淺談大壩大體積混凝土溫控技術

唐連華

（廣西水電工程局，廣西 南寧 530001）

1 引言

隨著我國水利水電事業的發展，越來越多的水利工程的規模逐漸擴大，混凝土大壩體積也越來越大，而隨著混凝土體積的增大，很多水利大壩都出現了不同程度、不同形式的裂縫，這是一個相當普遍的現象。它是長期困擾著建筑工程技術人員的技術難題。為此，需要有必要開展面向大壩大體積混凝土工程的溫度裂縫控制與防范技術研究。

文章主要結合大壩大體積混凝土的施工工藝與特點，對大體積混凝土工程中的裂縫成因及其防范措施進行分析研究，以期從中能夠發現有小可靠的混凝土工程溫控技術與應用措施，并以此和廣大同行分享。

2 大體積混凝土裂縫成因概述

大體積混凝土內出現的裂縫，按其深度不同，可分為貫穿裂縫、深層裂縫及表層裂縫3種。貫穿裂縫切斷了結構斷面，可能破壞結構的整體性和穩定性，其危害性是較嚴重的；深層裂縫是部分切斷了結構斷面，也有一定的危害性；表層裂縫一般危害性較小，但處于基礎或老混凝土約束范圍內的表層裂縫，在內部混凝土降溫過程中可能發展為貫穿裂縫。

溫度裂縫是由溫度變化在不同的約束條件下，致使微觀裂縫擴展形成宏觀裂縫。一般來說，表面裂縫如果較淺、沒有發展到結構中的鋼筋表面且隨溫度變化不再發展，通常不影響工程質量，但絕大多數是有害裂縫。

水泥水化熱是大體積混凝土中主要溫度因素。混凝土在硬結過程中，由于水泥的水化作用，在初始幾天產生大量的水化熱，混凝土溫度升高。由于混凝土導熱不良，體積較大，相對散熱較小，因此形成熱量的積聚。內部水化熱不易散失，外部混凝土散熱較快，水化熱溫升隨壁（板）厚度增加而加大，混凝土形成一定的溫度梯度。無論溫升階段還是溫降階段，混凝土中心溫度總是高于混凝土表面溫度。根據熱脹冷縮的原理，中心部分混凝土膨脹速率要比表面混凝土大。因此，混凝土中心與表面各質點間的內約束以及來自地基及其他外部邊界約束的共同作用，使混凝土內部產生壓應力，混凝土表面產生拉應力。當溫度梯度大到一定程度時，表面拉應力超過混凝土的極限抗拉強度時，混凝土表面產生裂縫。在升溫階段，混凝土未充分硬化，彈性模量小，因此拉應力較小，只引起混凝土表面裂縫。

大體積混凝土在施工階段，外界氣溫的變化影響是顯而易見的。因為外界氣溫愈高，混凝土的澆筑溫度也愈高，而如果外界溫度下降，又增加混凝土的降溫幅度，特別是氣溫驟降，會大大增加外界混凝土與內部混凝土的溫度梯度，這對大體積混凝土是極為不利的。

3 大壩大體積混凝土溫控技術應用探討

3.1 設計溫控預防措施應用

3.1.1 設置后澆帶

在現澆整體式鋼筋混凝土結構中，只在施工期間保留的臨時性施工縫，稱為“后澆帶”。該“后澆帶”根據具體條件，保留一定時間后，在進行填充封閉，后澆成連續整體的無伸縮縫結構。因為這種縫只在施工期間存在，所以是一種特殊的施工縫。但是，又因為它的目的是取消結構中的永久性變形縫，與結構的溫度收縮應力和差異沉降有關，所以它又是一種設計中的伸縮縫和沉降縫，一種臨時性的變形縫。它既是施工措施，又是設計手段。

3.1.2 合理配置鋼筋

在常溫和允許應力狀態下，鋼筋的性能是比較穩定的，其與混凝土的熱膨脹系數相差不大，因而在溫度變化時，鋼筋與混凝土之間的內應力很小，而鋼筋的彈性模量比混凝土的彈性模量大6～16倍。當混凝土的強度達到極限強度、變形達到極限拉伸值時，應力開始轉移到鋼筋上，從而可以避免裂縫的開展。

3.2 施工溫控應用措施

3.2.1 控制混凝土的澆筑溫度

混凝土從攪拌機出料后，經攪拌車或其他工具運輸、卸料、澆筑、平倉、振搗等工序后的混凝土溫度稱為混凝土澆筑溫度。在有條件的情況下，混凝土的澆筑溫度越低，對于降低混凝土內外溫差越有利。關于混凝土澆筑溫度的控制，各國都有明確的規定。如美國在ACI施工手冊中規定不超過32 ℃；日本土木學會施工規程中規定不得超過 30 ℃；日本建筑學會鋼筋混凝土施工規程中規定不得超過 35 ℃；我國有些規范中提出不得超過25 ℃，否則必須采取特殊技術措施。如采用水管冷卻。在混凝土內埋設水管，通低溫水以降低混凝土溫度；盡量利用低溫季節澆筑基礎部分混凝土。

3.2.2 控制混凝土澆筑溫度

為了有效降低大體積混凝土的內外溫差，在大體積混凝土施工過程中常采用分塊澆筑。分塊澆筑又可分為分層澆筑和分段跳倉澆筑法兩種。分層澆筑法目前有全面分層法、分段分層法、斜面分層法3種澆筑方案。在時間允許的條件下，可將大體積混凝土結構采用分層多次澆筑，施工層之間的結合按施工縫處理，即薄層澆筑技術，它可以使混凝土內部的水化熱得以充分地散發，但這里應該注意的是分層澆筑的間歇時間。若間歇時間過長，則會延長施工工期，另一方面也會使原混凝土對新澆層混凝土產生較大的約束，從而在上下層混凝土結合面產生難以發現的垂直裂縫。若間歇時間過短，則正處于下層混凝土升溫階段，表面溫度較高，這時覆蓋上層混凝土，就會明顯地不利于下層混凝土的散熱，同時也容易導致上層混凝土升溫，就有可能超過混凝土要求的最高溫升，從而加大混凝土產生裂縫的可能性。因此，選擇上層混凝土覆蓋的適宜時間應是在下層混凝土溫度已降到一定值時，即上層混凝土溫升倒加到下層后，下層混凝土溫度回升值不大于原混凝土最高溫升。如果混凝土結構厚度較大，工期又緊張，則這樣的薄層澆筑技術雖然可行但不易實現，而且存在施工縫。

3.3 養護溫控應用措施

在每次混凝土澆筑完畢后，應及時按溫控技術措施的要求進行保溫養護，并應符合下列規定：①保溫養護措施，應使混凝土澆筑塊體的內外溫差及降溫速度滿足溫控指標的要求，控制降溫速度，使之小于 1.5 ℃/d；②保溫養護的持續時間，應根據溫度應力（包括混凝土收縮產生的應力）加以控制、確定，但不得少于15 d。保溫覆蓋層的拆除應分層逐步進行；③保溫養護過程中，應保持混凝土表面的濕潤。保溫養護是大體積混凝土施工的關鍵環節。保溫養護的目的主要是降低大體積混凝土澆筑塊體的內外溫差以降低混凝土塊體的溫度應力，其次是降低大體積混凝土澆筑塊體的降溫速度，充分利用混凝土的抗拉強度，以提高混凝土塊體承受溫度應力時的抗裂能力，達到防止或控制溫度裂縫的目的。同時，在養護過程中保持良好濕度和防風條件，使混凝土在良好的環境下養護，施工人員應根據事先確定的溫控指標的要求，來確定大體積混凝土澆筑后的養護措施。

4 結束語

大體積混凝土溫度裂縫的控制是關系到結構能否滿足正常使用要求的重要研究課題。幾十年來，國內外學者對大體積混凝土溫度裂縫的起因、裂縫產生的機理、裂縫計算方法及裂縫控制措施等問題開展了大量的試驗、調查及研究工作，尤其是應用在水利水電工程方面，大壩建設中的溫度裂縫會對大壩質量及可靠性產生致命的影響，為此必須要加強大壩大體積混凝土溫度裂縫的控制與研究。文章對大壩大體積混凝土溫度裂縫控制措施進行了探討分析，對于進一步提高大體積混凝土溫度裂縫的控制防范措施應用具有較好的指導借鑒意義。

1 徐榮年、徐欣磊.工程結構裂縫控制［M］.北京：中國建筑工業出版社，2005