下屯水電站大壩大體積混凝土的溫度控制與防裂

1、<p>　　下屯水電站大壩大體積混凝土的溫度控制與防裂</p><p>　　摘要：大體積混凝土裂縫及其防治一直是水電工程界十分關(guān)注的重大技術(shù)問(wèn)題，在大壩混凝土澆筑過(guò)程中，溫度應(yīng)力及溫度控制具有十分重要的意義。熱而，不管采取什么措施，都會(huì)產(chǎn)生裂縫，不僅影響美觀，而且影響結(jié)構(gòu)的耐久性。本文敘述了大壩大體積混凝土施工中溫控的基本要點(diǎn)及溫度裂縫產(chǎn)生的原因以及控制裂紋所采取的措施，進(jìn)一步總結(jié)了大體積混凝土溫度控制

2、的施工經(jīng)驗(yàn)，并給出了施工現(xiàn)場(chǎng)裂紋控制的一些建議。 </p><p>　　關(guān)鍵詞：大壩；大體積混凝土；溫度控制；防裂措施 </p><p>　　中圖分類號(hào)：TU37 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A </p><p><b>　　1工程概況 </b></p><p>　　貴州盤(pán)縣下屯水電站位于珠江流域西江水系南盤(pán)江的一級(jí)支流馬別河上，在馬

3、別河梯級(jí)開(kāi)發(fā)中的樓下河電站的下游，距樓下河電站約5Km，工程以發(fā)電為主、兼防洪和旅游觀光等綜合經(jīng)濟(jì)效益，大壩設(shè)計(jì)為拋物線雙曲拱壩，下屯水電站水庫(kù)總庫(kù)容970萬(wàn)m3，正常蓄水位1173.00m，相應(yīng)庫(kù)容814萬(wàn)m3；死水位1167m，死庫(kù)容596萬(wàn)m3；有效庫(kù)容245萬(wàn)m3。電站裝機(jī)容量20MW，正常尾水位1123.90m。本工程為Ⅳ等小（1）型。 </p><p>　　下屯水電站設(shè)計(jì)為曲拱壩，壩底寬16m，壩頂寬

4、5m，長(zhǎng)度197m，壩底高程1110m，壩頂高程1177.0m，設(shè)計(jì)壩高67.0m；壩體設(shè)計(jì)混凝土等級(jí)C9020，設(shè)計(jì)齡期90d，合計(jì)混凝土為量為67580m3 ，由C20外摻MgO微膨脹混凝土， 由于工期比較緊張，為了加快施工進(jìn)度，每次澆筑混凝土高度為3m，臺(tái)階法分層澆筑，每層厚度50cm，澆注混凝土采用減低混凝土水化熱等降溫措施，從目前澆注的混凝土拆模后檢查未出現(xiàn)可見(jiàn)溫度裂紋和干縮裂紋。 </p><p>　

5、　2 大體積混凝土溫度裂紋原因分析 </p><p>　　混凝土壩的溫度控制是混凝土壩設(shè)計(jì)中的重要問(wèn)題，對(duì)于保證混凝土壩工程的質(zhì)量、加快施工進(jìn)度等方面，起到關(guān)鍵性作用。在混凝土溫度控制設(shè)計(jì)中，一般以基礎(chǔ)溫差的設(shè)計(jì)為重點(diǎn)，以單獨(dú)澆注塊的溫度應(yīng)力為理論基礎(chǔ)，在限制應(yīng)力或應(yīng)變的條件下估算允許溫差。實(shí)踐表明，澆注塊的分塊尺寸越小，應(yīng)力越小，基礎(chǔ)允許溫差就越大。 </p><p>　　大體積混凝土結(jié)

6、構(gòu)，混凝土澆筑后，水泥的水化熱很大，由于混凝土體積大，要產(chǎn)生大量的水化熱，混凝土溫度升高，而混凝土表面則散熱較快，這樣形成較大的溫度差，引起較大的表面拉應(yīng)力而超過(guò)混凝土極限抗壓強(qiáng)度，就會(huì)在混凝土表面產(chǎn)生表面裂縫。 </p><p>　　3大體積混凝土溫度裂紋控制措施 </p><p>　　對(duì)大壩混凝土的溫度控制，最關(guān)鍵的是要掌握混凝土的溫度變化規(guī)律和將溫度應(yīng)力控制在混凝土允許范圍內(nèi)。在施工

7、過(guò)程中，混凝土溫度場(chǎng)及應(yīng)力場(chǎng)的變化過(guò)程是相當(dāng)復(fù)雜的。在設(shè)計(jì)、施工過(guò)程中，需要考慮混凝土的彈性模量、線脹系數(shù)、徐變、抗壓強(qiáng)度、極性拉伸值、熱力學(xué)指標(biāo)、溫度等因素，在大壩施工前，依據(jù)以往的經(jīng)驗(yàn)，我們擬出了許多方案和措施，包括優(yōu)化配合比減少水泥用量，外摻MgO，預(yù)防溫度裂紋的保溫，預(yù)防干縮裂紋的保濕，降低混凝土內(nèi)部最高溫度采用冷卻水管，優(yōu)化施工工藝等。為進(jìn)一步總結(jié)大體積混凝土溫度控制施工經(jīng)驗(yàn)，現(xiàn)參考現(xiàn)場(chǎng)施工進(jìn)展分析大體積混凝土施工中的裂紋控制

8、的主要措施。 </p><p>　　3.1 控制水泥水化熱溫度 </p><p>　　作為大體積混凝土必須從減少水化熱來(lái)考慮配合比，水泥水化過(guò)程是放熱的過(guò)程，要降低混凝土的絕熱溫升須從以下幾個(gè)方面入手：選用低熱或中熱水泥（如礦渣水泥、火山灰質(zhì)水泥或粉煤灰水泥）配制混凝土；為此，我們選用了貴州興義榮盛集團(tuán)P.O42.5級(jí)低堿普硅水泥，水泥中嚴(yán)格控制C3A含量小于6%，堿含量小于0.6%。粗骨

9、料選用三級(jí)配的碎石，細(xì)骨料選用中粗砂，施工中嚴(yán)格控制粗細(xì)骨料的含泥量＜1%，以提高混凝土的勻質(zhì)性，增加抗裂能力。摻入I級(jí)粉煤灰，替代部分水泥用量，改善了混凝土的和易性，同時(shí)摻入一定量的高效聚羧酸減水劑，降低水膠比，減少拌和絕對(duì)用水量，同時(shí)推遲了混凝土溫度蜂值出現(xiàn)的時(shí)間，相應(yīng)地提高了混凝土同齡期的容許拉應(yīng)力。利用混凝土后期（90天、180天）強(qiáng)度，降低水泥用量；在基礎(chǔ)內(nèi)部預(yù)埋冷卻水管，通入循環(huán)冷卻水，降低混凝土水化熱溫度；在厚大無(wú)筋或稀筋

10、的厚大混凝土中，摻加20%以下的塊石吸熱，并節(jié)省混凝土。 </p><p>　　經(jīng)過(guò)多次試配，優(yōu)選混凝土配合比及主要性能指標(biāo)如下表： </p><p>　　表5.3大壩混凝土配合比 </p><p>　　3.2 降低混凝土澆灌入模溫度 </p><p>　　降低混凝土澆筑入模溫度可以從以下幾個(gè)方面入手：避開(kāi)熱天選擇較低溫季節(jié)澆筑混凝土：對(duì)現(xiàn)澆

11、量不大的塊體，安排在下午3時(shí)以后或夜間澆筑；夏季采用低溫水或冰水拌制混凝土，對(duì)骨料噴冷水霧或冷氣進(jìn)行預(yù)冷，或?qū)橇线M(jìn)行護(hù)蓋或設(shè)置遮陽(yáng)裝置，運(yùn)輸工具加蓋防止日曬，降低混凝土拌和物溫度；摻加緩凝型減水劑。采取薄層澆灌，每層厚20～30cm，減緩澆筑強(qiáng)度，利用澆筑面散熱。 </p><p>　　3.3 混凝土的保溫、保濕養(yǎng)護(hù) </p><p>　　混凝土的保溫養(yǎng)護(hù)的主要目的是減少混凝土表面的熱擴(kuò)

12、散，降低混凝土結(jié)構(gòu)表面溫度梯度，防止產(chǎn)生表面裂紋；保濕養(yǎng)護(hù)的主要目的是防止混凝土表面出現(xiàn)收縮裂紋。 </p><p>　　我們?cè)诨炷翝仓坝脙蓪油凉げ纪饧觾蓪硬荽鼘?cè)面模板覆蓋，降低混凝土的內(nèi)外溫差，起到良好的保溫效果。在大壩每一層混凝土施工完畢后，立即用一層土工布外加一層草袋覆蓋；并堅(jiān)持在草袋表面灑水保濕，使表面覆蓋層始終處于濕潤(rùn)狀態(tài)，但不使土工布和草袋處于飽水狀態(tài)，以免失去保溫作用。 </p>

13、<p><b>　　4 防裂新技術(shù) </b></p><p>　　近30年來(lái)，隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步與工程實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)的積累，通過(guò)多種途徑，采取綜合性措施來(lái)解決大壩混凝土的抗裂問(wèn)題。其中氧化鎂新材料和MgO水泥混凝土筑壩新技術(shù)的出現(xiàn)，打破了人們的傳統(tǒng)認(rèn)識(shí)，提出了筑壩新理論和筑壩新技術(shù)。據(jù)此，既可實(shí)現(xiàn)快速施工又大大拓寬和完善了水工混凝土筑壩防裂技術(shù)。實(shí)踐證明，MgO混凝土筑壩技術(shù)是大體積混

14、凝土施工的革命，是國(guó)內(nèi)外筑壩技術(shù)的重大創(chuàng)新和突破。 </p><p>　　在大混凝土中內(nèi)中摻入適量的特制的輕燒MgO，利用MgO水化所釋放的化學(xué)能轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)械能，使混凝土產(chǎn)生自生體積膨脹，抵消其在溫降過(guò)程中的體積收縮；也就是利用其獨(dú)特的具有延遲性的、不可逆變形及長(zhǎng)期穩(wěn)定的微膨脹性能來(lái)補(bǔ)償大壩混凝土在溫降時(shí)的體積收縮和溫度變形。更確切地說(shuō)，就是利用MgO混凝土的限制膨脹來(lái)補(bǔ)償混凝土的限制收縮，達(dá)到防裂目的。若輔以其它

15、適當(dāng)?shù)木C合性措施，可以取代傳統(tǒng)的溫控措施，如混凝土拱壩需分橫縫，薄層、長(zhǎng)間歇澆筑，預(yù)埋冷卻水管冷卻等施工工藝，實(shí)施通倉(cāng)連續(xù)施工，大大加快了筑壩速度，從而實(shí)現(xiàn)了工程界長(zhǎng)期希望達(dá)到的快速施工的目標(biāo)，并且都取得了預(yù)期效果。 </p><p><b>　　5 結(jié)束語(yǔ) </b></p><p>　　大體積混凝土的體積變形，主要來(lái)自水泥的水化熱溫升，混凝土在硬化過(guò)程中使自身溫度升

16、高，又在環(huán)境溫度作用下逐漸下降，直至達(dá)到穩(wěn)定。由于混凝土導(dǎo)溫系數(shù)小，又受邊界的影響，相對(duì)于初始溫度，在大體積混凝土內(nèi)部各點(diǎn)的溫度不同，存在整體降溫及非線性溫度場(chǎng)，既受外部約束又有內(nèi)部約束，因而產(chǎn)生溫度應(yīng)力。通過(guò)計(jì)算分析，當(dāng)上述溫度應(yīng)力超過(guò)混凝土的抗拉強(qiáng)度，將導(dǎo)致裂紋的產(chǎn)生。所以在施工過(guò)程中應(yīng)采取措施： </p><p>　?、?在滿足設(shè)計(jì)強(qiáng)度的前提下，盡可能采用低標(biāo)號(hào)混凝土。 </p><p&

17、gt;　　② 選用低水化熱的礦渣硅酸鹽水泥，為減少水泥用量，施工中可加入適量的粉煤灰以改善混凝土和易性、降低溫升、減小收縮具有良好的效果，從而提高其抗裂性。 </p><p>　?、?混凝土配合比設(shè)計(jì)加入高效減水劑，降低每方混凝土的絕對(duì)用水量。 </p><p>　　④充分利用低溫季節(jié)施工、降低混凝土的入模溫度、分層澆筑和預(yù)埋水管通水冷卻，能有效地降低溫凝土內(nèi)部的溫度峰值。 </p&

18、gt;<p>　　⑤施工中采用合理的施工工藝，在施工前應(yīng)準(zhǔn)備完善的施工方案細(xì)則、充分的原材料、合理的人員和設(shè)備配置。 </p><p>　　⑥混凝土內(nèi)部溫度達(dá)到峰值后，降溫階段最容易出現(xiàn)裂紋，加強(qiáng)表面的保溫蓄熱養(yǎng)護(hù)，減緩氣溫驟降的沖擊，減小表面的降溫速度和溫度梯度，可以達(dá)到降低內(nèi)外溫差的目的。 </p><p>　?、咄瑫r(shí)，可考慮承臺(tái)的配筋除應(yīng)滿足承載力及構(gòu)造要求外，還結(jié)合大

19、體積混凝土的施工方法增配承受因水泥水化熱引起的溫度應(yīng)力及控制溫度裂紋開(kāi)展的鋼筋，以利用構(gòu)造鋼筋有利控制裂紋。 </p><p><b>　　參考文獻(xiàn)： </b></p><p>　　[1] 王鐵夢(mèng)編著．建筑物的裂縫控制{M}．上海；上?？萍汲霭嫔?，1987 </p><p>　　[2] 龔召熊．水工混凝土的溫控與防裂{M}．北京；中國(guó)水利水電出