大坝大体积混凝土的温度控制与防裂

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摘 要：为防止混凝土大坝产生温度裂缝，需了解大体积混凝土内部温度变化过程，确定大坝的分缝分块尺寸、混凝土的浇筑温度以及采用何种冷却措施。

关键词：大体积混凝土、温度裂缝、温度控制标准、控制措施

引言：大体积混凝土硬化期间，由于水泥释放水化热，混凝土的温度升高，混凝土内外温差增大，极易引起裂缝，即温度裂缝，如何采取有效措施，防止温度应力造成混凝土出现有害温度裂缝，一直是大坝大体积结构施工的一个重大问题，本文就大体积混凝土温度裂缝控制与措施进行探讨。

中图分类号：TV544文献标识码：A文章编号：

1、大体积混凝土温度变化过程

混凝土在凝固过程中，由于水泥水化，释放大量水化热，使混凝土内部温度逐步上升，对尺寸小的结构由于散热较快，温升不高，不致引取严重后果，但对大体积混凝土，最小尺寸也常在3～5m以上，而混凝土导热性能随热传导距离呈现性衰减，大部分水化热将积蓄在浇筑块内，使块内温度升达30～50℃，甚至更高。由于内外温差的存在，随着时间的推移，坝内温度逐渐下降而趋于稳定，与多年平均气温接近。

大体积混凝土的温度变化过程可分为如图1 所示的三个阶段，即温升期、冷却期和稳定期。显然，混凝土内的最高温度Tmax等于混凝土浇筑入仓温度Tp与水化热温升值Tr之和，由Tp到Tmax是升温期，由Tmax到稳定温度Tf是降温期，之后混凝土体内温度围绕稳定温度随外界气温有所起伏。

2、混凝土的温度裂缝

大体积混凝土的温度变化引起温度变形，温度变形受到约束，势必产生温度应力，由于混凝土的抗压强度远高于抗拉强度，在温度压应力作用下不致破坏混凝土，当受到温度拉应力作用时，常因抗拉强度不足而产生裂缝，随着约束情况的不同，大体积混凝土温度裂缝有如下两种：

2.1表面裂缝

混凝土浇筑后，其内部由于水化热温升，体积膨胀，如遇寒潮，气温骤降，表层降温收缩，内胀外缩，在混凝土内部产生压应力，表层产生拉应力。各点温度应力的大小，取决于改点温度梯度的大小。在混凝土内处于内外温度平均值的点应力为零，高于平均值的点承受压应力，低于平均值的点为拉应力；混凝土的抗拉强度远小于抗压强度，当表层温度拉应力超过混凝土的允许抗拉强度时，将产生裂缝，形成表面裂缝。这种裂缝多发生在浇筑块侧壁，方向不定，数量较多。

2.2贯穿裂缝和深层裂缝

变形和约束是产生应力的两个必要条件。由温度变化引起温度变形时普遍存在的，有无温度应力关键在于有无约束。人们不仅把基岩视为刚性基础，也把已凝固、弹模较大的下部老混凝土视为刚性基础。这种基础对新浇不久的混凝土产生温度变形所施加的约束作用在混凝土上升温度膨胀期引起压应力，在降温收缩时引起拉应力。当此拉应力超过混凝土的允许抗拉强度时，就会产生自基础面向上开展、贯穿整个坝段，就称为贯穿性裂缝。当裂缝切割的深度达到3～5m时，就称为深层裂缝。裂缝的宽度可达1～3mm，且垂直基础面向上延伸，即平行纵缝贯穿，也沿流向贯穿。

3、大体积混凝土温度控制标准

大体积混凝土温度控制要根据坝址区水文和气象资料，混凝土原材料的热、力学指标，混凝土配合比及施工条件，计算坝体温度场和应力场确定坝体混凝土温度控制标准、基础允许温差、坝体设计允许最高温差，提出坝体混凝土的分缝分块、相邻坝块坝段的高差、混凝土浇筑层厚和间歇期、混凝土浇筑温度及坝内初、中、后期通水冷却标准等温度控制措施。温度控制标准实质上就是将大体积混凝土内部和基础之间的温差控制在基础约束应力小于混凝土允许抗拉强度内；在大体积混凝土温度控制标准时，须把理论分析同已建工程的经验紧密结合起来。温度控制的理论分析，忽略了不少实际因素，诸如混凝土材料的非均质性、浇筑块各向温度变化的非均匀性、骨料的性质和类型、基岩面的起伏程度和基岩的吸热性作用等。

确定灌浆温度是温控的又一标准。由于坝体内部混凝土的稳定温度随具体部位而异，一般情况灌浆温度并不恰好等于稳定温度。通常在确定灌浆温度时，将坝体断面的稳定温度场进行分区，对灌浆温度进行分区处理，各区的灌浆温度取各区稳定温度的平均值。坝体稳定温度场是指混凝土坝经长期散热后，浇筑时的初始温差和水化热影响趋于消失，坝内各点温度趋于稳定，基本上不再随时间有大的变化。一般当混凝土的温度变幅小于外部水温或气温变幅的10%，即可视为温度场基本稳定。在确定灌浆温度时，为了施工方便，常对稳定温度场进行分区简化。分区时既要考虑浇筑分块和纵缝位置，也应考虑工作特征高程，如死水位、底孔高程、正常水位等。

4、大体积混凝土的温度控制措施

大体积混凝土温度控制是通过控制混凝土的拌合温度来控制混凝土的入仓温度，通过一期冷却降低混凝土内部的水化热温升，从而降低混凝土内部的最高温升，使温差降低到允许范围，通过二期冷却，使坝体温度从最高温度降到接近温度，以便在达到灌浆温度后及时进行纵缝灌浆。温度控制的具体措施常从混凝土的减热和散热两方面着手。

4.1减少混凝土的发热量

4.1.1减少每立方米混凝土的水泥用量

（1）、根据坝体的应力场对坝体进行分区，对于不同分区采用不同标号的混凝土。

（2）、采用低流态或无塌落度干硬性贫混凝土。

（3）、改善骨料级配，增大骨料粒径，对少筋混凝土可埋放大石块，以减少每立方米混凝土的水泥用量。

（4）、大量掺入粉煤灰，掺和料的用量可达水泥用量的25%～40%。

（5）、采用高效外加减水剂不仅能节约水泥用量约20%，使28d龄期混凝土的发热量减少25%～30%，且能提高混凝土早期强度和极限拉伸值。

4.1.2采用低发热量的水泥

4.2降低混凝土的入仓温度

4.2.1合理安排好浇筑时间。在施工组织上安排春、秋季多浇，夏季早晚浇，正午不浇，这是最经济、最有效的降低入仓温度的措施。

4.2.2采用加冰或加冰水拌和。混凝土拌和时，将部分拌和用水改为冰屑，利用冰的低温和冰融解时吸收潜热的作用，这样，最大限度可将混凝土减低约20℃。

4.2.3对骨料进行预冷。当加冰拌和不能满足要求时，通常采取骨料预冷的办法。

（1）、水冷。使粗骨料侵入循环冷却水中30～45min,或在通入拌和楼料仓的皮带机廊道、地弄或隧道中装设喷洒冷却水的水管。

（2）、风冷。可在拌和楼料仓下部通入冷气，冷风经粗骨料的空隙，由风管返回制冷厂再冷。

（3）、真空气化冷却。利用真空气化吸热原理，将放入密闭容器的骨料利用真空装置抽气，并保持真空状态约半小时，使骨料气化降温冷却。

4.3加速混凝土散热

4.3.1采用自然散热冷却降温。采用低块薄层浇筑可增加散热面，并适当延长散热时间，即适当增长间歇时间。在高温季节已采用预冷措施时，则应采用厚块浇筑，缩短间歇时间，防止因气温过高而热量倒流，以保持预冷效果。

4.3.2在混凝土内预埋水管通水冷却。在混凝土内预埋蛇形冷却水管，通循环冷却水进行降温冷却。

参考文献

[1]袁光裕，胡志根，钟登华，水利工程施工（第5版）中国水利水电出版社

[2]陈德亮，夏富洲，陈尧隆，施工建筑物（第5版）中国水利水电出版社

[3]李亚杰，方坤河，梁正平，建筑材料（第6版）中国水利水电出版社

[4]徐伟，吴春萍，大体积混凝土温度裂缝控制及分析