大体积混凝土裂缝防控措施

刘 佳,刘京红

(1.华北理工大学 建筑工程学院,河北 唐山 063210；2. 河北农业大学 城乡建设学院,河北 保定 071001)

1 引言

引起大体积混凝土裂缝的主要原因是温度变化[1],温度变化产生的变形受到混凝土内部和外部约束的影响,混凝土中存在较大的应力(特别是拉应力),导致混凝土开裂[2]。大体积混凝土温度裂缝问题十分复杂,涉及工程结构的多方面,如何防止水泥水化热引起的裂缝,是大体积混凝土施工过程中工程师关心的问题。如果能掌握大体积混凝土温度场的变化和温度应力的变化规律,工程师可以提出裂缝控制方案。温度监测和应变监测对保证大体积混凝土施工质量和提高结构耐久性具有十分重要的指导意义。

本次试验在中联水泥南阳分公司二期生产线-水泥熟料库开展,通过基础大体积混凝土的温度和应变监测结果,提出了大体积混凝土的裂缝控制措施。

2 项目监测试验

生产线规划建设包括煅烧窑、孰料筒仓、预热架、散装仓库、石灰石预均化场、原煤预均化场等工程设备基础垫层施工采用大体积混凝土,大体积混凝土基础垫层主要受到均匀的温差和收缩,因为其厚度远小于其长度和宽度,为了防止混凝土产生温度裂缝,工程师应及时掌握混凝土内外温度,控制混凝土内外温差在25℃以内。本文以熟料仓基础底板大体积混凝土为对象,对混凝土进行温度监测和应变监测。

3 大体积混凝土温度应变监测

温度测量是掌握大体积混凝土施工中混凝土温度变化的重要手段。影响大体积混凝土裂缝的因素包括水泥水化热,外部环境温度变化和混凝土收缩应变等。大体积混凝土监测内容主要包括以下部分：外部环境温度、混凝土进入模具温度、混凝土内部温度、混凝土应变等。用温度测量和应变监控,以此为基础,控制大体积混凝土的温升和降温速度,防止裂缝产生。

3.1 大体积混凝土入模温度监测

温度监测的最终目的是掌握混凝土内部的实际温度,评估混凝土中心与表面温度梯度之间的关系,内部和表面温差小于25℃。温度与整个混凝土质量存在直接关系。监测混凝土进入模具温度是控制混凝土内外温差的重要部分。在混合之前,混凝土进入模具温度,原材料温度,水泥,砾石,颗粒物质和混合温度,为提出降温处理措施提供依据。

3.2 大体积混凝土浇筑温度监测

熟料基垫由直径40米的圆形混凝土基础制成,基垫大体积混凝土温度测量采用PN温度传感器、JDC-2型数字字符型多路巡检控制仪、测温仪,误差小于0.3℃。混凝土应变测试采用混凝土位移应变仪,试验误差小于5μm,仪器采用SBQ水利工程电桥。9个测点如图1所示。

根据资料所示,A点距混凝土边缘点100毫米,混凝土厚度为1.8米。B点位于中心点,基础混凝土厚2.4米。C点位于两个测点A和B的中间,C点的混凝土厚度为2.4米。温度传感器和混凝土位移应变仪垂直测试每个测量点的三个探测点的温度：表面温度(表面100毫米),中心温度(1/2高度位置),基底温度(底面100毫米或更多)。

3.3 大体积混凝土温度应变监测

据南阳气象数据,九月中旬施工时,室外平均温度为25℃,施工监控从混凝土浇筑后2小时开始,并保持监测28天,考虑熟料库基础垫层厚度大,工作季节温度高,混凝土热量辐射时间较长。在水化热峰值和水化热峰值后的6小时,每隔2小时进行混凝土温度监测28天的措施,并完成详细记录。如图1和图2所示为A点温度和应变变化曲线。

图1 大体积混凝土温度随龄期增加的曲线

图2 应变随大体积混凝土龄期增加的曲线

图1实测数据表明,中心温降至安全温度(50℃)平均使用约23天。28天后,中心温度降至47℃。监测结果表明,混凝土中心测点在70℃～73℃时有不同程度的热变化,该温度在混凝土施工后3～5天基本发生。大体积混凝土温度变化规律如下：混凝土中心点升温快,曲线率大,但降温阶段下降温和。由于表面混凝土与外界环境接触,辐射面大,放热量大,因此表面混凝土温度低于底面温度,混凝土中心点温度最高。在温度测量过程中,当混凝土内外温差超过25℃时,测温人员应及时向现场工程人员报告,采取加强保温等措施,以防止温度裂缝的发生。

图2可见,在大体积混凝土养护初期,混凝土表面呈现压缩应力。混凝土内部温度下降缓慢。上述现象引起了混凝土内外温差。表层混凝土在混凝土早期温度升高和降温阶段具有较小的膨胀。此时混凝土的弹性系数较低。混凝土表面呈现小的应力应变,应变随混凝土龄期的增大而增大。当混凝土龄期为10天时,A、B、C三测点面层拉伸应变-应变最大化和相应的大拉应力,但混凝土内部实际上是此时的应变应变。混凝土表面进入容易开裂的时间。混凝土进入温度下降阶段时,尽管随着混凝土温度的降低,混凝土的拉伸应变变大,但混凝土具有一定的拉伸强度并且抵抗小的拉伸应变函数。此时混凝土裂缝的可能性不大。

4 大体积混凝土裂缝防控措施

本项目在大体积混凝土施工过程中采取的防止混凝土温度裂缝发生的措施如下：

(1)降低原料温度,控制进入模具的混凝土温度。

(2)通过温度监测和应变监测,观测混凝土的温度和应力变化情况。

(3)在混凝土内部布置循环冷却水管。水循环冷却流量和水流速度等降低混凝土内部温度而且可手动控制水流速度,达到降低混凝土内外部分温差的目的。实际监测结果表明：此方法可有效降低混凝土内部温度。