王文，陳科文，汪征

(1.國電大渡河金川水電建設(shè)有限公司，四川阿壩 624100;2.南充市城鄉(xiāng)供排水管理服務(wù)處，四川南充 637000)

混凝土是現(xiàn)代最重要的建筑材料和工程結(jié)構(gòu)材料之一，大體積混凝土結(jié)構(gòu)在水利工程建設(shè)中已得到了廣泛應(yīng)用，如混凝土重力壩、拱壩和混凝土防滲墻。而大體積混凝土結(jié)構(gòu)的溫度應(yīng)力及溫度裂縫問題也越來越引起工程界的關(guān)注，工程的復雜性及混凝土材料的特殊性導致在進行溫控設(shè)計、防止溫度裂縫方面出現(xiàn)了眾多問題而一直在困擾著廣大設(shè)計及施工人員。因此，進行混凝土溫度研究從而進行有效的溫控防裂設(shè)計具有重要的意義。筆者以瀑布溝水電站基礎(chǔ)防滲墻澆筑初期溫度監(jiān)測資料為基礎(chǔ)，分析了混凝土防滲墻澆筑初期溫度變化規(guī)律，供同類工程參考。

1 工程概述

大渡河瀑布溝水電站是一座以發(fā)電為主，兼有防洪、攔沙等綜合利用效益的大型水電工程。攔河大壩采用礫石土心墻堆石壩，最大壩高186 m，總庫容53.37億 m3，裝機總?cè)萘?600MW。壩基覆蓋層最大厚度為77.9m，采用2道混凝土防滲墻全封閉防滲，墻厚1.2m，中心間距14m。副防滲墻高程670m以下最大深度為76.85m，主防滲墻高程670m以下最大深度為75.55m。副防滲墻高程670m以上頂部直接插入大壩心墻，插入深度為10m;主防滲墻頂部設(shè)有3.5m×4m的灌漿兼觀測廊道。

2 防滲墻溫度監(jiān)測布置

在下游墻(主防滲墻)樁號0+240、0+310監(jiān)測斷面，618、645、671m高程處各布設(shè)了一組雙向混凝土應(yīng)變計(共10支)。在上游墻(副防滲墻)樁號0+240監(jiān)測斷面，671、645、618m 高程各布設(shè)了一組雙向混凝土應(yīng)變計(共6支)。應(yīng)變計可觀測混凝土的應(yīng)變和溫度。圖1為0+240斷面防滲墻溫度監(jiān)測布置圖。

圖1 防滲墻0+240斷面儀器布置圖

3 大體積混凝土水化溫升原理

混凝土的基本材料之一——水泥的水化放熱量大致在200～400kJ/kg，這樣的熱量可以使絕熱狀態(tài)下的混凝土溫度上升30℃ ～40℃，如再疊加上自身原有的溫度，則混凝土中的最高溫度會達到70℃ ～80℃。但是水泥的水化放熱時間較長，需要幾十天乃至幾個月的時間(一般以前3～7d的放熱量為最大)，在普通情況下(構(gòu)件尺寸、厚度不大時)，這種放熱可以比較快地消散到周圍環(huán)境中，從而使混凝土內(nèi)部的溫度和周圍環(huán)境的溫度相差不大。而大體積混凝土由于熱量散發(fā)的路徑變長，且因混凝土又是一種相對來說散熱能力較差的介質(zhì)，因此，在初期階段(約0～4d)，混凝土中的放熱速度大于散熱速度，溫度不斷升高，混凝土受熱體積膨脹。此后，因放熱量大幅度降低，混凝土會因仍然持續(xù)對外大量散熱而導致溫度降低，產(chǎn)生體積收縮?；炷恋乃?guī)律和水化速率可以用水泥的水化放熱規(guī)律、水化速率衡量。

水泥的水化放熱規(guī)律:在連續(xù)介質(zhì)中的瞬態(tài)溫度場分布方程為:

當每m3混凝土水泥含量為W(kg)時，混凝土總放熱規(guī)律按式(2)計算:

式中 Q為單位重量(kg)水泥的放熱量。

4 防滲墻溫度特征分析

根據(jù)應(yīng)變計溫度監(jiān)測結(jié)果，圖2～5為其溫度變化過程線，表1為各曲線對應(yīng)的特征點值。

圖2 S1、S2溫度-時間曲線圖

圖3 S3、S4溫度-時間曲線圖

由表1可知，混凝土在澆筑后50h左右達到溫度峰值，峰值溫度比環(huán)境溫度高40℃ ～50℃，其中上游防滲墻最大峰值溫度為50.3℃，下游防滲墻最大峰值溫度為83.1℃。下游防滲墻混凝土溫度達到峰值溫度所需時間整體上較上游防滲墻多，其中上游防滲墻所需最長時間為62h，下游防滲墻所需最長時間為83h。

圖4 S7、S8溫度-時間曲線圖

圖5 S9、S10溫度-時間曲線圖

由圖2～5可知，混凝土澆筑初期各測點溫度變化具有相同特征，表現(xiàn)為在澆筑初期的幾天時間內(nèi)上升至峰值后降低，溫降速率小于溫升速率，在峰值溫度后的兩周時間內(nèi)尚未降至環(huán)境溫度。不難看出，下游防滲墻最大峰值溫度大于上游防滲墻最大峰值溫度且達到峰值溫度所需時間較大，降至環(huán)境溫度所需時間較長。大壩上游防滲墻采用標號為C40混凝土，下游防滲墻采用C45混凝土，采用普通硅酸鹽水泥P.LH42.5(非國標)。根據(jù)現(xiàn)場施工資料，每m3混凝土中，上游墻配合比為:水∶水泥∶粉煤灰∶人工砂=168∶302∶129∶752;下游墻配合比為:水∶水泥∶粉煤灰∶人工砂 =168∶327∶140∶729。在相同條件下，高標號混凝土水泥所占百分比大于低標號混凝土。由上述可知，水泥是一種在水化時會放出大量熱量的材料，因此，下游墻在澆筑時由于水泥含量較大將產(chǎn)生較多的熱量，這也正是下游墻峰值溫度較高的原因。

5 結(jié)語

筆者根據(jù)瀑布溝水電站基礎(chǔ)防滲墻溫度監(jiān)測資料得出了以下結(jié)論:

表1 各測點水化溫升特性表

(1)防滲墻澆筑初期溫度變化規(guī)律:在澆筑初期的幾天時間內(nèi)上升至峰值后降低，溫降速率小于溫升速率，在峰值溫度后的兩周時間內(nèi)尚未降至環(huán)境溫度。該規(guī)律符合大體積混凝土水化溫升規(guī)律。

(2)混凝土在澆筑后50h左右達到溫度峰值，峰值溫度比環(huán)境溫度高40℃ ～50℃，其中上游防滲墻最大峰值溫度為50.3℃，下游防滲墻最大峰值溫度為83.1℃。

(3)高標號混凝土產(chǎn)生的水化熱較大，峰值溫度較高，這主要是由于高標號混凝土中的水泥含量較多的緣故。

(4)大體積混凝土澆筑過程中，應(yīng)對高標號混凝土采取工程措施，嚴格控制水化溫升，防止混凝土開裂。

［1］哈爾濱建筑工程學院.混凝土學［M］，北京:建筑工業(yè)出版社，1990.

［2］朱伯芳.大體積混凝土溫度應(yīng)力與溫度控制［M］.北京:水利電力出版社，1999.

［3］劉有志，朱岳明，張國新.基于現(xiàn)場實驗的墩墻混凝土真實溫度應(yīng)力性態(tài)及開裂機理分析［J］.水力發(fā)電學報，2008，27(5):47-52.