淺析大體積混凝土冬季施工養護

朱 艷 紀紅松 王莉娟

一、前言

水利工程建設項目中，由于大體積混凝土斷面尺寸大，水泥用量多，水泥水化后，釋放的水化熱較集中。由于大體積混凝土構件較厚，截面核心部位與表面散熱速度不均，易形成一定的溫差，隨著溫差應力的加大，裂縫產生的可能性加大。因此如何降低水化溫度值，并保證其散熱均勻，是大體積混凝土養護必須考慮的技術關鍵。本文以山東濟寧市某水閘施工為例，對大體積混凝土冬季施工養護技術措施進行探討，旨在為今后類似工程項目提供借鑒。

二、工程概述

山東省濟寧市某水閘閘底板面積25m×29.75m，厚度分別為4m 與2m，為兩種尺寸組合成的復合式筏板型基礎，一次性澆筑混凝土2300m3左右，屬于大體積混凝土。由于冬季施工氣溫較低（平均溫度5℃），經混凝土熱工計算，最大絕熱值52℃，表面溫度為9.7℃，溫差值42.3℃，若養護不得法，極有可能產生構件裂縫。

依據熱工計算結果，有針對性地編制了養護方案，通過實施，取得了良好的效果。具體養護方案為:（1）構件體內設置導散熱裝置。在混凝土澆筑前埋設冷卻管，進行循環過水，帶走水化熱的部分熱量，起到導熱與散熱作用；（2）表面層保溫裝置。在外部環境氣溫極低情況下（最低溫度達-5℃），用塑料膜與草袋（稻草）覆蓋表面，既起到保溫保濕作用，也起到減少內外部溫差應力值的作用；（3）構件體內測溫裝置。在混凝土體內埋設測溫裝置，施工期間，及時掌握構件體內溫度的變化，為調節溫差提供實時數據；（4）方案實施效果。經查閱資料，4m 厚底板的表面溫度為20℃左右，截面中間層溫度39.5℃左右，構件體截面層上的溫差小于20℃。

三、養護的依據及機理分析

（一）水化徐變過程

根據現場監測資料顯示，大體積混凝土澆筑3d 絕熱值上升最快，達到55℃～52℃左右，持續至5～7d 時間，水化熱值在50℃～45℃，以后逐步衰跌在40℃～30℃之間，隨著散熱不斷進行，構件內外部溫度慢慢平衡。混凝土14～28d 后基本達到硬結，彈性模量很大，不再會形成溫差應力，也基本上不會引起裂縫。因此水化熱最大值一般出現在3～5d，這也是大體積混凝土易發生裂縫的危險期。

（二）變形與變化的規律

外約束力越小，發生裂縫的機率就越小，反之發生裂縫機率就越大。由于水泥水化熱作用，中心溫度最高，與外界接觸的表面相對溫度低，尤其冬季施工氣溫下降到0℃以下，就會形成較大的溫差，引起外約束力的增強，其外約束應力會給構件帶來裂縫破壞，這是養護須解決的課題。

（三）外界約束力的削減

只有通過減少混凝土內外溫差，延緩收縮和散熱時間（即使后期緩慢地降溫），對構件的中心位置的水化熱進行有序的導熱、散熱，降低中心位置水化熱的峰值；同時在混凝土表面通過保溫，獲得必要的強度來抵抗溫度應力，同時降低變形變化的速度（即使緩慢地收縮），充分發揮材料的徐變松弛特性，從而有效地削減約束應力，避免裂縫的出現。

（四）養護手段的選擇

優先考慮在混凝土構件內，埋設導熱和散熱裝置，在裸露表面覆蓋保溫。實踐證明，這是大體積混凝土冬季施工養護的最佳方案。

四、養護各環節的布置

（一）冷卻裝置的布設

1.布置形式。混凝土厚度4m 布置3 層冷卻管，厚度2m 布置2 層。底層管可布設在基礎向上50cm處，中層管布置于截面中心位置。2m 厚底板頂層管布置在頂面向下50cm 處，4m 厚底板頂層管布置在頂板向下20cm 處。冷卻管水平距離80cm，每層冷卻水管呈弓字型直線布設。進出水孔伸出底板面150cm，接頭部分采用膠帶纏裹，防止漏水，使用完畢后灌漿封孔，露出底板面部分切除。

2.布置具體要求。（1）冷卻管采用壁厚2mm、直徑30mm 的薄壁鋼管；（2）每層水管垂直進出口要錯開1.5m，進出口需引出混凝土表面1.5m，且進水口要有調節流量的水閥和測流量設備，冷卻管接頭采用軟管接頭；（3）水管與鋼筋骨架和架立鋼筋綁扎牢固，防止水管變形和脫落而發生堵漏水；（4）水管網安裝完成后，將進出水管口與進出水總管、水泵接通進行通水試驗，要求水管暢通且不漏水。

（二）測溫裝置的布設

1.布置形式。在混凝土澆筑時分層放置傳感器，并用引線引出。每一個測溫點位由三根鋼管組成，測溫管間距200mm 左右，并呈三角形布置，分別在三個不同深度進行測溫。厚度4m 三個深度分為:距基礎底500mm，距中間1500mm，距表面500mm；厚度2m 三個深度分為:距基礎底和表面各250m，距中間1000mm。一個測溫點處預埋不同的測溫線，用于底板基礎的表面、中間和底部的混凝土溫度測試。

2.測溫具體要求。混凝土澆筑完成終凝后，派專人進行測溫，并做好記錄。測溫時將煤油灌入鋼管內，靜置2min，再用測溫計進行大體積混凝土內部測溫。測溫從混凝土澆筑終凝3h 開始，每2h 測溫一次。降溫結束后，各部位溫差均進入安全范圍時（△T ＜25℃），可撤除保溫措施。

（三）表層保溫設施的布設

1.覆蓋材料的選擇及基本做法。保溫養護方法大多采用表面覆蓋10m×5m 草墊，厚度5cm，外加厚20cm 的稻草，首先在混凝土表面墊一層塑料薄膜，后鋪設一層土工布，再鋪設草墊（稻草）。經查閱當時測溫記錄，外部氣溫為3℃時，混凝土表層溫度為21℃，其效果較為顯著。

2.計算原理及基本公式。對混凝土表層面覆蓋，應根據實時氣溫及覆蓋材料，進行覆蓋厚度計算。其理論計算，參考江正榮《建筑施工手冊》進行計算；計算根據熱交換原理，假定混凝土中心溫度向上表面散熱，等于混凝土表面保溫材料補充的發熱量，因而按以下公式計算:

D=0.5hλi（Tb-Ta）K/λ（Tmax-Tb）=0.5×4×0.14×（20-5）×0.26/2.3（51.98-20）=14.9cm

式中：D—保溫層厚度，m；h—大體積混凝土底板厚度，4m；Tmax—混凝土內部中心最大溫度值，51.98℃；Tb—混凝土表面溫度，20℃（3～5 天內溫度經驗值）；Ta—大氣溫度，5℃；λ—混凝土導熱系數，2.3W/m·K；λi—混凝土表面先墊鋪塑料膜后加稻草材料覆蓋導熱系數，0.14；K—折減系數，取0.26。

五、結論

大體積混凝土澆筑后達到初凝時，就應該采用工程性養護手段，利用冷卻管輸水循環冷卻，可帶走部分水化熱，起到導熱與散熱作用。一般水化熱溫度值可降低到10℃左右。冬季施工還應做好混凝土表層覆蓋，不僅起到表面層的保溫，也可減少冬季施工水養護帶來的凍融破壞，覆蓋后的表面，能產生水蒸汽，使表面保持濕潤狀態。同時最重要的是通過保溫，起到了調節構件內外溫差的作用，大大減小了溫差應力值。運用埋設的測溫裝置，可實時掌握內外部溫度狀況，調節溫差。綜上所述，利用這樣的綜合養護方法，可充分發揮混凝土強度的潛力和松弛的作用，有利于水泥作用順利進行和彈性模量的增長。工程實踐證明，合適的保溫養護方法，對防止混凝土基礎出現有害深進或貫穿性深度收縮裂縫效果良好■