劉 佳,劉京紅

(1.華北理工大學 建筑工程學院,河北 唐山 063210；2. 河北農業(yè)大學 城鄉(xiāng)建設學院,河北 保定 071001)

1 引言

引起大體積混凝土裂縫的主要原因是溫度變化[1],溫度變化產生的變形受到混凝土內部和外部約束的影響,混凝土中存在較大的應力(特別是拉應力),導致混凝土開裂[2]。大體積混凝土溫度裂縫問題十分復雜,涉及工程結構的多方面,如何防止水泥水化熱引起的裂縫,是大體積混凝土施工過程中工程師關心的問題。如果能掌握大體積混凝土溫度場的變化和溫度應力的變化規(guī)律,工程師可以提出裂縫控制方案。溫度監(jiān)測和應變監(jiān)測對保證大體積混凝土施工質量和提高結構耐久性具有十分重要的指導意義。

本次試驗在中聯(lián)水泥南陽分公司二期生產線-水泥熟料庫開展,通過基礎大體積混凝土的溫度和應變監(jiān)測結果,提出了大體積混凝土的裂縫控制措施。

2 項目監(jiān)測試驗

生產線規(guī)劃建設包括煅燒窯、孰料筒倉、預熱架、散裝倉庫、石灰石預均化場、原煤預均化場等工程設備基礎墊層施工采用大體積混凝土,大體積混凝土基礎墊層主要受到均勻的溫差和收縮,因為其厚度遠小于其長度和寬度,為了防止混凝土產生溫度裂縫,工程師應及時掌握混凝土內外溫度,控制混凝土內外溫差在25℃以內。本文以熟料倉基礎底板大體積混凝土為對象,對混凝土進行溫度監(jiān)測和應變監(jiān)測。

3 大體積混凝土溫度應變監(jiān)測

溫度測量是掌握大體積混凝土施工中混凝土溫度變化的重要手段。影響大體積混凝土裂縫的因素包括水泥水化熱,外部環(huán)境溫度變化和混凝土收縮應變等。大體積混凝土監(jiān)測內容主要包括以下部分：外部環(huán)境溫度、混凝土進入模具溫度、混凝土內部溫度、混凝土應變等。用溫度測量和應變監(jiān)控,以此為基礎,控制大體積混凝土的溫升和降溫速度,防止裂縫產生。

3.1 大體積混凝土入模溫度監(jiān)測

溫度監(jiān)測的最終目的是掌握混凝土內部的實際溫度,評估混凝土中心與表面溫度梯度之間的關系,內部和表面溫差小于25℃。溫度與整個混凝土質量存在直接關系。監(jiān)測混凝土進入模具溫度是控制混凝土內外溫差的重要部分。在混合之前,混凝土進入模具溫度,原材料溫度,水泥,礫石,顆粒物質和混合溫度,為提出降溫處理措施提供依據(jù)。

3.2 大體積混凝土澆筑溫度監(jiān)測

熟料基墊由直徑40米的圓形混凝土基礎制成,基墊大體積混凝土溫度測量采用PN溫度傳感器、JDC-2型數(shù)字字符型多路巡檢控制儀、測溫儀,誤差小于0.3℃?；炷翍儨y試采用混凝土位移應變儀,試驗誤差小于5μm,儀器采用SBQ水利工程電橋。9個測點如圖1所示。

根據(jù)資料所示,A點距混凝土邊緣點100毫米,混凝土厚度為1.8米。B點位于中心點,基礎混凝土厚2.4米。C點位于兩個測點A和B的中間,C點的混凝土厚度為2.4米。溫度傳感器和混凝土位移應變儀垂直測試每個測量點的三個探測點的溫度：表面溫度(表面100毫米),中心溫度(1/2高度位置),基底溫度(底面100毫米或更多)。

3.3 大體積混凝土溫度應變監(jiān)測

據(jù)南陽氣象數(shù)據(jù),九月中旬施工時,室外平均溫度為25℃,施工監(jiān)控從混凝土澆筑后2小時開始,并保持監(jiān)測28天,考慮熟料庫基礎墊層厚度大,工作季節(jié)溫度高,混凝土熱量輻射時間較長。在水化熱峰值和水化熱峰值后的6小時,每隔2小時進行混凝土溫度監(jiān)測28天的措施,并完成詳細記錄。如圖1和圖2所示為A點溫度和應變變化曲線。

圖1 大體積混凝土溫度隨齡期增加的曲線

圖2 應變隨大體積混凝土齡期增加的曲線

圖1實測數(shù)據(jù)表明,中心溫降至安全溫度(50℃)平均使用約23天。28天后,中心溫度降至47℃。監(jiān)測結果表明,混凝土中心測點在70℃～73℃時有不同程度的熱變化,該溫度在混凝土施工后3～5天基本發(fā)生。大體積混凝土溫度變化規(guī)律如下：混凝土中心點升溫快,曲線率大,但降溫階段下降溫和。由于表面混凝土與外界環(huán)境接觸,輻射面大,放熱量大,因此表面混凝土溫度低于底面溫度,混凝土中心點溫度最高。在溫度測量過程中,當混凝土內外溫差超過25℃時,測溫人員應及時向現(xiàn)場工程人員報告,采取加強保溫等措施,以防止溫度裂縫的發(fā)生。

圖2可見,在大體積混凝土養(yǎng)護初期,混凝土表面呈現(xiàn)壓縮應力?；炷羶炔繙囟认陆稻徛Ｉ鲜霈F(xiàn)象引起了混凝土內外溫差。表層混凝土在混凝土早期溫度升高和降溫階段具有較小的膨脹。此時混凝土的彈性系數(shù)較低?；炷帘砻娉尸F(xiàn)小的應力應變,應變隨混凝土齡期的增大而增大。當混凝土齡期為10天時,A、B、C三測點面層拉伸應變-應變最大化和相應的大拉應力,但混凝土內部實際上是此時的應變應變?；炷帘砻孢M入容易開裂的時間?；炷吝M入溫度下降階段時,盡管隨著混凝土溫度的降低,混凝土的拉伸應變變大,但混凝土具有一定的拉伸強度并且抵抗小的拉伸應變函數(shù)。此時混凝土裂縫的可能性不大。

4 大體積混凝土裂縫防控措施

本項目在大體積混凝土施工過程中采取的防止混凝土溫度裂縫發(fā)生的措施如下：

(1)降低原料溫度,控制進入模具的混凝土溫度。

(2)通過溫度監(jiān)測和應變監(jiān)測,觀測混凝土的溫度和應力變化情況。

(3)在混凝土內部布置循環(huán)冷卻水管。水循環(huán)冷卻流量和水流速度等降低混凝土內部溫度而且可手動控制水流速度,達到降低混凝土內外部分溫差的目的。實際監(jiān)測結果表明：此方法可有效降低混凝土內部溫度。