浅析水工混凝土温控防裂措施

摘要：本文通过水工混凝土的特点，阐述了水工混凝土裂缝的种类，并指出混凝土施工中的温控措施，从而达到不产生或少产生裂缝的目的，供同行参考。

关键词：水工混凝土 温控控制；防裂措施

中图分类号：TV331文献标识码： A

1 水工混凝土特点

就水工混凝土而言，大部分都是大体积混凝土。大体积混凝土浇筑后初期内部温度急剧上升，热量散发慢，引起混凝土膨胀变形。此时混凝土的弹性模量小，因而在升温过程中由于基础约束，混凝土膨胀变形产生的压应力很小，往往可以忽略不计。随着龄期的增长，水化热逐渐减少，混凝土强度及弹性模量逐渐增大，而此时混凝土温度逐渐降低，混凝土发生收缩变形时受到基础约束就会产生很大的拉应力。因大体积混凝土在后期降温的拉应力很大，而抗拉强度往往只有抗压强度的1/8～1/12，且为脆性不均匀体，所以大体积混凝土抵抗温度拉应力的能力很低。当拉应力(或拉伸应变)超过混凝土抗拉强度时就会产生温度裂缝。

2 混凝土裂缝的种类

混凝土坝发生裂缝的主要原因，是温度和湿度的变化、混凝土本身的脆性和不均匀性、以及分缝分块不恰当和结构形式不合理等等。此外原材料不合格、模版变形和基础不均匀沉陷，也会引起裂缝。温度裂缝按其成因和性质可分为以下几种类型：

2.1 表面裂缝

表面裂缝是大体积混凝土最常见的裂缝，浇筑层面受气温骤降作用引起，多发生在混凝土早期龄期（6～20 d），具有明显的规律性。

2.2 基础贯穿裂缝

基础贯穿裂缝发生于坝块基础部位，裂缝较宽并穿过浇筑层，主要发生在后期整体降温过程中以及基础浇筑层间歇期间。

2.3 深层裂缝

在混凝土表面发生，并向混凝土内部发展而成，通常为长间歇浇筑面不断受到气温骤降作用，或长期暴露受气温变化引起的内外温差与气温骤降联合作用而形成。

2.4 网状裂缝

网状裂缝一般发生在混凝土块体的暴露面，裂缝的形态与分布很不规则，且深度极浅，主要由于浇筑后养护不善造成，尤其是高标号混凝土早期更容易出现这类裂缝。

3 施工中的温控措施

温控防裂是一项系统的复杂的工作，首先要做好科学的规划，合理的安排，制定出符合现场条件的施工措施，然后严格按照施工措施的要求，控制好混凝土施工的各道工序，严防威胁水工混凝土安全的裂缝出现。

3.1 综合管理

（1）避开高温时段

一般水工建筑物规模大，施工时间长，野外作业受环境影响大。为了减少恶劣的环境给施工带来的负面影响，在施工之前应充分考虑各个不利因素。混凝土浇筑在总体规划上应尽量避开夏季高温时期，高峰期不规划在暑热季节，重要部位选择在阴天，雨后等气温相对较低的时段施工。整体上混凝土浇筑应避开中午高温时段，选择在下午气温回落时开仓，利用夜班，争取次日上午收仓。

（2）合理安排仓位

在仓面的安排上也要充分利用现有资源分析最大入仓强度，划分出大小合理的仓面，使混凝土的浇筑少受高温的影响。

（3）分析及合理利用资源

充分利用资源，各环节密切配合，加快施工速度。高温季节上层混凝土覆盖时间不宜超过2h。

3.2 施工温控措施

实际施工当中一般是工期紧，任务重，施工方不得不面对高温热浪等不利因素。这就要求混凝土施工的各环节采取温控措施。

（1）配合比设计

在混凝土配合比的设计上首先要满足设计的强度及抗渗抗冻要求，其次在选材上要优先选用热膨胀系数较低的砂石料，发热量低的中热硅酸盐水泥或低热矿渣硅酸盐水泥。配料上选择较优的骨料级配，粉煤灰、外加剂以减少水泥用量，从而减少和延缓水化热的发生。

根据实际施工中的实验数据可知:采用发热量低的水泥和减少水泥用量是减少水化热最有效的方法。具体有以下几个方面：1）骨料选用较大粒径，改善骨料级配；2）采用低流态混凝土，各种级配下不同坍落度的水泥用量应通过实验确定。实验表明，通常情况一方混凝土每增加一个级配可减少水泥用量20～40kg，每降低1cm 坍落度可减少水泥用量4～6kg；3）加合料，在混凝土中加粉煤灰等合料可减少水泥用量，减少的水化热与合料的品种和用量有关；4）加外加剂，在混凝土中添加减水剂等外加剂可改善混凝土性能，减少水化热的发生。

（2）拌合

拌合阶段温控主要目的是降低出机口温度，主要方法有骨料预冷和加冰拌合。

拌合前各种原材料的温度决定了混凝土出机口的温度，而拌合机本身所产生的热量很少，一般小型拌合楼都可以忽略。要降低出机口温度，就必须降低各种原材料的温度。在实际生产当中，一般对粗骨料和拌合用水采取降温措施，而混凝土中的水泥、外加剂所占比例不大，如果对其预冷的话，不仅效果不明显，而且会增加很多繁琐的工序，也是很不经济的。砂一般也不进行降温处理，如有特别需要的，可采用真空气化冷却等方法，但效果都不明显。

骨料预冷通常有水冷法、风冷法和真空气化冷却法，水冷法又分浸水冷却和喷水冷却。水冷法工艺简单，但是需要占用较多施工场地，且骨料含水率发生变化，给混凝土水灰比控制带来一定难度。另外由于冷却水温度一般在4～5℃，骨料冷却不能大幅度降低。风冷法一般不存在改变骨料含水率的问题，且冷却风温度可以达-5℃左右，能大幅度降低骨料温度，但是风冷法冷却时间较长，影响拌合楼生产效率。真空气化冷却法虽然冷却效果好，效率高，但是工艺复杂，所需设备多。实际当中可结合水冷、风冷法使用。

（3）运输

采用混凝土罐车运输时可对混凝土罐外壁洒水降温，平板车可设遮阳篷避免混凝土被阳光直射。皮带机等设备可设遮阳篷，或设置在通风低温廊道等部位。减少混凝土转运次数，提高各机械设备效率均可有效防止混凝土运输过程中温升过大。

（4）浇筑

浇筑过程可采取遮阳设施、喷雾等措施降低仓面小环境温度，混凝土浇筑之后及时用保温被遮盖，避免阳光直射。

（5）通水

初期通水是为了削减浇筑层水化热，一般采用6～8℃的制冷水，采用河水效果较差，通水时间10～15d，在混凝土收仓时开始通水，单根水管通水流量不小于18L/min。每日改变通水的方向，使混凝土内部温度均匀降低。

中期通水是削减混凝土内外温差的有效措施。在气温年变化的影响下，高温季节浇筑的混凝土内部热量大，适当的中期通水可减少混凝土内外温差。

后期通水的作用是使被横缝划分的混凝土柱状块在施工期强迫冷却至稳定温度(设计封拱灌浆温度)，以便使经温度和自身体积变形而张开的接缝采用水泥浆灌注密实后，恢复混凝土整体性。

各期通水冷却水管的埋设，应互相结合、优化布置。

（6）养护及表面保护

充分养护是保证混凝土强度等性能正常发展和防止干缩裂缝的重要措施。混凝土浇筑完毕后，应及时洒水养护以保持混凝土表面经常湿润。一般浇筑完毕后 12～18h 内即开始养护，养护时间视不同水泥品种和结构重要性有所区别，最少不少于14d 重要部位至少 28d。对于抗冲磨混凝土，由于水泥用量高，易发生早期失水过快的塑性裂缝或干缩裂缝，因此养护显得更为重要。据工程实践经验，在抗冲磨混凝土浇筑抹面后应立即进行养护，1d内宜采用喷雾，1d后洒水养护或用保水材料覆盖，养护期至少28d。另外，对于应用补偿收缩混凝土浇筑的部位，为保证其体积膨胀得到正常发展，也需要特别注意加强养护。

结束语

总之，在水利工程施工中，加强对混凝土在每个施工环节的温度控制，对于有效减少混凝土裂缝有着重要意义。无论是在原材料选配上、运输途中、浇筑阶段以及后期养护等任何一个环节，都可以通过一定的措施或方法来实现温度控制，这就要求施工设计人员在进行水利工程施工中，不断优化设计方案，提高施工技术水平，做好施工现场的管理与控制，加强对施工人员的管理与培训，全面控制混凝土的温度，防止水工建筑出现裂缝病害。