大體積混凝土養(yǎng)護期的降溫措施

趙保山 廣東省水利水電第三工程局有限公司工程師

混凝土裂縫是施工建設過程中最為常見的問題，也是最為嚴重的質量缺陷。混凝土裂縫的出現(xiàn)時間大多集中在施工建設階段，其成因復雜多變，一直以來受到業(yè)界人士和業(yè)主的廣泛關注。通過對大體積混凝土裂縫出現(xiàn)的原因進行分析，可以發(fā)現(xiàn)在養(yǎng)護期降溫工作的重要性。大體積混凝土裂縫的控制措施主要為溫度控制，大體積混凝土在凝結過程中會產生大量的水泥水化熱，導致內外結構溫差較大，從而形成裂縫。大面積混凝土澆筑工程完成之后必須做好溫控保護工作，將溫差控制在科學范圍內，從而解決因溫度差異而產生的應力裂縫問題。

1 工程概況

在北江(韶關至烏石）航道擴能升級工程中，濛浬樞紐二線船閘工程位于廣東省韶關南部，當?shù)啬昶骄鶜鉁剌^高，夏熱冬冷，霜小雪稀，雨期較長，秋季臺風較為頻繁，春天霧較多。多年平均氣溫20.3℃，極端最高氣溫42.0℃，極端最低氣溫-4.3℃，年平均氣溫20.8℃，最熱為7～8月，平均氣溫29.2℃，最冷在1月，平均氣溫8.8℃。

上閘首平面外輪廓尺寸為40.5m×51.0m（長×寬），為整體式結構。船閘上閘首中間底板閘門前段底板高32.82m，底板厚4.0m，頂板高36.82m，底板、邊墩輸水廊道分流墻砼等級C25（一級配），輸水廊道周邊1m范圍內砼等級C30（一級配）。

2 溫度裂縫產生原因

由于溫差造成的收縮裂縫主要是混凝土水化反應后，混凝土內部的溫度升高，而混凝土凝結硬化后內部水化熱的程度會下降，進而導致混凝土溫度由升高變?yōu)榻档停瑥亩霈F(xiàn)收縮問題。如果溫差較大，就會導致混凝土的內部和外部出現(xiàn)熱脹冷縮，使得混凝土表面發(fā)生應力變化，在應力的作用下，如果超出混凝土強度，就會導致混凝土的表面出現(xiàn)裂縫[1]。這就意味著由于溫度出現(xiàn)的收縮裂縫現(xiàn)象往往在混凝土的后期養(yǎng)護中出現(xiàn)。

現(xiàn)有的施工調查表明，溫度應力的形成可分為三個時間段：第一階段，從混凝土澆筑施工開始，持續(xù)到混凝土放熱，時長約為30天左右，此時，混凝土中的液體大量蒸發(fā)，導致水化熱上升。第二階段，混凝土的放熱結束，混凝土內部溫度冷卻至穩(wěn)定狀態(tài)，此時，外界的氣溫與混凝土內部的氣溫共同作用，導致各種應力與殘余應力相互疊加，形成彈性模量的變化。但就整體施工質量來說，彈性模量的變化幅度并不明顯。第三階段，混凝土已經(jīng)完全冷卻，外界溫度的變化導致混凝土內部溫度變化，產生應力，從而與前兩種剩余的應力互相作用，導致混凝土出現(xiàn)不同程度的開裂問題。

一般來說，水泥水化產生的熱量與水泥用量成正比，整體施工用量越大，水化產生的熱量越無法散發(fā)。加之水泥是一種不良導體，其內部溫度會伴隨著水化熱的不斷聚集而升高，導致水泥內部與外部之間的溫差擴大。此時，溫度應力不斷上升，一旦溫度應力超出混凝土的最大抗拉強度，混凝土表面必然會出現(xiàn)溫度裂縫，從而影響整體的結構性和耐久性[2]。

3 溫度控制

做好溫控工作，才能在根源上解決溫度裂縫問題。必須將混凝土的最大溫度和溫度變化速度控制在一定的標準內，確保因溫度變化而產生的應力小于混凝土的最大抗拉強度，才能防止裂縫出現(xiàn)。

在混凝土澆筑完成后，做好混凝土的養(yǎng)護措施，使混凝土緩慢降溫。在混凝土溫升期采取人工冷卻方式降低其最高溫升，改變混凝土水化熱升溫，控制升溫溫度，充分發(fā)揮其徐變特性，合理控制溫度應力，解決溫度裂縫問題。

因溫度應力所引起的表面裂縫和貫穿裂縫是導致混凝土出現(xiàn)裂縫的主要問題。對因混凝土溫度應力所產生的裂縫進行有效防控，采用預埋冷水循環(huán)水管與鋪蓋麻袋養(yǎng)護相結合的方式控制和釋放溫度，可達到收縮應力，從而達到控制裂縫的目的。

在大體積混凝土中埋設冷卻水管，依靠冷水降溫技術，將混凝土內部結構中的熱量排出，控制混凝土的內外溫度差，降低混凝土應力[3]。

大體積混凝土若降溫速度過快，其徐變性質必然會受到影響，整體的應力松弛效應無法發(fā)揮出來，混凝土就會出現(xiàn)彈性脆裂問題。合理控制降溫速度，保證降溫時間，控制養(yǎng)護速度，能夠有效控制混凝土的收縮問題。對于已經(jīng)完成澆筑的混凝土，必須進行實時測溫，及時了解混凝土溫度數(shù)據(jù)與變化曲線，根據(jù)分析結果及時調整降溫措施。

3.1 溫控標準

（1）混凝土澆筑塊體的里表溫差不宜＞25°C；（2）混凝土內部最高溫度不高于70℃；（3）混凝土澆注體的降溫速度以2℃/h為宜，在澆筑時，必須保障表面溫度與大氣溫度的溫差＜20°C，避免因溫差過大引發(fā)裂縫問題。

在大體積混凝土澆筑前，在混凝土內部均勻埋設冷卻管，冷卻管采用外徑40mm、壁厚2.5mm的鋼管，底板埋設2層循環(huán)水管，水管固定在鋼筋支架上，循環(huán)水管水平間距為2m，距結構邊緣2m，S型盤繞，兩層之間間距為1.5m。上下2層之間相互錯開布置，共分為6個回路，各回路間進出水管各自獨立，每個回路進水端及出水端均裝有控制閥門，根據(jù)測溫數(shù)據(jù)調整冷卻水循環(huán)的速度。冷卻管回水系統(tǒng)安裝完成后，將進出水管口、水泵連通進行通水試驗，檢查回水管道是否有漏水現(xiàn)象，如發(fā)現(xiàn)絲口漏水，應擰緊接頭并用防水膠帶進行封堵，確保管道連接頭密封完好，注水時管道通暢。

測溫管（局部可以利用預埋在底板的固結灌漿鋼管）從邊墩圍繞長邊和短板進行布置，并在不同的測溫點之間預留4～5m的測量距離。施工單位必須預先設計測溫孔，將其設計在底板內，確保其與板頂保持10cm的差距，并固定在底板筋上。上端開口用透明膠帶封閉，下端開口用鋼板封閉，避免澆筑時混凝土砂漿流入，造成堵塞[4]。

預埋溫度傳感器，傳感器連接溫度采集模塊（海創(chuàng)HC－TW80混凝土無線測溫儀），每個溫度采集模塊連接8個傳感器（測溫點），溫度采集模塊無線傳輸數(shù)據(jù)到個人計算機。

3.2 混凝土溫度控制措施

混凝土初凝前按設計標高用鋁條刮平，混凝土終凝前用抹光機收面，局部邊角部位和預埋件周圍采用人工收面，然后鋪蓋塑料薄膜和麻袋，澆水保持混凝土表面的濕潤。在養(yǎng)護期間對混凝土表面干濕情況和溫差進行監(jiān)測，當混凝土表面與環(huán)境最大溫差＜20℃時，可全部拆除保溫覆蓋層。

本工程大體積混凝土冷卻水源為北江水，通過潛水泵和水管抽進蓄水池形成供水系統(tǒng)。通過泵送循環(huán)冷卻水管回水系統(tǒng)流動的冷卻水帶走混凝土內部熱量，降低混凝土的溫度，從混凝土內冷卻管中流出的水再次收集至集水坑內，利用降溫后升高的水溫進行砼養(yǎng)護，減少砼內外溫差。

混凝土內外溫度、降溫速率、進出水管溫度的有關測試應該與環(huán)境溫度測試活動同步開展，一般以混凝土澆筑后的12h為宜。如果混凝土升溫，應每2h測量1次，若是混凝土降溫，則需要4h測量1次。在溫度穩(wěn)定之后的3～5d，每8h進行測量。確定內部溫度保持穩(wěn)定，與大氣溫度的最低溫度差低于15℃時，才能結束測溫工作。

混凝土要在初凝后、終凝前進行通水降溫，為了保障熱量的順利排出，降溫時間不得少于7d，降溫所用的循環(huán)水應該在循環(huán)12h之后調整方向，保障熱量均勻排出。從大體積混凝土內部進行溫度控制。

通過持續(xù)有效的溫控監(jiān)測，建立全面的預警和快速反應機制，掌握溫控工作的主動權，使其始終保持受控狀態(tài)。在測溫過程中，只有混凝土最高溫度與表層溫度之間的溫度差＜15℃時才能暫時停止循環(huán)水作業(yè)。在暫停的過程中，必須對混凝土最高溫度以及表層溫度差進行測控，如果溫差高于25℃，必須重新啟動循環(huán)水，對混凝土進行冷卻[5]。

大體積混凝土養(yǎng)護完成后，對冷卻管內進行壓漿處理，提高混凝土結構整體質量。管道壓漿采用與混凝土同等強度的水泥砂漿灌注封孔，采用注漿泵壓漿，當灌注一定量后，打開閘閥排除管內空氣，關閉后直到灌滿為止，待水泥砂漿凝固后將伸出結構的管道切割，用鋼板封堵管口后，用聚合物水泥砂漿修補平整。

4 結語

混凝土的養(yǎng)護質量直接影響到混凝土澆筑的最終質量，所以必須要做好散熱養(yǎng)護工作。循環(huán)水管散熱降溫養(yǎng)護措施的可操作性強，由被動保溫的常規(guī)做法變?yōu)橹鲃臃揽兀档土耸┕わL險。第三方檢測單位對實體混凝土強度、耐久性、表觀質量等性能進行檢測，均符合相關設計規(guī)范要求，混凝土表面未見裂縫，表觀質量良好。