潘遠(yuǎn)友，郭曉軍，徐 陽(yáng)

（1.駐馬店水利工程局，河南 駐馬店 463000；2.河南金鼎建設(shè)管理有限公司，河南 駐馬店 463000）

芻議水工混凝土的養(yǎng)護(hù)機(jī)理與施工監(jiān)控要點(diǎn)

潘遠(yuǎn)友1，郭曉軍2，徐 陽(yáng)2

（1.駐馬店水利工程局，河南 駐馬店 463000；2.河南金鼎建設(shè)管理有限公司，河南 駐馬店 463000）

通過(guò)對(duì)水工混凝土養(yǎng)護(hù)機(jī)理的研究，闡述了混凝土溫度應(yīng)力對(duì)混凝土工程的危害，提出通過(guò)“大養(yǎng)護(hù)”措施改善混凝土溫度應(yīng)力，提高混凝土質(zhì)量的方法，并論述了混凝土溫度控制措施在水利水電工程施工中的應(yīng)用及監(jiān)控要點(diǎn)。

混凝土養(yǎng)護(hù)；溫控措施；監(jiān)控要點(diǎn)

0 引 言

傳統(tǒng)的水工混凝土養(yǎng)護(hù)，一般為自然養(yǎng)護(hù)。自然養(yǎng)護(hù)是指混凝土澆筑后，在平均氣溫高于 5℃ 的條件下，在一定時(shí)間內(nèi)使混凝土保持濕潤(rùn)狀態(tài)，以使水泥的水化作用進(jìn)行完全反應(yīng)，防止混凝土水份過(guò)早蒸發(fā)而產(chǎn)生較大的收縮變形，出現(xiàn)干縮裂縫，自然養(yǎng)護(hù)要求混凝土澆筑后 12～18 h 以?xún)?nèi)覆蓋灑水養(yǎng)護(hù)(火山灰質(zhì)水泥及礦渣水泥養(yǎng)護(hù)不少于 21 d，普通硅酸鹽水泥養(yǎng)護(hù)不少于 14 d，在干燥、炎熱氣候條件下，應(yīng)延長(zhǎng)養(yǎng)護(hù)時(shí)間不少于 28 d)，干硬性混凝土在澆筑后立即開(kāi)始養(yǎng)護(hù)。

1 混凝土的養(yǎng)護(hù)機(jī)理

本文所指的水工混凝土的養(yǎng)護(hù)機(jī)理系指“大養(yǎng)護(hù)”觀(guān)點(diǎn)。根據(jù)“大養(yǎng)護(hù)”觀(guān)點(diǎn)，對(duì)于混凝土工程，特別是大體積水工混凝土結(jié)構(gòu)，由于體積大，水泥用量多，混凝土澆筑時(shí)間集中，水泥水化熱不易散發(fā)，易產(chǎn)生較大的溫差，由此產(chǎn)生的溫度應(yīng)力導(dǎo)致微裂縫擴(kuò)展，而微裂縫擴(kuò)展到一定程度將造成有害裂縫，對(duì)水工結(jié)構(gòu)極為不利。因此，對(duì)于水工混凝土工程的施工，除了認(rèn)真做好自然養(yǎng)護(hù)，尚需做好夏季混凝土施工的防熱降溫和冬季混凝土施工的保溫防凍，重視和搞好混凝土齡期內(nèi)的溫控，和嚴(yán)格控制混凝土的水化升溫、延緩降溫速率、減少混凝土收縮、提高混凝土的極限拉伸強(qiáng)度，防止混凝土因溫差過(guò)大而發(fā)生裂縫。

眾所周知，混凝土在硬化期間會(huì)放出大量的水化熱，使混凝土內(nèi)部溫度升高?；炷羶?nèi)部與表面產(chǎn)生溫度差時(shí)，在混凝土表面出現(xiàn)拉應(yīng)力。當(dāng)拉應(yīng)力超過(guò)混凝土的極限抗拉強(qiáng)度時(shí)，就在混凝土表面發(fā)生溫度裂縫。有關(guān)資料表明，水工混凝土表面裂縫多數(shù)發(fā)生在澆筑初期，而初期的表面溫度驟降則是引起表面溫度裂縫的主要外因。當(dāng)日平均氣溫在 2 d～4 d 內(nèi)連續(xù)下降 6℃～9℃ 時(shí)，齡期 28 d 以?xún)?nèi)的混凝土暴露面就可能產(chǎn)生裂縫。例如，據(jù)丹江口工程實(shí)測(cè)資料分析，表面裂縫大多發(fā)生在齡期 6 d～15 d 內(nèi)。黃龍灘水庫(kù)工程資料也表明混凝土齡期 6 d～20 d 內(nèi)，遇到寒潮降溫就易出現(xiàn)表面裂縫?；溉屎蛣⒓覎{工程位于寒冷地區(qū)，發(fā)現(xiàn)在秋末冬初第一、二次寒潮出現(xiàn)時(shí)混凝土發(fā)生裂縫，寒潮降溫值一般在10℃ 左右。筆者履職的國(guó)家重點(diǎn)工程南水北調(diào)中線(xiàn)天津干線(xiàn)輸水箱涵工程于 2010 年 11 月中旬初次寒潮出現(xiàn)時(shí)發(fā)生局部裂縫，寒潮降溫值在 11℃～13℃。

混凝土表面出現(xiàn)溫度裂縫，將影響水工建筑物的整體性和耐久性，且當(dāng)裂縫繼續(xù)發(fā)展時(shí)，還有可能造成建筑物的貫穿裂縫，引起嚴(yán)重的后果。因此，為保證建筑物的工程質(zhì)量，增加水工混凝土結(jié)構(gòu)的耐久性和抗腐蝕性，施工中必須樹(shù)立“大養(yǎng)護(hù)”觀(guān)點(diǎn)，除加強(qiáng)對(duì)混凝土澆筑初期的灑水覆蓋或薄膜養(yǎng)生，保持足夠的濕潤(rùn)養(yǎng)護(hù)時(shí)間外，還必須認(rèn)真做好混凝土的保溫防凍(冬季)和降溫防熱(夏季)工作，而對(duì)齡期內(nèi)的混凝土采取有效的控制溫差措施更為重要。

2 混凝土溫度控制措施與監(jiān)控要點(diǎn)

由于混凝土內(nèi)部溫度高，而外界氣溫低，在內(nèi)外溫度懸殊時(shí)，將形成過(guò)陡的溫度梯度，使溫度應(yīng)力加大而導(dǎo)致混凝土表面開(kāi)裂。這種情況，并不完全局限在冬季低溫條件下。例如，筆者參加施工建成于 1996 年的南方某污水處理廠(chǎng)，于 1995 年 8 月遇到一場(chǎng)寒流襲擊(降溫值為 9℃)，高達(dá) 8 m的鋼筋混凝土擋土墻出現(xiàn)溫度裂縫；擴(kuò)建于上個(gè)世紀(jì) 80 年代初期的薄山水庫(kù)溢洪道工程，曾采用滑模澆筑閘室邊墻(夏季施工，氣溫高達(dá) 25℃，實(shí)測(cè)混凝土閘室邊墻內(nèi)部溫度為51℃)，由于未能加強(qiáng)初期的灑水養(yǎng)護(hù)和必要的溫控措施，致使混凝土強(qiáng)度增加緩慢，并因內(nèi)外溫差較大而發(fā)生表面裂縫。之后，在澆筑閘墩時(shí)( 11 月 1 日，氣溫 14℃～25℃)為解決內(nèi)外溫差過(guò)大問(wèn)題，采用 3 層草袋對(duì)混凝土表面進(jìn)行保護(hù)，有效地控制內(nèi)外溫差(一般可減少溫差 6℃～7℃)，雖然冬季施工，在 -10℃ 溫度條件下(當(dāng)時(shí)混凝土內(nèi)部實(shí)測(cè)溫度為50℃)，閘墩也均未發(fā)現(xiàn)裂縫?？梢?jiàn)，在一般墩墻工程處于非嚴(yán)寒地區(qū)的情況下，對(duì)水工混凝土表面進(jìn)行防裂保溫控制，不僅是必要的，而且是可行的。

當(dāng)然，上述方法僅適用于一般中小體積墩墻工程。而對(duì)于大體積的壩體混凝土工程來(lái)說(shuō)，由于其散熱時(shí)間較長(zhǎng)，溫度控制就復(fù)雜得多。例如，建成于 1944 年的美國(guó)方塔納大壩，經(jīng)過(guò) 30 多年的運(yùn)行后，于 1980 年前后仍在左壩肩附近廊道中出現(xiàn)裂縫。經(jīng)過(guò)調(diào)查研究，確認(rèn)系壩體殘余溫度膨脹所造成。該壩系在二戰(zhàn)時(shí)搶筑建成，混凝土澆筑強(qiáng)度高達(dá)82 000 m3/月～184 000 m3/月，水化熱未及時(shí)消散就為新澆筑的混凝土所覆蓋。這是大體積混凝土施工溫度控制值得注意的一個(gè)重要方面。

隨著我國(guó)水利水電建設(shè)規(guī)模的日益擴(kuò)大，確立和重視推廣混凝土的“大養(yǎng)護(hù)”理念勢(shì)在必行。目前，我國(guó)在水工混凝土養(yǎng)護(hù)，特別是在溫度控制措施上已取得了長(zhǎng)足的進(jìn)展，積累和掌握了豐富的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)與方法，為建設(shè)監(jiān)理企業(yè)在履職過(guò)程中加大監(jiān)管力度，提供了借鑒，主要有以下幾個(gè)方面：

(1)降低混凝土水化熱溫升。主要方法是使用中低熱水泥(如選用礦渣硅酸鹽水泥)和減少單位水泥用量，如在混凝土中摻用粉煤灰及外加劑(木質(zhì)素磺酸鈣、糖密、OP 等)一般可減少水泥用量 10% 左右，并可減少水化熱。大化、大黑汀等工程均采用這些措施，收到了良好的技術(shù)經(jīng)濟(jì)效果。此外，使用干硬性混凝土，采用調(diào)整骨料級(jí)配等措施，也能有效地降低混凝土的單位水泥用量。豫南地區(qū)某地方大型水庫(kù)泄水閘工程，于 2008～2010 年施工期間，充分利用混凝土的后期強(qiáng)度，根據(jù) GB 146—1990《粉煤灰混凝土應(yīng)用技術(shù)規(guī)范》的規(guī)定，經(jīng)設(shè)計(jì)方同意，采用 60 d 齡期強(qiáng)度代替 28 d 齡期強(qiáng)度，減少水泥用量，在降低水泥水化熱和延緩降溫速率方面均收到了滿(mǎn)意的效果。

(2)采用預(yù)冷混凝土降低混凝土澆筑溫度。如使用風(fēng)冷骨料、水冷骨料和加冰或加冷水拌和相結(jié)合等措施，可有效地降低混凝土的出機(jī)口溫度和混凝土澆筑溫度。1982 年，在東江工程施工中使用了國(guó)內(nèi)首座 3×1.5 m3預(yù)冷混凝土攪拌樓，采用料倉(cāng)骨料風(fēng)冷加片冰、冷水?dāng)嚢璐胧?，保證了東江工程混凝土澆筑質(zhì)量。長(zhǎng)江三峽工程前期科技攻關(guān)中采用的“混合上料，二次篩分，連續(xù)風(fēng)冷”的預(yù)冷工藝，通過(guò) 1 期、2 期工程的實(shí)踐，均達(dá)到了理想的效果。

(3)防止混凝土溫度回升。選擇離工地最近的拌和站，加快混凝土的運(yùn)輸及澆筑速度，對(duì)混凝土輸送泵管進(jìn)行覆蓋和灑水降溫。采取“階梯式”澆筑法加大散熱面積，在澆筑倉(cāng)噴霧降溫，并對(duì)新澆混凝土及時(shí)用隔熱材料遮蓋。

(4)加快混凝土散熱。采用薄塊澆筑以增大自然散熱面，并適當(dāng)延長(zhǎng)澆筑塊之間的間歇時(shí)間，以增加表面散熱效果；在混凝土內(nèi)預(yù)埋冷卻水管，通循環(huán)冷卻水，進(jìn)行散熱降溫，均能起到控制混凝土溫度的效果。

(5)加強(qiáng)混凝土冬季施工的保溫措施。在高寒地區(qū)澆筑混凝土，除采用保溫模板外，拆除后的混凝土表面均需全部保溫。一般多用稻草簾子、麻袋及一些新型保溫材料等，同時(shí)應(yīng)避免在夜間和氣溫驟降期間拆模，并應(yīng)加強(qiáng)對(duì)冬季混凝土施工的檢查。

3 結(jié) 語(yǔ)

混凝土養(yǎng)護(hù)的措施在不斷改進(jìn)，針對(duì)目前水工混凝土工程的環(huán)境污染影響，需要更加注意混凝土從化學(xué)反應(yīng)、晶體結(jié)構(gòu)等多方面來(lái)控制，提高混凝土本身的物理力學(xué)指標(biāo)。如國(guó)家重點(diǎn)工程南水北調(diào)中線(xiàn)工程實(shí)施過(guò)程中在預(yù)防混凝土堿骨料反應(yīng)方面(指混凝土中的堿與骨料中能與堿起反應(yīng)的活性成分SiO2、白云石晶體等在混凝土硬化過(guò)程中吸水逐漸發(fā)生膨脹性化學(xué)反應(yīng)，導(dǎo)致混凝土工程產(chǎn)生開(kāi)裂破壞的現(xiàn)象)已經(jīng)取得了成功經(jīng)驗(yàn)，保證了工程建設(shè)的質(zhì)量安全目標(biāo)，這是我們的最終目的。希望業(yè)內(nèi)更多的學(xué)者同仁共同來(lái)關(guān)注這項(xiàng)研究工作，提高混凝土養(yǎng)護(hù)機(jī)理理論水平，提出更多更好的水工混凝土養(yǎng)護(hù)措施和監(jiān)控手段。

通訊地址：河南省駐馬店市沿溪路69號(hào)。

TU712

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1007-4104(2014)03-0076-02

2013-12-05