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1、1 引言1.1 大体积温度裂缝控制是比较复杂的施工技术，迄今，对于大体积混凝土的温度场变化和温度裂缝 产生的规律性，还缺乏系统的研究，对于混凝土的温度及温度应力还不能精确计算，为此，吴中伟教授提 出的采用补偿收缩混凝土，同时辅以适应的温度控制，既经济合理，又能有效地解决混凝土的干缩和冷缩 干裂问题思想，在电厂水塔环基、煤仓底板、汽机基座底板等大体积混凝土结构中广泛应用，可以取得良 好的效果。下面以内蒙托克托电厂 1#塔环基为例叙之：1.2大唐内蒙托克托电厂1#冷却塔环基厚度2.0m，宽度5.0m总长318m，为超长环板型大体积混凝 土。混凝土设计强度C25 F200 W6。控制裂缝是环基混凝土
2、施工的关键。为控制温度和干缩裂缝，在混凝 土施工过程中采取分段跳仓、使用低水化热水泥、掺混凝土膨胀剂、降低入模温度、覆盖保温等措施。2 环基裂缝问题的分析2.1 裂缝的成因混凝土硬化后及使用过程中，受外界因素的影响而产生的变形主要有：温度变形、湿胀干缩变形和荷 载作用下的变形等。2.1.1 温度变形混凝土的温度变形由两部分组成：在混凝土硬化过程中，由于水泥的水化热产生大量热量，大体积 混凝土内部因散热慢而使其温度升高，产生内外温差，内部混凝土膨胀，而外部混凝土经散热，温度降低 而收缩，形成表面裂缝。由于环境温度的变化，根据混凝土热胀冷缩的性质，在温度下降后混凝土必将 产生收缩而产生拉应力，当拉
3、应力超过混凝土的抗拉强度时，将产生裂缝。2.1.2 干缩变形混凝土的干缩变形是由于混凝土中水分蒸发而引起的。当混凝土在空气中硬化时，其中的水分会逐渐 蒸发，使水泥石中的胶凝体逐渐干燥而产生收缩，从而产生干缩变形。在混凝土受到某种约束的情况下， 干缩变形会使混凝土出现较大的拉应力，特别是在初凝阶段，由于混凝土抗拉强度十分低，容易引起混凝 土开裂。2.1.3 荷载作用下变形在荷载作用下，当构件截面产生拉应力时，会引起拉伸变形；当构件截面产生压应力时，会引起压缩 变形。当截面上的拉应力大于混凝土的抗拉强度时，构件就会产生裂缝。2.2 影响温度和干缩变形的主要因素温度变形与混凝土的浇筑温度、水泥结硬过
4、程中产生的水化热引起的温升、施工季节以及环境温度的 变化有关。混凝土温度变形和干缩变形主要与以下几方面的因素有关：2.2.1 混凝土中水泥用量的大小，是决定温度和干缩变形大小的最主要因素。在水灰比相同的条件， 水泥用量越多，混凝土干缩率就越大。水泥用量越多，水化热越大，混凝土内部温度越高，温度变形越大2.2.2 混凝土的水灰比较大，干缩率越大。因为水灰比越大，水泥浆越稀，干缩变形越大。2.2.3 入模温度越高，混凝土内部温度就越高，温度变形越大。2.2.4 混凝土保温保湿养护是控制温度和干缩变形的关键环节。保温养护的目的主要是降低大体积混 凝土的内外温差值以降低混凝土的自约束应力，其次是降低大
5、体积混凝土的降温速度，充分利用混凝土的 抗拉强度，以提高混凝土的抗裂能力，以达到防止或控制温度裂缝的目的。同时，在养护过程中保持良好 温度和防风条件，防止混凝土的干缩变形。2.2.5 环境温度变化是影响温度变形的又一主要原因。在冬季来临前，对环基进行保温保护，减小环 境温差对环基温度变形产生的不利影响。3 膨胀剂在环基混凝土中的应用3.1 微膨胀剂在混凝土中的作用机理钢筋混凝土结构产生裂缝原因很复杂，就材料而言，混凝土干缩和温差收缩是主要原因。为此，行之 有效的措施是掺配以补偿收缩为主要功能的混凝土微膨胀剂来控制混凝土裂缝。微膨胀剂加入到普通水泥 混凝土中，拌水后生成大量膨胀性结晶水化物-水化
6、硫铝酸钙(C3A.3CaSO4.32H20,既钙矶石)，使混凝土 产生适度膨胀，在钢筋和邻位的约束下,在结构中建立0.2-0.7MPa预压应力，这一压应力可大致抵消混凝土 在硬化过程中产生的收缩拉应力，从而防止或减少混凝土收缩开裂，并使混凝土致密化，提高了结构的防 渗能力，达到结构自防水能力，同时控制了混凝土的微裂缝。在环基混凝土施工中，控制混凝土中心温度与表面温度之差是非常重要的。采用普通混凝土，温差控 制在25C之内，否则往往因温差应力而产生开裂(冷缩裂缝)。而采用膨胀剂补偿收缩混凝土，这个温差 可放宽至30 35C。其原理如下：设：大体积混凝土中心温度为T1，表面温度为T2,大气温度为T
7、3,膨胀剂混凝土的限制膨胀率为2, 混凝土的线膨胀系数为a,产生的膨胀当量温度T4= 2/a，一般：2 = 2-3x10-4，a = 1.0x10-5C,则 T4 = 20 30 C。若采用普通混凝土，须AT1=T1T2S25C和AT2=T2T3S25C,否则混凝土会开裂。而采用膨胀剂补偿收缩混凝土后：AT1 = T1T2S25 +T4 (C), T2=T2T345分 0.025 0.0241.559.76.58.2三种膨胀剂的试验结果见附件：FS-H检测报告(编号2001 30112)。(2) UEA检测报告(编号2001 30114)。(3) FN-MII 检测报告(编号 2001 301
8、13)。3.3 膨胀剂的试验研究3.3.1 膨胀剂的性能(1) 工作性良好：缓凝减水、保水保塑性好，易于流动、坍落度损失较小，适用于现场泵送混凝土。(2) 抗裂防渗性能好：膨胀效能较高，抗渗标号大于W8，补偿收缩的抗裂防渗性能优于市售防水剂。(3) 降低水化热、推迟水化热高峰和收缩起始时间，从而，削弱混凝土温差收缩，抑制混凝土结构开 裂。(4) 采用多功能膨胀剂，不需要外加任何外加剂，操作工序少，减少差错，掺量好掌握，与水泥相容 性好，利于混凝土搅拌站和现场使用。3.3.2 膨胀剂的作用(1) 内掺适量膨胀剂的混凝土和未掺的普通混凝土相比 ,凝固前的流变性质相近 ,掺膨胀剂的混凝土坍 落度损失
9、较小,凝结时间稍短,但不影响施工。(2) 随膨胀剂掺量增多，混凝土的膨胀率增加，强度有所降低，配制补偿收缩混凝土时，内掺量一般 为8-10%，当配筋率为0.2-1.0%时，限制膨胀剂率为2-4x10-4,在混凝土中建立0.2-0.7MPa自应力值， 对强度影响不大。(3) 在规定掺量下，混凝土28天抗压强度与不掺膨胀剂的空白混凝土强度大致相同，后期强度持续增 长，掺膨胀剂混凝土的限制强度比自由强度高出10-15%。3.4 混凝土补偿收缩的计算根据吴中伟教授的研究成果,为了简化计算，我们将弹性变形 Se 略而不计，将补偿收缩通式偏安全地 简化成：2m- (S2+ST) =D0时，混凝土内不出现拉
10、应力，D|SK|时，混凝土不会产生裂缝；|SK| - 混凝土的极限拉伸值。式中各值的计算方法：(1) S2,即混凝土的收缩变形y(t)，任意时间收缩计算公式按如下指数函数表达式求得：S2=y(t)=0yM1M2Mn(1-e-0.01t)0y 为标准状态下最终收缩值，取 3.24x10-4,M1，M2Mn 为各种非标准条件的修正系数，可从有关专著或手册中查到。(2) ST,为混凝土最大冷缩值，即混凝土中平均最高温度与环境温度的差值，乘以混凝土的膨胀系数 a(1x10-5C)。(3) SK，为混凝土的极限拉伸值，合理配筋可提高混凝土的抗裂性，可采用有关专著经验公式进行计算：式中卬-配筋后的混凝土极
11、限拉伸；Rf -混凝土抗裂设计强度，MPa；p -配筋率尸100 ；d - 钢筋直径， cm 。补偿收缩混凝土 2m设计值的确定即计算膨胀混凝土14d湿养件下的限制膨胀率设计值2m。混凝土设计等级C25，采用场425#矿渣 硅酸盐水泥，水化热 Q=335kJ/kg，水泥用量 W=300kg/m3，水灰比=0.50，Rf=1.75x10-4MPa,容重 T=2400kg/m3。配筋率p=0.88%,钢筋直径d=28mm,e=2.718,m=0.384,1m厚混凝土 3d降温系数=0.57,非标准状态 系数M2=1.13,M4=1.21,其余均为1,混凝土线膨胀系数a=1x10-5/C。求S2 (
12、干缩值)S2=y(t)3.24x10-4(1-e-MT)M1M2Mn=1.15x10-4(2) 求ST (冷缩值)ST=(T1-T2)a=2.44x10-4式中 T1 - 混凝土最高平均温度；T2 - 环境温度；a - 混凝土温度膨胀系数T2=15C (取水塔坑内平均温度)(3) 求Sk(极限拉伸值)考虑徐变影响,偏安全地增加 50%:SK=1.5x1.18x10-4=1.77x10-4因为 2m-(S2+ST)=SK即 2m -(1.15+2.44)x10-4=1.77x10-4所以 2m=(1.15+2.44-1.77)x10-4=1.82x10-4取1.5倍安全系数2m=1.5x1.82x10-4=2.8x 10-4D=2.8-(1.15+2.44)x 10-4=079x10-4 |SK|(1.77x10-4)因此，结构不会出现裂缝。4 混凝土的施工方法4.1施工缝模板采用钢板网，钢板网支撑采用申16钢筋骨架。4.2 混凝土配制4.2.1 水泥：采用低水化热的内蒙古西卓资山矿渣 425#水泥，在保证混凝土抗冻、抗渗的要求下，减 小水泥用量，其用量为300kg/m3，以
