水利工程大体积混凝土施工温度裂缝控制措施

摘要:温度裂缝是大体积混凝土结构常见的病害之一，对水利工程混凝土结构的耐久性和安全性有较大的危害。本文结合工程实例，主要分析了水利工程大体积混凝土温度应力产生裂缝的原因，并提出了施工过程中的温差控制技术措施，旨在避免裂缝的产生，以供借鉴。

关键词:大体积混凝土；裂缝；温度应力；控制措施

中图分类号：TU37文献标识码：A 文章编号：

随着我国社会经济的快速发展，城市基础设施步伐不断加快，特别是水利水电工程的建设，在改善生态环境和促进城乡发展方面发挥着不可代替的作用。目前许多水利工程主要由大体积混凝土浇筑而成，虽然大体积混凝土具有承载力高、结构厚实等特点，但其施工技术要求高、加上受到水泥水化热较大、干燥收缩、降温收缩等因素的影响，容易是建筑物结构产生温度变形，导致温度裂缝现象产生，若采取控制温度措施不但，则不仅会影响到水工建筑物混凝土结构的持久性和可靠性，而且也给建筑物带来一定的安全隐患。因此，建设单位人员必须清晰认识到大体积混凝土温度裂缝的危害，采取切实有效的质量控制措施，提高大体积混凝土施工质量，从而确保水工建筑物的质量安全。

1 简述

某水利工程拦河坝为碾压混凝土重力坝，河床中央布置5孔溢流坝段，每孔净宽为12m，堰顶高程为134.8m，闸孔孔口尺寸为12m×10.7m。坝顶高程为164.2m，最大坝高为84.2m，坝顶长为256.0m，其中溢流坝段长为78.0m，左岸非溢流坝段长为96.0m，右岸非溢流坝段长为82.0m。大坝碾压混凝土包括左岸挡水坝段碾压混凝土约为127424m3，变态混凝土约为7100m3，右岸挡水坝段碾压砼约为97041m3，变态混凝土约为6069m3，溢流坝段碾压砼混凝土约为57730m3，变态混凝土约为5765m3，溢流坝溢流坝段溢洪道混凝土约为99646m3。

国内一般认为大体积混凝土指的是最小断面尺寸大于1m以上的混凝土结构，其尺寸已经大到必须采用相应的技术措施妥善处理温度差值，合理解决温度应力并控制裂缝开展的混凝土结构物。日本建筑学会的定义是:“结构最小断面尺寸在80cm以上，水化热引起混凝土内的最高温度与外界气温之差，预计超过25℃的混凝土，称为大体积混凝土。”

水利枢纽工程人员对施工过程中的调查发现检测单位检测的砼内部温度最高为46.4℃，多年平均气温为19.6℃，两者温度差明显高于设计值要求的16℃，需要对大体积混凝土施工温差进行严格的控制。

大体积混凝土施工的主要技术难点是防止混凝土表面裂缝的产生。造成大体积混凝土开裂的主要原因是干燥收缩和降温收缩。处于完全自由状态下的混凝土，出现再大的均匀收缩，也不会在内部产生拉应力。当混凝土处在地基等约束条件下时，内部就会产生拉应力，当拉应力超过当时混凝土的抗拉强度时，混凝土就会开裂。混凝土降温值=温度+水化热温升值－环境温度。其中温升值的影响因素主要有水泥品种和用量、用水量、大体积混凝土的散热条件(主要包括浇筑方法、混凝土厚度、混凝土各表面的能力和其它降温措施)等。

2 温度应力产生裂缝的原因

建筑过程中的大体积混凝土中由于结构截面大，水泥用量大，水泥水化所释放的水化热会产生较大的温度变化和收缩作用，由此形成的温度应力和收缩应力是导致大体积混凝土产生裂缝的主要原因。水泥水化是个放热过程，其水化热为40～60cal/g，对于大体积混凝土来说，就存在蓄热与放热过程，混凝土绝热温升可达到30℃～50℃，与环境温度出现温差效应，持续放热时间达30～60d。研究表明，当混凝土内外温差为10℃时，产生冷缩值约0.01%，当温差达20℃～40℃时，其冷缩值则为0.02%～0.04%。混凝土内外温差大于25℃，降温速度大于1.5℃/d时，混凝土就会产生温度应力从而引起裂缝，这种裂缝分为表面裂缝和贯穿裂缝2种。这两种裂缝不同程度上，都属于有害裂缝，从控制裂缝的观点来说，表面裂缝的危害较小，而贯穿裂缝则会影响结构物的整体性、耐久性和防水性，影响到结构的正常使用。

表面裂缝主要是在混凝土浇筑初期，水泥水化所释放大量的水化热，使混凝土的温度很快上升。但由于混凝土表面散热条件较好，热量可向大气中散发，因而温度上升较少；而混凝土内部由于散热条件较差，热量散发少，因而温度上升较多，由于混凝土表面和内部的散热条件不同，温度外低内高，形成了温度梯度，产生内约束。结果混凝土内部产生压应力，面层产生拉应力，当该拉应力超过混凝土的抗拉强度时，混凝土表面就产生裂缝。

贯穿裂缝是大体积混凝土在强度发展到一定的程度，水泥水化热基本上已释放，混凝土从最高温度逐渐降温，降温的结果引起混凝土收缩，再加上由于混凝土中多余水分蒸发、碳化等引起的体积收缩变形，受到地基和结构边界条件的约束，不能自由变形，导致产生温度应力(拉应力)，当该温度应力超过混凝土抗拉强度时，则从约束面开始向上开裂形成温度裂缝。如果该温度应力足够大，严重时可能产生贯穿整个截面的裂缝，缝宽受温度变化影响较明显，冬季较宽，夏季较细。

另外冬季施工的混凝土结构，混凝土早期如没采取保温措施而遭受冻结，将表层混凝土冻胀，解冻后，钢筋部位变形仍不能恢复，从而出现裂缝、剥落。

3 施工温差控制技术措施

3.1 夏季高温季节施工

根据施工图纸所示的大坝分缝、分块尺寸、混凝土允许最高温差及有关温度控制要求，编制详细的温度控制措施，作为专项技术文件列入混凝土施工措施计划，同时报监理人审批。

1)混凝土配合比优化措施

采用低热水泥，使混凝土具有较低的混凝土绝对温升；采用高掺粉煤灰，在满足混凝土的强度的前提下，尽可能提高粉煤灰掺量以减少混凝土绝对温升。根据温度变化情况调高效减水缓凝剂的掺量，延长混凝土初凝时间，使混凝土的凝结时间能满足仓面的施工要求。

2)实施动态控制混凝土VC值，气温高，适当减小机口混凝土VC值；仓内混凝土及时平仓碾压，碾压后立即覆盖遮阳保湿。

3)降低原材料温度的措施

各种骨料堆高6m以上，骨料堆存一定时间后取用；各种原材料料仓与皮带机均搭设凉棚及喷雾设施。

4)降低混凝土的水化热温升

水泥应选用水化热低的水泥，同时在满足施工图纸要求的混凝土强度、耐久性和和易性的前提下，改善混凝土骨料级配，加优质的掺和料和外加剂以适当减少单位水泥用量。为利于混凝土浇筑块的散热，基础和老混凝土约束部位浇筑层高一般为1～2m。在高温季节，有条件部位可采用表面流水冷却的方法进行散热。

5)混凝土运输控制措施

运输车辆采取隔热遮阳措施，缩短混凝土暴晒时间，减少混凝土在运输过程温度回升与VC值的损失。

6)仓面施工控制措施

喷雾降温、保湿是高温季节施工质量重要保证措施之一。仓面安设4台喷雾机，同时在上下游模板边各设1排简易喷雾设施，对摊铺的混凝土表面不断喷雾，并对喷雾器工作范围以外的混凝土，采取喷水头的方法及时补充润湿。采用喷雾机喷雾形成仓面小气候，对混凝土表面进行降温保湿；仓面混凝土覆盖隔热，并将混凝土浇筑尽量安排在早晚和夜间施工。

7)合理组织，加快施工进度，施工仓面摊铺和碾压紧密衔接，快铺快碾，确保混凝土从拌和至碾压在2h内完成。

8)高温季节施工时，应控制RCC摊铺面积，确保混凝土在初凝前覆盖。

9)加强混凝土的养护工作。混凝土终凝后即开始混凝土养护至下一仓混凝土开始浇筑，对上下游坝面安装一定的自流水源，使其表面保持湿润。

10)碾压混凝土施工在日平均气温3℃～25℃情况下进行。当日平均气温高于25℃时，采取防高温和防日晒措施；日平均气温低于3℃时，采取保温措施。

11)对高温时段浇筑的坝体约束区混凝土采用埋设冷却水管通过水冷却，混凝土浇筑完成终凝后，通河水冷却，冷却水流量为20L/min，通水时间为20d。

3.2 冬季低温季节施工

冬季施工气温低于7℃时，采用温水拌合以提高混凝土的出机温度，运输车辆采用保温措施减少途中温度损失，施工仓面摊铺和碾压紧密衔接，快铺快碾，并覆盖保温，3℃以下停止浇筑。砼外露面和层间结合面安装铺设聚乙烯泡沫塑料保温被，上游面和闸墩安装2cm厚保温被，下游面安装1cm厚保温被。

3.3 效果检查

根据工程检测单位对砼内部温度的检测数据进行了核对与统计，由图2中数据可以看到，在通过控制仓面浇筑温度、砼养护及内部降温措施和砼外露面采取保温措施均有效的降低砼内外温差，使得砼内部温度变化曲线平缓降低，达到控制砼内外温度差减少裂缝产生的效果。

图2 碾压砼内部温度值过程线(坝横:0+81.9坝纵:0+22高程:129m)

4 结语

综上所述，大体积混凝土温度裂缝具有较大的危害性，若不进行有效的处理，就会影响到建筑物的质量安全。因此，施工人员应结合建筑工程特点，通过分析大体积混凝土温度裂缝产生的原因，制定出一系列强有力的质量控制措施，同时还应掌握大体积混凝土施工工艺，加强施工过程中的质量监控，从而提高混凝土施工质量，最大限度避免温度裂缝的产生。

参考文献

[1] 曹滨.大体积混凝土温度裂缝控制及常见病害处理[J].中国科技博览.2012年第37期

[2] 钟日阳,大体积混凝土基础施工温差裂缝控制的方法探讨[J].城市建设理论研究.2012年第05期