大體積混凝土工程的溫度裂縫控制

摘要：在水利水電工程中大量涉及混凝土澆筑，特別是大體積混凝土澆筑，由于外界環境溫度和自身水化熱的作用，引起混凝土中任一點的位移和變形不斷地變化，混凝土自身受到外部和內部的約束產生應力，在應力的作用下混凝土建筑物產生一些裂縫。裂縫發展達到一定狀態，建筑物承載能力被削弱甚至破壞。因此防止混凝土產生裂縫，必須采取一些有效的溫控措置，保證建筑物的質量安全。

關鍵詞：溫度裂縫 控制標準 措施

從以往的工程實例來看防止筋混凝土結構建筑物產生裂縫很困難，為避免破壞性裂縫的出現，必須牢固樹立預防為主的思想，要在混凝土工程的結構設計、混凝土原材料選擇和配合比設計、施工過程、混凝土的養護等方面采取溫度控制措施，提高建筑物的抗裂能力，減小混凝土結構中產生的應力、達到建筑物長久安全運行的目的。

1 混凝土溫度裂縫產生的原因

混凝土自身的抗裂能力是決定混凝土需要采取的溫控措施直接原因，混凝土裂縫問題可以理解為混凝土的抗裂能力與破壞力之間的關系問題，混凝土的抗裂能力是混凝土的彈性模量和極限拉伸值乘積來表示，因此提高混凝土本身的抗裂能力可以采取提高混凝土的彈性模量和極限拉伸值來實現，最直接的辦法是采用高標號混凝土。從混凝土的破壞力角度來看，靜、動荷載引起的應力、溫度徐變應力、自生體積變形徐變應力、干縮徐變應力等與混凝土本身的性能有關。因此混凝土的本身性能既決定混凝土抗裂能力，又地決定了混凝土破壞力，因此選擇合適的混凝土原材料、優化設計混凝土的配合比，對大體積混凝土的溫度控制設計是必不可少的。

1.1 混凝土裂縫產生的力學因素

混凝土的變形性能是溫度應力的變化的主要影響，彈性模量和泊松比是混凝土變形性能的重要指標，《水工鋼筋混凝土設計規范》泊松比建議值為1/6，混凝土彈性模量可按照經驗公式：Ec=2600R-8R2+0.01R3（Ec——混凝土彈性模量；R——混凝土標號）參照規范適當選取。混凝土的極限拉伸值反應了混凝土的抗裂性能，大中型工程可通過實驗得出，在沒有資料時按混凝土的標號或抗拉強度估算。混凝土自身體積收縮和膨脹也會產生溫度應力，對結構的應力狀態有較大的影響，這些影響不可忽視，為有效抑制混凝土自身體積收縮，對混凝土中原料進行一些調整，比如用含MgO水泥拌制的混凝土，可有效的抑制少裂縫產生。混凝土的徐變也是裂縫產生的誘因之一，混凝土的加荷載齡期、應力大小、濕度、骨料含量、水泥品種、水灰比、膠材用量等均能影響混凝土的徐變，由實際工程可知，摻粉煤灰混凝土的徐變變小，因此可在混凝土中參入粉煤灰等材料減少徐變。

1.2 混凝土裂縫產生的熱學因素

混凝土的熱學性能包括導熱系數λ、導溫系數α、比熱C和熱膨脹系數。混凝土的熱學性能主要取決于混凝土的粗骨料、水泥、水的熱學性能，所以可根據合理配置混凝土配合比來改善混凝土的熱學性能。一般大型工程一般都通過試驗確定，小型工程參考類似工程資料估算導熱系數λ、導溫系數α、比熱C和熱膨脹系數。

2 大體積混凝土溫度控制標準

大體積混凝土溫度控制的標準時將大體積混凝土內部與基礎間的溫差控制在基礎約束應力小于混凝土允許抗拉強度以內。混凝土的基礎溫差考慮建筑物尺寸、混凝土的力學、熱學性能、壩基礎的彈性模量與混凝土彈性模量比值、施工方法等有關，《混凝土重力壩設計規范》、《混凝土拱壩設計規范》明確了溫度控制標準，施工時可參照選取。考慮到混凝土下層降溫冷卻結硬的老混凝土對上層新澆筑混凝土的約束作用，需對上下層混凝土的溫差進行控制，上下層溫差允許溫差為15～20℃，通常在施工中通過限制上層混凝土覆蓋下層混凝土的間歇時間來實現溫差要求。確定灌漿溫度是溫控的又一標準，常見做法是在確定灌漿溫度時，將壩體斷面的溫度溫度進行分區，對灌漿溫度進行分區處理，分區時同時考慮澆筑分塊混合縱縫位置。

3 溫度裂縫控制措施

溫度控制的具體措施可以從混凝土的減熱和散熱入手。并盡量減少表面裂縫，在混凝土混凝土施工、材料等方面采取措施有效防止裂縫。

3.1 適當對大體積混凝土分縫分層

將大體積混凝土分成較小的塊體可以減小溫度應力，在施工時可有效地減少裂縫。一般工程中橫縫間距為15-20m，縱縫間距20-35m，橫、縱縫的間距要根據壩址地質、氣候的變化、施工機械作業能力等條件予以適當的調整。澆筑混凝土分層，考慮的是是降低水化熱溫升降低溫度應力。薄層混凝土層面散熱快，快速降低混凝土的最高溫升和內外溫差，但薄層澆筑水平施工縫增多，縫面處理工作量增大，影響著施工速度、施工質量及施工費用，一般工程多數采用層厚1.5～3.0m。

3.2 適當選擇混凝土用料

大體積混凝土在材料使用方面應盡可能做到不同分區采用不同標號的混凝土，采用低流態混凝土，優化骨料級配，增大骨料粒徑，混凝土加入外摻料，使用高效減水劑、使用低發熱性水泥等手段來提高混凝土的抗裂能力。

3.3 適當選擇施工措施

施工措施主要通過以下三個途徑實現：①降低澆筑溫度：加冰拌合、冷水拌和、預冷骨料和后冷混凝土等。②減小水化熱溫升：包括薄層澆筑和控制間歇期、一期水管冷卻等。③調節混凝土的溫度分布：在外界氣溫急劇變化時，為減小混凝土的內外溫差，采取縮短表面暴露時間、進行表面保護、采取內部水管冷卻降溫等。

參考文獻：

[1]袁光裕.水利工程施工(第三版)[M].中國水利水電出版，1996.

[2]水利水電施工手冊分冊編委會.混凝土工程[M].中國電力出版社，2002.

[3]中華人民共和國水利部.水工鋼筋混凝土設計規范[S].2008.

[4]中華人民共和國水利部.混凝土重力壩設計規范[S].2004.