水工混凝土施工中温控防裂措施的研究

周贤庆

（中国水利水电第七工程局有限公司，四川 成都 611730）

水工混凝土施工中温控防裂措施的研究

周贤庆

（中国水利水电第七工程局有限公司，四川 成都 611730）

大体积混凝土有很多产生裂缝原因，但温度才是主要原因。文章结合重庆彭水水电站右岸引水系统进水塔混凝土施工的温控措施分析研究在施工中各环节的温控防裂措施，从而达到不产生和少产生裂缝的目的。

水工混凝土；温度控制；防裂措施

（一）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(或极限拉伸值)时就会产生温度裂缝。

（二）裂缝的类型、产生原因及危害

大体积混凝土发生的温度裂缝按其部位和原因主要分为：表面裂缝、深层裂缝、基础贯穿裂缝、网状裂缝、劈头缝等。

大体积混凝土产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结构形式不合理等。此外原材料不合格，模版变形，不均匀沉降等外部因素也会引起裂缝。不过混凝土最常见的还是温度裂缝。

大体积混凝土的温度裂缝虽然在技术上可以补救，但在施工当中费工、费时还耗费财力物力，处理之后还会留下薄弱环节，难以根治。所以对温度裂缝应该在设计和施工当中加强温度控制和混凝土的质量管理，防患于未然。

（三）温控防裂研究现状

在混凝土结构设计方面，充分研究边界条件、当地的气温、水温、地温分布规律，选择合理的结构形式、分缝分块，从而在结构上提高了混凝土的抗裂性能；在混凝土原材料选择与配合比设计方面，主要是通过选择低热水泥掺用优质掺合料和外加剂，从而使混凝土具有较高的抗裂能力；混凝土骨料预冷方面，主要是水冷加风冷和二次风冷两种方式。在混凝土运输、浇筑过程中的保温措施方面基本成熟，关键在于管理与落实，确保效果；混凝土初期冷却方面，冷却水管材料由金属管发展为高密度聚乙烯塑料管，塑料管虽然传热效果比金属管稍差，但易于安装，成本较低，通过延长通水时间可达到预期效果；在施工管理方面，充分利用计算机技术，对施工过程进行仿真，优化施工程序，合理安排与调整施工计划，从而达到合理、有序施工，利用低温季节浇筑基础部位混凝土，薄层、短间歇、均匀连续上升，从而有效地防止裂缝的产生。

（四）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。

重庆彭水水电站右岸引水发电系统的进水塔混凝土工程施工期间当地最高气温超过40℃，施工方在混凝土浇筑前深入分析现场实际情况，制定出合理的施工措施，施工过程中严格执行各项温控措施。最后进水塔没有出现一条温度裂缝，施工过程中的温控措施非常成功。

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。

彭水进水塔各仓面大小为400m3～1200m3，备好仓之后安排在下午4点到5点开仓，根据不同仓号高程，采用门机吊罐、泵送和溜槽等入仓手段，合理调配各项资源，各工种密切配合，一般能在次日10点之前收仓，很好得避开了中午的高温时段。

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，摻粉煤灰、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）加摻合料，在混凝土中加粉煤灰等摻合料可减少水泥用量，减少的水化热与摻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。

当采取骨料预冷后仍然不能满足要求时，可用冰屑代替一部分拌合用水，这就是加冰拌合。加冰拌合的关键是要让冰屑在拌合的过程中完全融化吸热，且拌合之后要注意混凝土保温隔热。如冰屑提前融化则减小降温效果，融化不尽则会影响混凝土质量。实际生产当中冰屑粒径一般控制在 2～3cm。冰屑在拌合过程中融化将吸收 335kJ/kg的热量，从而进一步降低混凝土的出机口温度。

（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。

彭水进水塔混凝土施工采用购买合格的预冷商品混凝土的方式，使用增设了遮阳篷的平板车或罐车运输至施工现场，其中罐车是在旋转的混凝土罐上部固定湿润的棉布来降低混凝土罐的表面温度。

（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。

彭水进水塔在高温季节施工时，采用功率达75kw，压力控制在 30～40mpa的冲毛机共两把冲毛枪对仓面喷雾，混凝土浇筑之后马上用保温被覆盖，降温效果非常明显。

（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。

根据设计要求，彭水进水塔底板需要布设冷却水管通冷却水对混凝土进行降温。分为初期通水和中期通水。初期冷却：当冷却水管全部被混凝土覆盖后开始通系统水，根据混凝土浇筑后的气温通水时间10～15d。单根水管流量18L/min。冷却时混凝土日降温幅度不超过 1℃，水流方向每天改变一次，使混凝土块体均匀冷却。中期冷却：9月初开始对5月浇筑的块体进行冷却,10月初开始对4月浇筑的块体进行冷却。中期通水采用江水或清洁的基坑水，通水时间1.5～2.5月，以混凝土块体温度达到20～22℃为准，单根水管流量达15～20L/min。

（6）养护及表面保护

混凝土表面流水养护也是降低混凝土最高温度的有效措施之一，可根据各个不同部位的现场情况制定出合理的养护措施，以达到降温的目的。

大体积混凝土产生的部分表面裂缝会发育成深层裂缝或贯穿裂缝，直接影响结构的安全，危害极大。

引起表面裂缝的成因主要是干缩和温度应力。干缩引起的表层裂缝一般较短浅，可通过及时养护预防。而气温变化、水化热、初始温差均会引起温度应力。为了解决由于气温突然变化引起的温度应力，需要对混凝土表面进行保护。

彭水进水塔在每次混凝土浇筑完成之后对水平施工缝采取洒水养护，在塔体周边布置带小孔的水管，对立面进行流水养护。冬季来临之前在塔体立面铺设保温被，以达到表面保护防裂的目的。

（五）结语

以上结合实际对混凝土的施工期温控措施作了初步探讨，虽然学术界对于混凝土裂缝的成因和计算方法有不同的理论，但对于具体的预防和改善措施意见还是比较统一，同时在实践中的应用效果也是比较好的。具体施工中要靠我们多观察、多比较，出现问题后多分析、多总结，结合多种预防处理措施，混凝土的裂缝是完全可以避免的。

TV431

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2011-01-21

周贤庆（1982－），男，四川成都人，中国水利水电第七工程局有限公司助理工程师。