浅谈水下大体积混凝土浇筑的质量控制
关键词：水下大体积混凝土，浇筑，温度裂缝，配合比，温度控制
1前言
水下大体积混凝土在大型桥梁、大型码头、大型水坝等现代工程建设中占有重要的地位，因此，这些大体积混凝土结构质量的优劣就显得相当重要。然而，大体积混凝土结构厚、体形大、钢筋密、混凝土用量多、工程条件复杂，在施工质量的控制上难度非常大，尤其是水泥水化过程中释放的大量水化热引起的温度变化和混凝土收缩而产生的温度应力和收缩应力，经常导致水下大体积混凝土结构产生裂缝，已成为大体积混凝土浇筑施工的一个质量通病。裂缝对混凝土结构安全的危害很大，严重的裂缝会恶化结构的强度和稳定，破坏其整体性和抗渗性，加速混凝土碳化和溶蚀，影响到结构的安全使用，轻微的裂缝也会影响结构的耐久性，有的还会发展成为严重的裂缝。由此可见，温度裂缝的控制和预防是保证水下大体积混凝土施工质量的关键。
2水下大体积混凝土温度裂缝产生的原因
水下大体积混凝土多数要求一次连续浇筑完毕，不允许留施工缝，整体性要求高，浇筑后水泥的水化热量大，由于体积大，水化热聚积在内部不易散发，浇筑初期混凝土内部温度显著升高，而表面散热较快，这样形成较大的内外温差，使混凝土内部产生压应力，而表面产生拉应力，由于初期混凝土强度很低，当上述温度应力超过混凝土的抗拉强度时，就会导致裂缝。浇筑后期混凝土内部逐渐散热冷却产生收缩时，由于受到基底或已浇筑的混凝土的约束，接触处将产生很大的剪应力，在混凝土正截面形成拉应力。当拉应力超过混凝土当时龄期的极限抗拉强度时，便会产生裂缝，甚至会贯穿整个混凝土断面，由此带来严重的危害。另外，混凝土浇筑不连续，间歇时间过长，导致在新老混凝土之间出现薄弱层面，在温差作用下，新混凝土的收缩变形受到老混凝土约束产生拉应力，由此出现约束裂缝。
3水下大体积混凝土浇筑的温度控制措施
大体积混凝土在硬化期间，大量释放的水泥水化热导致混凝土中心区域温度升高，这是大体积混凝土结构产生温度裂缝的原因，解决大体积混凝土温度裂缝的关键是温度控制，所以在施工过程中应采取温度控制措施，防止裂缝的产生。
⑴大体积混凝土浇筑前的热功计算
为保障水下大体积混凝土的浇筑质量，浇筑前必须对混凝土水化热进行计算，通过计算预估大体积混凝土内部温度及内外温差，预先做好温度控制预案工作。
混凝土水化热绝热温升计算公式：
混凝土内部实际最高温度计算公式：
混凝土表面中心温度计算公式：
⑵混凝土原材料的选用及配合比的控制
混凝土配合比的合理性不仅仅影响到混凝土自身强度要求，还会影响浇筑时的泵送要求、坍落度、和易性等，以及混凝土浇筑后的水化热产生的多少，特别是大体积混凝土水化热的控制将影响到混凝土的裂缝控制进而影响整个大体积混凝土的质量。
①科学选用水泥。在大体积混凝土浇筑中，混凝土温度的升高主要因素是水泥产生的水化热，水泥水化过程中放出大量的热，且主要集中在浇注后的7d左右，水化热温升主要取决于水泥品种、水泥用量及散热速度等。因而，在满足设计强度的前提下，尽可能采用水化热低、安全性好和凝结时间较长的水泥，可选用矿渣硅酸盐水泥，以减低水泥所产生的水化热。如要采用高水化热的水泥，就必须采取相应措施延缓水化热的释放。
②砂石料的级配要合理。细骨料是混凝土中影响较为敏感的原材料，直接影响混凝土的和易性和强度，偏粗则和易性差、泌水大，偏细则含泥多比表面积大，细度模数要控制在2.6-2.9之间，同时0.315mm筛孔通过量不应小于15％，0.16mm筛孔通过量不应小于5％。含泥量控制在2％以下。粗骨料的选择应优先选用热膨胀系数小的骨料，并强调骨料的连续级配，尽量用粒径大、比表面积小、空隙率也比较小并具有足够强度的优良骨料，这样可以提高骨料在混凝土中的所占体积，提高混凝土的密实性，并可以节约水泥降低水化热和减少用水量，而且石块本身也具有吸收发热量的功能，能使水化热进一步降低，同时混凝土的收缩和泌水也随之减少。
③掺加掺和料。掺加适量的混凝土用掺和料（如磨细粉煤灰）和外加剂（如缓凝剂、减水剂），从而减少水泥用量，改善混凝土和易性，对降低温升、减小收缩也具有良好的效果，从而提高其抗裂性。
④做好混凝土配合比的试配工作。根据试验室试配资料，对比现场情况（或预拌厂拌制现场）砂、石料含水率、含泥量等与试验室试配原材料的差别，适当调整混凝土配比，满足实际混凝土拌制要求，以达到质量标准。合适的配合比应使混凝土具有足够的可塑性和粘聚性，易于在导管中流动而又不易离析。水下混凝土坍落度为15-20cm。
⑤尽可能降低混凝土温度。混凝土要用料搭棚遮盖，避免日光曝晒，高温时用冷却水拌合，降低混凝土入仓温度。
⑶混凝土的运输
在浇注前，停止其他结构物的混凝土浇注施工，为大体积混凝土浇注施工备料。混凝土拌合采用拌合站集中拌制，要冷却骨料，降低混凝土拌和温度，专门混凝土运输车输送，并尽量缩短混凝土的泵送距离。混凝土运至浇筑地点后，浇筑前应记录每车混凝土现场实测塌落度，不合格的退回搅拌站。施工浇筑时混凝土不离析、不分层，组成成分不发生变化，并符合施工必需的稠度。
4水下大体积混凝土施工方法的控制
水下大体积混凝土通常采用直升导管法浇筑，操作阶段相对来说并不复杂，但要严格按照预定计划和施工方案进行浇筑，定时定点测温，做好温度控制工作。
①控制入模温度。选择较适宜的气温浇筑大体积混凝土，尽量避开炎热天气浇筑，可充分利用日低温区段施工，降低混凝土的入模温度，混凝土入模温度应控制在28℃以内。
②水平分层浇筑。根据浇注后混凝土的强度增长情况和初凝时间，采用分层连续浇筑，每层厚度控制在30cm左右，最厚位置不超过40cm，以加快热量散发，降低混凝土内部的温度峰值，并可使温度分布较均匀。必须在下层混凝土初凝前完成上层混凝土的浇注，否则外表上下层由于混凝土凝结速度不一致而出现施工缝。
③控制浇筑速度。适当控制混凝土的灌注速度，尽量减小新老浇筑混凝土的温差。在开浇阶段通过导管浇筑混凝土堆脚高度不宜小于0.40m，以便导管口能埋在混凝土内的深度不小于0.3m。
④控制内外温差。加强混凝土内外测温监测工作，将差改度严格控制在25℃内，在混凝土结构内部埋设冷却水管和测温点，通过冷却水循环，降低混凝土内部温度，减小内表温差，通过测温点测量，掌握内部各测点温度变化，以便及时调整冷却水的流量，控制温差。冷却循环水管采用黑铁管，埋设在混凝土浇筑层的中心位置稍靠下。每层水管的进、出水口相互错开，且出水口有调节水阀和测流量设备。冷却水供给采用潜水泵集中供水。
5结语
为防止和控制水下大体积混凝土结构浇筑后产生温度裂缝，必须优先选用水化热低的水泥，掺入适量的粉煤灰，降低水泥用量，严格控制混凝土的配合比，施工过程中要合理降低浇筑速度和减小浇筑层厚度，浇筑后要进行测温，随时掌握大体积混凝土内的温度变化，以便及时调整降温及养护措施，将大体积混凝土结构内外温差控制在25℃以内，降低混凝土的温度应力，有效控制有害裂缝的出现。