温差扩大。此时，温度应力不断上升，一旦温度应力超出混凝土的最大抗拉强度，混凝土表面必然会出现温度裂缝，从而影响整体的结构性和耐久性[2]。

3 温度控制

做好温控工作，才能在根源上解决温度裂缝问题。必须将混凝土的最大温度和温度变化速度控制在一定的标准内，确保因温度变化而产生的应力小于混凝土的最大抗拉强度，才能防止裂缝出现。

在混凝土浇筑完成后，做好混凝土的养护措施，使混凝土缓慢降温。在混凝土温升期采取人工冷却方式降低其最高温升，改变混凝土水化热升温，控制升温温度，充分发挥其徐变特性，合理控制温度应力，解决温度裂缝问题。

因温度应力所引起的表面裂缝和贯穿裂缝是导致混凝土出现裂缝的主要问题。对因混凝土温度应力所产生的裂缝进行有效防控，采用预埋冷水循环水管与铺盖麻袋养护相结合的方式控制和释放温度，可达到收缩应力，从而达到控制裂缝的目的。

在大体积混凝土中埋设冷却水管，依靠冷水降温技术，将混凝土内部结构中的热量排出，控制混凝土的内外温度差，降低混凝土应力[3]。

大体积混凝土若降温速度过快，其徐变性质必然会受到影响，整体的应力松弛效应无法发挥出来，混凝土就会出现弹性脆裂问题。合理控制降温速度，保证降温时间，控制养护速度，能够有效控制混凝土的收缩问题。对于已经完成浇筑的混凝土，必须进行实时测温，及时了解混凝土温度数据与变化曲线，根据分析结果及时调整降温措施。

3.1 温控标准

（1）混凝土浇筑块体的里表温差不宜＞25°C；（2）混凝土内部最高温度不高于70℃；（3）混凝土浇注体的降温速度以2℃/h为宜，在浇筑时，必须保障表面温度与大气温度的温差＜20°C，避免因温差过大引发裂缝问题。

在大体积混凝土浇筑前，在混凝土内部均匀埋设冷却管，冷却管采用外径40mm、壁厚2.5mm的钢管，底板埋设2层循环水管，水管固定在钢筋支架上，循环水管水平间距为2m，距结构边缘2m，S型盘绕，两层之间间距为1.5m。上下2层之间相互错开布置，共分为6个回路，各回路间进出水管各自独立，每个回路进水端及出水端均装有控制阀门，根据测温数据调整冷却水循环的速度。冷却管回水系统安装完成后，将进出水管口、水泵连通进行通水试验，检查回水管道是否有漏水现象，如发现丝口漏水，应拧紧接头并用防水胶带进行封堵，确保管道连接头密封完好，注水时管道通畅。

测温管（局部可以利用预埋在底板的固结灌浆钢管）从边墩围绕长边和短板进行布置，并在不同的测温点之间预留4～5m的测量距离。施工单位必须预先设计测温孔，将其设计在底板内，确保其与板顶保持10cm的差距，并固定在底板筋上。上端开口用透明胶带封闭，下端开口用钢板封闭，避免浇筑时混凝土砂浆流入，造成堵塞[4]。

预埋温度传感器，传感器连接温度采集模块（海创HC－TW80混凝土无线测温仪），每个温度采集模块连接8个传感器（测温点），温度采集模块无线传输数据到个人计算机。

3.2 混凝土温度控制措施

混凝土初凝前按设计标高用铝条刮平，混凝土终凝前用抹光机收面，局部边角部位和预埋件周围采用人工收面，然后铺盖塑料薄膜和麻袋，浇水保持混凝土表面的湿润。在养护期间对混凝土表面干湿情况和温差进行监测，当混凝土表面与环境最大温差＜20℃时，可全部拆除保温覆盖层。

本工程大体积混凝土冷却水源为北江水，通过潜水泵和水管抽进蓄水池形成供水系统。通过泵送循环冷却水管回水系统流动的冷却水带走混凝土内部热量，降低混凝土的温度，从混凝土内冷却管中流出的水再次收集至集水坑内，利用降温后升高的水温进行砼养护，减少砼内外温差。

混凝土内外温度、降温速率、进出水管温度的有关测试应该与环境温度测试活动同步开展，一般以混凝土浇筑后的12h为宜。如果混凝土升温，应每2h测量1次，若是混凝土降温，则需要4h测量1次。在温度稳定之后的3～5d，每8h进行测量。确定内部温度保持稳定，与大气温度的最低温度差低于15℃时，才能结束测温工作。

混凝土要在初凝后、终凝前进行通水降温，为了保障热量的顺利排出，降温时间不得少于7d，降温所用的循环水应该在循环12h之后调整方向，保障热量均匀排出。从大体积混凝土内部进行温度控制。

通过持续有效的温控监测，建立全面的预警和快速反应机制，掌握温控工作的主动权，使其始终保持受控状态。在测温过程中，只有混凝土最高温度与表层温度之间的温度差＜15℃时才能暂时停止循环水作业。在暂停的过程中，必须对混凝土最高温度以及表层温度差进行测控，如果温差高于25℃，必须重新启动循环水，对混凝土进行冷却[5]。

大体积混凝土养护完成后，对冷却管内进行压浆处理，提高混凝土结构整体质量。管道压浆采用与混凝土同等强度的水泥砂浆灌注封孔，采用注浆泵压浆，当灌注一定量后，打开闸阀排除管内空气，关闭后直到灌满为止，待水泥砂浆凝固后将伸出结构的管道切割，用钢板封堵管口后，用聚合物水泥砂浆修补平整。