孫玉祥

【摘 要】燃煤燃?xì)怆娬驹O(shè)備如發(fā)電機(jī)、汽輪機(jī)、燃?xì)廨啓C(jī)、送引風(fēng)機(jī)、鍋爐承重基礎(chǔ)等工程中存在大量的大體積混凝土基礎(chǔ)，項(xiàng)目建設(shè)涉及到建筑、電氣、鍋爐、燃機(jī)、汽機(jī)及熱控等多項(xiàng)專業(yè)。特別是基礎(chǔ)大體積混凝土的成型及溫度收縮應(yīng)力裂縫控制是大體積混凝土基礎(chǔ)施工是最基礎(chǔ)的工作，它在項(xiàng)目建設(shè)過程中出了問題都將影響后續(xù)項(xiàng)目及整個(gè)項(xiàng)目建設(shè)進(jìn)程。其建設(shè)質(zhì)量直接關(guān)乎整個(gè)項(xiàng)目最終的交付使用。在這些重難點(diǎn)項(xiàng)目上我們采用常規(guī)的質(zhì)量控制措施之外，在管理上狠抓“人”（ man）的核心因素、在技術(shù)上側(cè)重創(chuàng)新、注重將學(xué)科前沿的研究成果應(yīng)用到工程實(shí)踐中去；突出“方法（method）”這一重要因素，燃?xì)怆娬窘ㄖこ添?xiàng)目中重點(diǎn)和難點(diǎn)技術(shù)上采取了強(qiáng)有力技術(shù)創(chuàng)新措施。

【關(guān)鍵詞】電站 混凝土 質(zhì)量控制技術(shù)

1 大體積混凝土結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及應(yīng)力裂縫機(jī)理

（1）大體積混凝土結(jié)構(gòu)斷面尺寸比較大，混凝土澆筑以后，由于水泥的水化熱使內(nèi)部溫度急劇上升，此時(shí)混凝土彈性橫量很小，徐變較大，升溫引起的壓應(yīng)力并不大；但在日后溫度逐漸降低時(shí)，彈性模量比較大，徐變較小，在一定的約束條件下會(huì)產(chǎn)生相當(dāng)大的拉應(yīng)力。（2）混凝土是脆性材料，抗拉強(qiáng)度只有抗壓強(qiáng)度的l/10 左右；拉伸變形能力也很小，短期加載時(shí)的極限拉伸變形只有（6～1.0）×10-1，約相當(dāng)于溫度降低 6～10℃的變形；長期加載時(shí)的極限拉伸變形也只有（1.2～2.0）×10-1。在施工過程中和運(yùn)行期間，大體積混凝土結(jié)構(gòu)中往往會(huì)由于溫度的變化而產(chǎn)生很大的拉應(yīng)力，要把這種溫度變化所引起的拉應(yīng)力限制在允許范圍以內(nèi)是頗不容易的。大體積混凝土裂縫的形成機(jī)理，總體上可分為兩類：一是混凝土收縮變形約束裂縫，如混凝土溫縮和干縮變形因?yàn)槭艿郊s束所引起的約束拉伸裂縫；二是混凝土結(jié)構(gòu)的荷載裂縫，指結(jié)構(gòu)在設(shè)計(jì)荷載或其它外力作用下所引起的裂縫。溫度收縮是混凝土因隨周圍環(huán)境溫度下降而產(chǎn)生的溫度變形。對于大體積混凝土而言，溫度收縮是引起混凝土開裂的主要因素之一。大體積混凝土結(jié)構(gòu)澆筑后，由于水泥凝結(jié)過程散發(fā)大量水化熱，導(dǎo)致混凝土體積膨脹，達(dá)到最高溫度后，隨著熱量的散失，溫度將降低到一個(gè)穩(wěn)定溫度場或準(zhǔn)穩(wěn)定溫度場，產(chǎn)生溫降，導(dǎo)致體積收縮。

2 原材料控制

（1）要求商品混凝土供應(yīng)站選用低水化熱的礦渣硅酸鹽水泥或普通硅酸鹽水泥。（2）用粒徑較大，級配良好的粗骨料，嚴(yán)格控制其含泥量（砂<3%，碎石<1%）。

3 進(jìn)行配合比優(yōu)化

當(dāng)前在工程實(shí)踐當(dāng)中，配合比并未有隨著材料的實(shí)際情況（如含水率、含泥量等）而及時(shí)改變，導(dǎo)致配合比并不具有施工指導(dǎo)意義，鑒于此種情況，我們?nèi)匀灰浴叭恕睘橹行?，?qiáng)化組織的有效性，采取如下措施對配合比進(jìn)行優(yōu)化控制：

（1）與商品混凝土供貨商共同協(xié)商，采用加粉煤灰等摻合料或減水劑、改善和易性、降低水灰比，以達(dá)到減少水泥用量、降低水化熱和收縮量的目的。（2）據(jù)混凝土配合比和澆筑塊大小進(jìn)行收縮應(yīng)力計(jì)算，控制收縮應(yīng)力小于混凝土抗拉應(yīng)力?；炷林械姆蔷鶆驖穸确植紩?huì)引起差異干縮變形，使結(jié)構(gòu)的表面產(chǎn)生拉應(yīng)力并可能導(dǎo)致裂縫。

混凝土中濕度場的確定是干縮應(yīng)力計(jì)算的前提，由于影響濕度的因素較多，試驗(yàn)測試?yán)щy較大。為了很好控制濕度變化而引起的收縮應(yīng)力，我們?nèi)細(xì)怆娬綯QC小組對該領(lǐng)域當(dāng)前的最新研究成果進(jìn)行了研究和吸收，根據(jù)河海大學(xué)王建博士后擬合得出混凝土收縮應(yīng)變最終值可采用公式：

（1）

式（1）中： 為單位體積灰泥（水加水泥）量，單位 ，ε的單位為μm。

再據(jù)混凝土材料的本構(gòu)方程 （2）

便可算出混凝土的收縮應(yīng)力。根據(jù)我們TQC小組部分專家成員研究結(jié)論，要求商品混凝土公司研制出對混凝土干縮應(yīng)力有明顯控制成效的配合比。

4 溫度應(yīng)力控制

4.1 溫度應(yīng)力裂縫形成

（1）混凝土澆筑初期，水泥水化產(chǎn)生大量水化熱，使混凝土的溫度很快上升。但由于混凝土表面散熱條件較好，熱量可以向大氣中散發(fā)，因而溫度上升較少；而混凝土內(nèi)部由于散熱條件較差，熱量散發(fā)少，因而溫度上升較多，內(nèi)外形成溫度梯度，形成內(nèi)外約束。結(jié)果混凝土內(nèi)部產(chǎn)生壓應(yīng)力，面層產(chǎn)生拉應(yīng)力，當(dāng)該拉應(yīng)力超過混凝土的抗拉強(qiáng)度時(shí)，混凝土表面就產(chǎn)生裂縫。（2）混凝土澆筑后數(shù)日，水泥水化熱基本上已釋放，混凝土從最高溫逐漸降溫，降溫的結(jié)果引起混凝土收縮，再加上由于混凝土中多余水份蒸發(fā)、碳化等引起的體積收縮變形，受到地基和結(jié)構(gòu)邊界條件的約束（外約束），不能自由變形，導(dǎo)致產(chǎn)生溫度應(yīng)力（拉應(yīng)力），當(dāng)該溫度應(yīng)力超過混凝土抗拉強(qiáng)度時(shí)，則從約束面開始向上開裂形成溫度裂縫。

上述混凝土溫度應(yīng)力的大小取決于水泥、水化熱、拌合澆筑溫度、大氣溫度、收縮變形及當(dāng)量溫度等因素，總結(jié)過去大體積混凝土裂縫產(chǎn)生的情況，可知道產(chǎn)生裂縫的具體原因。

4.2 溫度應(yīng)力影響因素

（1）水泥水化熱。水泥在水化過程中要產(chǎn)生一定的熱量，是大體積混凝土內(nèi)部熱量的主要來源。由于大體積混凝土截面厚度大，水化熱聚集在結(jié)構(gòu)內(nèi)部不易散失，所以會(huì)引起急驟升溫。（2）混凝土的導(dǎo)熱性能。熱量在混凝土內(nèi)傳遞的能力反映在其導(dǎo)熱性能上?；炷恋膶?dǎo)熱系數(shù)越大，熱量傳遞率就越大，則其與外界熱交換的效率也越高，從而使混凝上內(nèi)最高溫升降低，同時(shí)也減小了混凝土的內(nèi)外溫差?；炷恋膶?dǎo)熱性能較差，澆筑初期，混凝土的彈性模量和強(qiáng)度都很低，對水化熱急劇溫升引起的變形約束不大，溫度應(yīng)力較小。（3）約束條件。結(jié)構(gòu)在變形變化時(shí)，會(huì)受到一定的抑制而阻礙其自由變形，該抑制即稱“約束”。大體積混凝土由于溫度變化產(chǎn)生變形，這種變形受到約束才產(chǎn)生應(yīng)力。無約束就不會(huì)產(chǎn)生應(yīng)力，因此，改善約束對于防止混凝土開裂有重要意義。（4）外界氣溫變化。大體積混凝土結(jié)構(gòu)施工期間，外界氣溫的變化對大體積混凝土開裂有重大影響?；炷恋膬?nèi)部溫度是澆筑溫度（既混凝土的入模溫度），可以預(yù)見，混凝土的入模溫度越高，它的熱峰值也必然越高，溫差愈大，溫度應(yīng)力也愈大。（5）混凝土的收縮變形?；炷现械乃萦谢瘜W(xué)結(jié)合水、物理-化學(xué)結(jié)合水和物理力學(xué)結(jié)合水，其中80%的水份需要蒸發(fā)，只有20%的水份是水泥硬化所必須的?；炷猎谒嗨^程中多余水份的蒸發(fā)會(huì)引起混凝土產(chǎn)生體積變形，多數(shù)是收縮變形，少數(shù)為膨脹變形，這主要取決于所采用的膠凝材料的性質(zhì)?；炷现卸嘤嗨莸恼舭l(fā)是引起混凝土體積收縮的主要原因之一。（6）大體積混凝土的幾何尺寸。大體積混凝底板的長度對裂縫也有影響，底板越長，越容易產(chǎn)生裂縫，這是因?yàn)闇囟葢?yīng)力與澆筑塊長度有關(guān)。

4.3 混凝土溫度控制

（1）該工程部分大體積混凝土正好在夏季進(jìn)行施工，如燃機(jī)基礎(chǔ)等。夏季采用冰水?dāng)嚢杌炷?，對骨料進(jìn)行覆蓋遮陽。混凝土澆筑時(shí)應(yīng)進(jìn)行溫度測量，入模溫度控制在30℃以內(nèi)，并盡可能的低。（2）混凝土核心溫度與混凝土表面溫度之差，混凝土表面溫度與環(huán)境間溫度之差控制在20℃以內(nèi)，基面溫度和基底面溫度之差應(yīng)控制在18℃以內(nèi)。以防止溫度應(yīng)力過大導(dǎo)制混凝土開裂。（3）在混凝土入模終凝后，盡早做好混凝土保溫保濕養(yǎng)護(hù)。為縮小混凝土中心溫度與表層溫度的溫差，多加了二層麻包和一層塑料薄膜，以免降溫梯度過大。

5 混凝土澆筑控制

（1）在規(guī)范允許或征得設(shè)計(jì)認(rèn)可的前提下，盡可能采取分層或分塊降低表面系數(shù)的方法澆灌筑大體積混凝土。（2）澆筑過程中應(yīng)及時(shí)排除混凝土表面泌水?？刹捎盟芰瞎芾煤缥磉厺仓吪潘?；不能采用虹吸方法時(shí)，水較少時(shí)，可在模板上打眼排水或采用海綿人工吸水等方法排除泌水。（3）根據(jù)混凝土體積大小，盡可能采用多臺(tái)泵車多點(diǎn)布料。水平全面分層澆筑，每層澆筑厚度控制在30cm以內(nèi)。（4）混凝土分層振搗并采用二次振搗工藝，保證混凝土振搗密實(shí)，并排出孔隙水，減小混凝土收縮量。（5）混凝土終凝前用鐵磙進(jìn)行二次壓實(shí)表面，再用木蟹打毛以控制混凝土表面凝縮裂紋的出現(xiàn)。

6 混凝土養(yǎng)護(hù)控制

（1）混凝土入模終凝后在基礎(chǔ)上表面覆蓋一層麻袋片澆水充分濕潤覆蓋塑料薄膜一層保濕，后再蓋一層或根據(jù)環(huán)境溫度加蓋多層草包，側(cè)模外表面覆蓋雙層草包（搭接），外面用塑料薄膜包裹嚴(yán)實(shí)。根據(jù)監(jiān)測的溫差情況，必要時(shí)再用油布包裹一層。（2）對于大體積混凝土的養(yǎng)護(hù)我們一定要突破一個(gè)誤區(qū)，混凝土表面溫度增加并非是不允許的，在施工中我們特別強(qiáng)調(diào)溫度應(yīng)力裂縫主要是由于混凝土內(nèi)外溫度差引起的，所以許多基層施工人員認(rèn)為升溫就澆水降溫是錯(cuò)誤的。

7 混凝土測溫控制

（1）測溫點(diǎn)布設(shè)原則：測溫點(diǎn)的布設(shè)應(yīng)有效地測得大體積混凝土各截面高度、核心、邊緣的溫度變化值。在大體積混凝土施工時(shí)，按測溫點(diǎn)布設(shè)原則進(jìn)行設(shè)計(jì)并在施工中實(shí)施。（2）采用人工測溫，在當(dāng)混凝土內(nèi)外溫差在20℃以內(nèi)和混凝土內(nèi)部最高溫度與大氣溫度之差小于20℃時(shí)，即可停止測溫工作。（3）當(dāng)混凝土內(nèi)外溫差有超過20℃趨勢時(shí)，應(yīng)及時(shí)通知調(diào)整保溫及養(yǎng)護(hù)措施，加蓋麻包，必要時(shí)對迎風(fēng)面應(yīng)加蓋油布、帆布覆蓋。

參考文獻(xiàn)：

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