混凝土溫度裂縫控制技術

馮秀明

摘要：大體積混凝土澆筑過程中，由于混凝土水化熱不能很快散失，在環境溫度影響下塊體內溫度隨時間不斷變化，熱脹冷縮的變化過程將在塊體約束條件下產生溫度應力，當其應力超過混凝土應力極限時，混凝土就會產生裂縫，從而影響壩體安全。所以，研究混凝土內部溫度，使壩體裂縫得到很好控制意義重大。

[關鍵詞] 溫度裂縫 控制

中圖分類號： TU37文獻標識碼： A

概況

薛城水電站位于阿壩藏族羌族自治州理縣境內的雜谷腦河上，工程樞紐由首部樞紐、引水隧洞、調壓井、壓力管道和地面廠房等建筑物組成，該工程為單一發電工程，無其它綜合利用要求。首部樞紐建筑物從右至左依次為取水口、一孔排污閘、一孔沖沙閘、三孔泄洪閘、左岸擋水壩，總長約192.27 m。其中最大閘高27.0m，閘室長30.0m。左岸擋水壩為混凝土重力壩，最大壩高27.5m，壩頂高程1711.0m，壩段長77.12m。其中混凝土澆筑方量累計達11萬方。

雜谷腦河流域地處盆地西緣山地，西接青藏高原東緣，為四川盆地到高原的過渡地帶，屬川西高原氣候區，具有山地季風氣候的特點，冬季寒冷干燥、晴朗少雨，日照強烈，氣溫日較差大。夏季濕潤，雨季明顯，并有大風、伏旱等災害。

2.混凝土裂縫產生的原因

由于混凝土屬于脆性不均質體，其抗拉強度僅為抗壓強度的1/10～1/20，抵抗溫度拉應力的能力很低，當塊體變化產生拉應力（或拉伸應變）大于其混凝土抗拉強度（或極限拉伸值）就會發生裂縫。

3.閘室混凝土裂縫預防措施

依據閘室混凝土強度較高，體積較大的結構特點，分析閘室混凝土裂縫產生原因主要有以下幾點：①內外溫差過大而產生裂縫；②閘墩體型屬窄長型，閘室底板混凝土對墩墻混凝土的約束而生產裂縫；③水灰比過大或粉煤灰摻量過大產生干縮裂縫；④低溫季節混凝土施工產生的裂縫。針對以上裂縫產生的特點及施工地區的氣候特點，并結合閘室混凝土施工的實際情況采取以下防裂措施：

3.1在澆筑閘室底板混凝土的同時，澆筑1m高墩墻，以減少先澆筑的底板混凝土對后澆的墩墻混凝土產生約束裂縫。

3.2減少水泥用量，降低水化熱；在不同部位埋設VWS型振弦式應變計，觀測混凝土內部溫度變化情況，防止溫度裂縫的發生。

3.3實驗出良好工作性及便于冬期施工的混凝土配合比；摻入適量的粉煤灰和高效減水劑，增強混凝土和易性以避免干縮裂縫產生。

3.4低溫季節澆筑混凝土時，對正在澆筑的混凝土和澆筑后齡期7d以內的混凝土，模板外用棉被覆蓋，必要時搭設保溫棚，防止混凝土產生凍裂；對于齡期超過7d的新澆混凝土，表面采用塑料薄膜和2cm厚的泡沫塑料兩層覆蓋，防止在溫度驟降時，內外溫差過大而產生裂縫。

4.壩體大體積混凝土裂縫預防措施

4.1產生裂縫的主要原因1.水泥水化熱??水泥在水化過程中要釋放出一定的熱量，而大體積混凝土結構斷面較厚，表面系數相對較小，所以水泥發生的熱量聚集在結構內部不易散失。這樣混凝土內部的水化熱無法及時散發出去，以至于越積越高，使內外溫差增大。單位時間混凝土釋放的水泥水化熱，與混凝土單位體積中水泥用量和水泥品種有關，并隨混凝土的齡期而增長。由于混凝土結構表面可以自然散熱，實際上內部的最高溫度，多數發生在澆筑后的最初3～5天。

2.外界氣溫變化? 大體積混凝土在施工階段，它的澆筑溫度隨著外界氣溫變化而變化。特別是氣溫驟降，會大大增加內外層混凝土溫差。應采取溫度控制措施，防止混凝土內外溫差引起的溫度應力。

3.混凝土的收縮??混凝土收縮的主要原因是內部水蒸發引起混凝土收縮。干濕交替會引起混凝土體積的交替變化，這對混凝土是很不利的。4.2澆筑前的準備工作??影響混凝土收縮，主要是水泥品種、混凝土配合比、外加劑和摻合料的品種以及施工工藝(特別是養護條件)等。1.材料選擇(1)水泥：考慮普通水泥水化熱較高，特別是應用到大體積混凝土中，大量水泥水化熱不易散發，在混凝土內部溫度過高，與混凝土表面產生較大的溫度差，便混凝土內部產生壓應力，表面產生拉應力。因此確定采用水化熱較低的礦渣硅酸鹽水泥，標號為525號，通過摻加合適的外加劑以改善混凝土的性能，提高其抗滲能力。??(2)粗骨料：采用碎石，粒徑5～25毫米，含泥量不大于1%。選用粒徑較大、級配良好的石子配制的混凝土，和易性較好，抗壓強度較高，同時可以減少用水量及水泥用量，從而使水泥水化熱減少，降低混凝土溫升。??(3)細骨料：采用中砂，平均粒徑大于0.5毫米，含泥量不大于5%。選用平均粒徑較大的中、粗砂拌制的混凝土比采用細砂拌制的混凝土可減少用水量10%左右，同時相應減少水泥用量，使水泥水化熱減少，降低混凝土溫升，并可減少混凝土收縮。??(4)粉煤灰：由于混凝土的澆筑方式為泵送，為了改善混凝土的和易性便于泵送，考慮摻加適量的粉煤灰。粉煤灰的摻量控制在10以內。??(5)外加劑：每立方米混凝土2公斤減水劑可降低水化熱峰值，對混凝土收縮有補償功能，可提高混凝土的抗裂性。2.混凝土配合比(1)混凝土采用攪拌站供應的商品混凝土，要求混凝土攪拌站提前做好混凝土試配。(2)混凝土配合比應提高試配確定。按照國家現行《混凝土結構工程施工及驗收規范》、《普通混凝土配合比設計規程》及《粉煤灰混凝土應用技術規范》中的有關技術要求進行設計。(3)粉煤灰采用外摻法時僅在砂料中扣除同體積的砂量。另外應考慮到水泥的供應情況，以滿足施工的要求。4.3澆筑時采取的措施澆筑方案，除應滿足每一處混凝土在初凝以前就被上一層新混凝土覆蓋并搗實完畢外，還應考慮結構大小、鋼筋疏密、預埋管道和地腳螺栓的留設、混凝土供應情況以及水化熱等因素的影響，常用方法有以下幾種：1.全面分層。即在第一層全面澆筑全部澆筑完畢后，再回頭澆筑第二層，此時應使第一層混凝土還未初凝，如此逐層連續澆筑，直至完工為止。采用這種方案，適用于結構平面尺寸一般不宜太大，施工時從短邊開始，沿長邊推進比較合適。必要時可分成兩段，從中間向兩端或從兩端向中間同時進行澆筑。2.分段分層。混凝土澆筑時，先從底層開始，澆筑至一定距離后澆筑第二層，如此依次向前澆筑其他各層。由于總的層數較多，所以澆筑到頂后，第一層末端的混凝土還未初凝，又可以從第二段依次分層澆筑。這種方案適用于單位時間內要求供應的混凝土較少，結構物厚度不太大而面積或長度較大的工程。3.斜面分層。要求斜面的坡度不大于1/3，適用于結構的長度超過厚度3倍的情況。混凝土從澆筑層下端開始，逐漸上移。

4.4養護階段注意事項 大體積混凝土養護時要注意溫度控制。不僅要滿足強度增長的需要，還應通過人工的溫度控制，防止因溫度變形引起混凝土的開裂。??1.混凝土的中心溫度與表面溫度之間、混凝土表面溫度與室外最低氣溫之間的差值均應小于20℃；當結構混凝土具有足夠的抗裂能力時，不大于25℃～30℃。??2.混凝土拆模時，混凝土的溫差不超過20℃。其溫差應包括表面溫度、中心溫度和外界氣溫之間的溫差。??3.采用內部降溫法來降低混凝土內外溫差。??4.保溫法是在結構物外露的混凝土表面以及模板外側覆蓋保溫材料，在緩慢的散熱過程中，使混凝土獲得必要的強度，以控制混凝土的內外溫差小于20℃。??5.混凝土表層布設抗裂鋼筋網片，防止混凝土收縮時產生干裂。

結論

到目前為止，混凝土已經澆筑完畢，從現場效果來看，沒有發現肉眼可見的裂縫，而且根據計算分析，今后一般也不會出現裂縫。

對閘壩混凝土裂縫防裂有幾點成功經驗：優化混凝土配合比；摻加一定量的粉煤灰；減少水泥用量；摻減水劑和防裂劑；底板和一定高度的墩墻一起澆筑；加強早期混凝土的表面保溫。