水工混凝土温控防裂措施研究

尚衍绍　高　武

摘要：本文通过水工混凝土的特点，说明水工混凝土裂缝的类型、产生原因及危害，从材料方面，结构方面，施工方面，综合管理方面提出混凝土温度防裂措施。

关键词：水工混凝土 温控防裂措施 研究

1 水工混凝土的特点

无论何种混凝土坝型，就其尺寸和体积来说，都是大体积混凝土。大体积混凝土由于水泥水化过程中产生的大量水化热不易散发，浇筑后初期，混凝土内部温度急剧上升引起混凝土膨胀变形。此时的混凝土弹性模量还很小，因而在升温过程中由于基础约束馄凝土膨胀变形而产生的压应力很小。但随着混凝土龄期的增长，水化作用逐渐减弱，水化热逐渐减少，同时混凝土的强度和弹性模量逐渐增大。而此时混凝土的温度逐渐降低，混凝土发生收缩变形时又受到基础的约束，收缩变形就会产生相当大的拉应力。在分析计算混凝土块体温度应力时，由于升温阶段的压力很小，往往可以忽略不计。因此大体积混凝土一方面后期降温的拉应力很大，另一方面混凝土是抗拉强度仅为抗压强度一的脆性不均匀体，因而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或极限拉伸值时就会产生温度裂缝。

2 裂缝的类型、产生原因及危害

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。不过混凝土最常见的裂缝，主要还是温度裂缝。混凝土坝的温度裂缝，按其发生的部位和深度，原因即性质主要分为以下几种。

2.1 表面裂缝 表面裂缝是大体积混凝土最常见的裂缝，分为竖向活水平向，即位于浇筑面顶层或水平施工缝上，其长度或深度一般较小，为贯穿整个仓面或浇筑层。表面裂缝多发生在大坝施工过程中，多为气温骤降作用引起，以混凝土龄期最容易出现。表面裂缝危害一般较小，但也视发生的部位和坝体内温度状态而定。如果位于基础约束区及上游面等敏感部位，且坝体内温度较高，需作适当处理，以防止其继续发展和恶化成为基础贯穿或深层裂缝。

2.2 基础贯穿裂缝 基础贯穿裂缝发生于坝块基础部位，裂缝宽度较大，深度穿过一个甚至几个浇筑层。这类裂缝一般发生于坝块后期的整个降温过程中，或长间歇的基础约束区混凝土受气温骤降及内部降温的联合作用引起。裂缝宽度为上大下小。基础贯穿裂缝危害性最大，影响坝体的整体性与安全。因为这种裂缝一旦发生在坝体的横断面上，就会把坝体分割成独立的块体，坝的整体性即遭到破坏，使坝体应力将发生变化并重新分布，特别是反应在上游坝踵处，将出现较大的拉应力，影响坝的稳定，直接危害坝的安全。如果这种缝发生在坝的纵断面上，当其与迎水面相通时，还会引起严重的漏水。因此，防止基础贯穿裂缝是大体积混凝土温控的主要目标。坝体一旦发生此类裂缝，必须查清原因，认真处理，消除影响并防止其继续发展。

2.3 深层裂缝 它仅限于坝块表层，但其深度及长度较大，贯穿了整个仓面及浇筑层。由于其位于坝块表层，又是从表面开裂发展而成，也叫做表面深层裂缝。此类裂缝发生于大坝施工过程中，多为长时间间歇顶面受气温骤降作用，或长期暴露受内外温差和气温骤降联合作用引起此外，还可由浇筑层底部不平整成台阶状引起。这种裂缝施工现场中比较常见，要根据发生的部位和裂缝危害性，坝体内温度状态和边界条件，作妥善处理，防止其继续发展形成基础贯穿裂缝。

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。网状裂缝主要由于块体表面混凝土干缩引起，本身危害不大，但当混凝土干缩与降温收缩相叠加时，就会产生危害性较大的裂缝[1]。

3 混凝土温度控制及防裂措施

3.1 材料方面

3.1.1 提高混凝土抗裂能力

混凝土配合比设计和混凝土施工应保证混凝土设计所必需的极限拉伸值或抗拉强度、施工均制性指标和强度保证率，有条件时还要优先选用热膨胀系数较低的砂石料。由于温控防裂设计的安全储备远小于结构设计，而且实际施工中混凝土施工均制性有时较差，所以在施工过程中，除满足前述设计要求的混凝土抗裂能力外，还应改进混凝土施工管理和施工工艺，改善混凝土性能，提高混凝土抗裂能力。

3.1.2 控制混凝土水化热 控制混凝土水泥水化热主要通过采用发热量低的中热硅酸盐水泥或低热矿渣硅酸盐水泥，选择较优骨料级配和掺粉煤灰、外加剂，以减少水泥用量和延缓水化热发散速率等措施。

3.1.3 控制混凝土自身体积变形 采用微膨胀混凝土能补偿部分混凝土温降引起的收缩变形，与此相反，混凝土自身体积变形为收缩者将增大混凝土出现裂缝的可能性。目前控制混凝土自身体积变形使其具有一定膨胀性，主要可以采用以下措施低热微膨胀水泥混凝土[2]。

3.2 结构方面

3.2.1 选择合理的结构型式 实践经验证明，现有的混凝土结构裂缝，绝大多数与温度应力有关，结构型式选择恰当，就可能减少温度应力，从而减少裂缝。在寒冷地区修建薄拱坝和支墩坝，由于厚度较小，受外界气温的影响较大，容易产生温度裂缝，对于防止裂缝是不利的。

3.2.2 适当分缝分块 根据坝址气候条件、坝体结构特点、施工机械及施工温控水平，并考虑温控措施合理配套，对大坝进行合理分缝分块，在混凝土结构内设置一系列纵横缝。根据目前己有的经验，横缝间距以巧为宜。纵缝是平行于坝轴线的接缝，有直缝、斜缝和错缝等几种型式。实际经验表明，错缝在坝体降温过程中容易被拉开，一般不宜采用。

3.2.3 配置钢筋 大体积混凝土的裂缝，主要由温度应力和干缩应力产生。由于钢筋不会干缩，钢筋的存在会阻止混凝土的干缩变形，使混凝土内干缩应力增加，所以不能用钢筋来防止干缩裂缝。在坝块常温和允许应力范围内，当混凝土达到极限变形时，混凝土内钢筋的应力仅约为。因此要配置大量的钢筋方可防止温度裂缝，这在经济上显然是不能接受的，但配筋确实是可以限裂的。例如在预计要长期暴露的混凝土层面或过水度汛的混凝土面，在其表面配置适当数量的钢筋网，可以防止贯穿性或深层裂缝的产生。也有一些混凝土坝为加强上游面的抗裂能力，在上游面设置钢筋网[3]。

3.3 施工方面

3.3.1 合理安排混凝土施工程序和施工进度 合理安排混凝土施工程序和施工进度是防止基础贯穿裂缝，减少表面裂缝的主要措施之一。施工程序和施工进度安排，应满足如下几点要求基础约束区混凝土在设计规定的间歇期内连续均匀上升不应出现薄层长间歇。基础强约束区混凝土应在低温季节浇筑施工。其余部分基本做到短间歇连续均匀上升。相邻块、相邻坝段高差符合规范允许高差要求。

3.3.2 控制坝体最高温度 应采取必要温控措施，使坝体实际出现的最高温度不超过坝体设计允许最高温度。控制坝体实际最高温度的有效措施是降低混凝土浇筑温度、控制混凝土水泥水化热温升。

3.4 综合管理方面 温控防裂工作是一项复杂的系统工程，除了从配合比设计、拌和、浇筑、冷却通水、养护外露面保温几个环节做好工作外，合理安排仓位、科学配置资源、加快入仓速度及加强仓面保护等对混凝土温控也有重要作用。

参考文献：

[1]赵代深.混凝土重力坝的温度应力[J].土木工程学报.1993年8月.

[2]李承木.约束混凝土的温度防裂性试验研究[J].四川水力发电.1993年8月.

[3]王笃学.温度对混凝土的影响[J].四川建筑学报.1997年1月.