紀紅松 朱 艷 夏修迪

一、概述

在大中型水利工程項目中，水閘（涵）底板大部分屬于典型的大體積混凝土構(gòu)件。由于施工初期水泥水化熱釋放較為集中，溫升較快，而構(gòu)件截面內(nèi)散熱不均，形成了內(nèi)外溫差，易使混凝土構(gòu)件由表及里出現(xiàn)裂縫，若不加以重視和控制，會影響結(jié)構(gòu)安全。山東省濟寧市某在建水閘底板構(gòu)件施工期為冬季，通過對混凝土熱工計算制定了抗裂養(yǎng)護方案，將溫差應力值控制在20℃左右，較好地解決了構(gòu)件內(nèi)外溫差過大的問題。本文以該工程為例，對大體積混凝土的熱工計算及裂控措施進行分析和研究。

二、工程簡述

某水閘工程底板面積為25m×30m，厚度分別為4m 和2m。該結(jié)構(gòu)為C30 鋼筋混凝土，抗?jié)B等級W4，抗凍等級F50；抗裂材料由高效微膨脹組分、合成纖維、保水組分等多種材料復合構(gòu)成，限制膨脹率滿足規(guī)范《混凝土膨脹劑》（GB23439-2009）指標要求；構(gòu)件一次性澆筑混凝土2300m3左右。

三、裂縫成因分析

（一）裂縫變形的普遍性

大體積混凝土構(gòu)件施工中裂縫變形具有普遍性。水工建筑物施工期呈現(xiàn)的表層裂縫寬度在0.1～0.2mm 之間屬微縫，這種裂縫經(jīng)過一定時間的養(yǎng)護可以自愈。若出現(xiàn)大于0.2～0.3mm 的貫穿縫，則會影響結(jié)構(gòu)使用，形成滲透。

（二）裂縫產(chǎn)生的規(guī)律

構(gòu)件厚度越大，水泥用量越多，形成的裂縫機率就越大；構(gòu)件截面中心部位絕熱值最大可達50℃左右，大于底部和表層面絕熱值，而截面內(nèi)外溫差大于25℃時，就易形成裂縫。

（三）裂縫產(chǎn)生的原因

引起裂縫的原因主要有：荷載自身收縮過大、過快，材料配置不當；施工操作不當，養(yǎng)護不到位；水泥水化產(chǎn)生的絕熱值過大，構(gòu)件內(nèi)部熱量積聚不易散發(fā)，而外部散熱較快，且適逢冬季施工時表面溫度低于內(nèi)部溫度，誘發(fā)溫差應力過大產(chǎn)生裂縫。

四、熱工計算

（一）熱工計算的必要性

水化熱的大小，與混凝土中水泥的品種和用量有關，而水泥水化后釋放的水化熱狀態(tài)，與表面裂縫和貫穿裂縫的產(chǎn)生緊密關聯(lián)，直接影響到建筑物整體使用安全。因此在大體積混凝土澆筑前應通過熱工計算，估算截面內(nèi)外部可能產(chǎn)生的最大水化熱溫升值與溫差值，便于在施工中制定切實可行的技術方案，為裂控做好充分準備。

（二）熱工計算

1.計算依據(jù)及基本參數(shù)

計算根據(jù)《建筑施工手冊》（簡稱《手冊》），閘底板混凝土厚度為4m（2m），強度等級為C30，屬大體積混凝土，應對底板混凝土進行熱工計算，施工配合比見表1。砂子含水率5%，石子含水率5%；攪拌棚內(nèi)溫度10℃，平均環(huán)境溫度10℃；采用混凝土罐車運輸，從混凝土出站到工地所需時間約30 分鐘；材料溫度值采用估算簡易值。

表1 C30 混凝土施工配合比表（單位：kg）

2.混凝土拌合物溫度計算

混凝土材料拌合溫度表見表2。

表2 混凝土材料拌合溫度表

T0=（CsTsms+CgTgmg+CcTcmc+CwTwmw+CfTfmf+CpTpmp+CwTsWs+CwTgWg）/（Csms+Cgmg+Ccmc+Cwmw+Cfmf+Cpmp+CwWs+CwWg）≈9.7℃

式中：T0—混凝土拌合物溫度（℃）；Ts、Tg、Tc、Tw、Tf、Tp—砂子、石子、水泥、拌和用水、粉煤灰、膨脹劑的溫度（℃）；mc、ms、mg、mp、mf、mw—水泥、砂子、石子、膨脹劑、粉煤灰和水的重量（kg）；Ws、Wg—砂子、石子中游離水的重量（kg）；Cc、Cs、Cg、Cp、Cf、Cw—水泥、砂子、石子、膨脹劑、粉煤灰及水的比熱容[kJ/（kg·K）]。

經(jīng)計算，拌合物運輸?shù)綕仓r溫度約為8.117℃，混凝土最高絕熱溫升為57.1℃，混凝土的內(nèi)部最高溫度為51.98℃大于25℃，混凝土表面最高溫度為9.82℃，內(nèi)外側(cè)最高溫度差為42.16℃。

五、熱工計算成果的分析

（一）溫差應力的形成

通過以上熱工理論計算，混凝土澆筑后，在絕熱狀態(tài)下溫升值較大，內(nèi)外側(cè)溫度差為42.16℃大于25℃，此時產(chǎn)生的溫差應力要大于混凝土允許拉應力，使混凝土由表向內(nèi)開裂，易形成貫通縫。

（二）理論絕熱值與實測值比較

根據(jù)資料，現(xiàn)場核心部位實測的最高溫度為49.8℃，計算值51.98℃。因此理論計算值與實測值基本接近，可作為配置導熱與散熱裝置的依據(jù)。

（三）不同厚度絕熱值數(shù)據(jù)不盡相同

復合式底板分為4m 與2m，其核心部位的現(xiàn)場實測溫度值有所不同，以3 天測溫最高值為例，4m底板測溫值為49.8℃，2m 底板測溫值為43.2℃。因此底板厚度不同，導熱、散熱裝置間距與數(shù)量的布置應做相應調(diào)整。

（四）構(gòu)件施工后綜合養(yǎng)護的必要性

經(jīng)計算，構(gòu)件核心溫度值與表層溫度值相差42.16℃，需在混凝土內(nèi)部預埋冷卻水管，降低水化絕熱值。冬季施工溫度低，構(gòu)件表層面散熱快，應進行保溫，減少截面內(nèi)外溫差值，避免裂縫產(chǎn)生。

六、控裂措施

（一）優(yōu)化材料配置

（1）大體積混凝土中各種材料的摻量應通過配合比設計，并進行現(xiàn)場調(diào)試。要明確混凝土的初、終凝時間，混凝土3d、7d、28d 的收縮率，所選用外加劑的種類和技術要求，以及施工中控制的坍落度。（2）盡量減少水泥用量，選用低、中熱化水泥，C30 混凝土水泥用量控制在300～350kg/m3以內(nèi)。（3）混凝土收縮主要是漿體收縮，可降低混凝土漿量體積，增加粗集料用量。骨料可使混凝土比單純的水泥漿具有更高的體積穩(wěn)定性和更好的耐久性，骨料越大混凝土收縮率越小，對防止大體積混凝土表層龜裂有較好預防作用。

（二）添加外加劑

用減水劑來減少用水量；適當摻入磨細粉煤炭；摻加優(yōu)質(zhì)高效抗裂膨脹劑及摻加纖維材料，優(yōu)化混凝土配合比，防止裂縫的發(fā)生和發(fā)展。

（三）對大體積混凝土進行養(yǎng)護

在混凝土體內(nèi)布置導水管，輸水循環(huán)冷卻。4m厚底板可布置3 道導水管，分上中下布置；2m 厚底板布置二道，分下中二道。以4m 底板的實測數(shù)據(jù)為例，降溫后核心部位溫度為39.5℃，底板以下部位為37℃。頂面部采用塑料膜與稻草覆蓋，進行保溫保濕。經(jīng)實測溫度為25℃，溫差值均控制在20℃左右，保證了大體積混凝土構(gòu)件整體施工質(zhì)量。

（四）對大體積混凝土內(nèi)外溫度進行監(jiān)測

在構(gòu)件內(nèi)部布置測溫感應裝置，加強對混凝土內(nèi)部水化熱溫度進行跟蹤測量監(jiān)控，不斷進行內(nèi)部導熱和降溫，確保內(nèi)外溫差得到有效控制■