混凝土温度裂缝控制技术

冯秀明

摘要：大体积混凝土浇筑过程中，由于混凝土水化热不能很快散失，在环境温度影响下块体内温度随时间不断变化，热胀冷缩的变化过程将在块体约束条件下产生温度应力，当其应力超过混凝土应力极限时，混凝土就会产生裂缝，从而影响坝体安全。所以，研究混凝土内部温度，使坝体裂缝得到很好控制意义重大。

[关键词] 温度裂缝 控制

中图分类号： TU37文献标识码： A

概况

薛城水电站位于阿坝藏族羌族自治州理县境内的杂谷脑河上，工程枢纽由首部枢纽、引水隧洞、调压井、压力管道和地面厂房等建筑物组成，该工程为单一发电工程，无其它综合利用要求。首部枢纽建筑物从右至左依次为取水口、一孔排污闸、一孔冲沙闸、三孔泄洪闸、左岸挡水坝，总长约192.27 m。其中最大闸高27.0m，闸室长30.0m。左岸挡水坝为混凝土重力坝，最大坝高27.5m，坝顶高程1711.0m，坝段长77.12m。其中混凝土浇筑方量累计达11万方。

杂谷脑河流域地处盆地西缘山地，西接青藏高原东缘，为四川盆地到高原的过渡地带，属川西高原气候区，具有山地季风气候的特点，冬季寒冷干燥、晴朗少雨，日照强烈，气温日较差大。夏季湿润，雨季明显，并有大风、伏旱等灾害。

2.混凝土裂缝产生的原因

由于混凝土属于脆性不均质体，其抗拉强度仅为抗压强度的1/10～1/20，抵抗温度拉应力的能力很低，当块体变化产生拉应力（或拉伸应变）大于其混凝土抗拉强度（或极限拉伸值）就会发生裂缝。

3.闸室混凝土裂缝预防措施

依据闸室混凝土强度较高，体积较大的结构特点，分析闸室混凝土裂缝产生原因主要有以下几点：①内外温差过大而产生裂缝；②闸墩体型属窄长型，闸室底板混凝土对墩墙混凝土的约束而生产裂缝；③水灰比过大或粉煤灰掺量过大产生干缩裂缝；④低温季节混凝土施工产生的裂缝。针对以上裂缝产生的特点及施工地区的气候特点，并结合闸室混凝土施工的实际情况采取以下防裂措施：

3.1在浇筑闸室底板混凝土的同时，浇筑1m高墩墙，以减少先浇筑的底板混凝土对后浇的墩墙混凝土产生约束裂缝。

3.2减少水泥用量，降低水化热；在不同部位埋设VWS型振弦式应变计，观测混凝土内部温度变化情况，防止温度裂缝的发生。

3.3实验出良好工作性及便于冬期施工的混凝土配合比；掺入适量的粉煤灰和高效减水剂，增强混凝土和易性以避免干缩裂缝产生。

3.4低温季节浇筑混凝土时，对正在浇筑的混凝土和浇筑后龄期7d以内的混凝土，模板外用棉被覆盖，必要时搭设保温棚，防止混凝土产生冻裂；对于龄期超过7d的新浇混凝土，表面采用塑料薄膜和2cm厚的泡沫塑料两层覆盖，防止在温度骤降时，内外温差过大而产生裂缝。

4.坝体大体积混凝土裂缝预防措施

4.1产生裂缝的主要原因1.水泥水化热  水泥在水化过程中要释放出一定的热量，而大体积混凝土结构断面较厚，表面系数相对较小，所以水泥发生的热量聚集在结构内部不易散失。这样混凝土内部的水化热无法及时散发出去，以至于越积越高，使内外温差增大。单位时间混凝土释放的水泥水化热，与混凝土单位体积中水泥用量和水泥品种有关，并随混凝土的龄期而增长。由于混凝土结构表面可以自然散热，实际上内部的最高温度，多数发生在浇筑后的最初3～5天。

2.外界气温变化  大体积混凝土在施工阶段，它的浇筑温度随着外界气温变化而变化。特别是气温骤降，会大大增加内外层混凝土温差。应采取温度控制措施，防止混凝土内外温差引起的温度应力。

3.混凝土的收缩  混凝土收缩的主要原因是内部水蒸发引起混凝土收缩。干湿交替会引起混凝土体积的交替变化，这对混凝土是很不利的。4.2浇筑前的准备工作  影响混凝土收缩，主要是水泥品种、混凝土配合比、外加剂和掺合料的品种以及施工工艺(特别是养护条件)等。1.材料选择(1)水泥：考虑普通水泥水化热较高，特别是应用到大体积混凝土中，大量水泥水化热不易散发，在混凝土内部温度过高，与混凝土表面产生较大的温度差，便混凝土内部产生压应力，表面产生拉应力。因此确定采用水化热较低的矿渣硅酸盐水泥，标号为525号，通过掺加合适的外加剂以改善混凝土的性能，提高其抗渗能力。  (2)粗骨料：采用碎石，粒径5～25毫米，含泥量不大于1%。选用粒径较大、级配良好的石子配制的混凝土，和易性较好，抗压强度较高，同时可以减少用水量及水泥用量，从而使水泥水化热减少，降低混凝土温升。  (3)细骨料：采用中砂，平均粒径大于0.5毫米，含泥量不大于5%。选用平均粒径较大的中、粗砂拌制的混凝土比采用细砂拌制的混凝土可减少用水量10%左右，同时相应减少水泥用量，使水泥水化热减少，降低混凝土温升，并可减少混凝土收缩。  (4)粉煤灰：由于混凝土的浇筑方式为泵送，为了改善混凝土的和易性便于泵送，考虑掺加适量的粉煤灰。粉煤灰的掺量控制在10以内。  (5)外加剂：每立方米混凝土2公斤减水剂可降低水化热峰值，对混凝土收缩有补偿功能，可提高混凝土的抗裂性。2.混凝土配合比(1)混凝土采用搅拌站供应的商品混凝土，要求混凝土搅拌站提前做好混凝土试配。(2)混凝土配合比应提高试配确定。按照国家现行《混凝土结构工程施工及验收规范》、《普通混凝土配合比设计规程》及《粉煤灰混凝土应用技术规范》中的有关技术要求进行设计。(3)粉煤灰采用外掺法时仅在砂料中扣除同体积的砂量。另外应考虑到水泥的供应情况，以满足施工的要求。4.3浇筑时采取的措施浇筑方案，除应满足每一处混凝土在初凝以前就被上一层新混凝土覆盖并捣实完毕外，还应考虑结构大小、钢筋疏密、预埋管道和地脚螺栓的留设、混凝土供应情况以及水化热等因素的影响，常用方法有以下几种：1.全面分层。即在第一层全面浇筑全部浇筑完毕后，再回头浇筑第二层，此时应使第一层混凝土还未初凝，如此逐层连续浇筑，直至完工为止。采用这种方案，适用于结构平面尺寸一般不宜太大，施工时从短边开始，沿长边推进比较合适。必要时可分成两段，从中间向两端或从两端向中间同时进行浇筑。2.分段分层。混凝土浇筑时，先从底层开始，浇筑至一定距离后浇筑第二层，如此依次向前浇筑其他各层。由于总的层数较多，所以浇筑到顶后，第一层末端的混凝土还未初凝，又可以从第二段依次分层浇筑。这种方案适用于单位时间内要求供应的混凝土较少，结构物厚度不太大而面积或长度较大的工程。3.斜面分层。要求斜面的坡度不大于1/3，适用于结构的长度超过厚度3倍的情况。混凝土从浇筑层下端开始，逐渐上移。

4.4养护阶段注意事项 大体积混凝土养护时要注意温度控制。不仅要满足强度增长的需要，还应通过人工的温度控制，防止因温度变形引起混凝土的开裂。  1.混凝土的中心溫度与表面温度之间、混凝土表面温度与室外最低气温之间的差值均应小于20℃；当结构混凝土具有足够的抗裂能力时，不大于25℃～30℃。  2.混凝土拆模时，混凝土的温差不超过20℃。其温差应包括表面温度、中心温度和外界气温之间的温差。  3.采用内部降温法来降低混凝土内外温差。  4.保温法是在结构物外露的混凝土表面以及模板外侧覆盖保温材料，在缓慢的散热过程中，使混凝土获得必要的强度，以控制混凝土的内外温差小于20℃。  5.混凝土表层布设抗裂钢筋网片，防止混凝土收缩时产生干裂。

结论

到目前为止，混凝土已经浇筑完毕，从现场效果来看，没有发现肉眼可见的裂缝，而且根据计算分析，今后一般也不会出现裂缝。

对闸坝混凝土裂缝防裂有几点成功经验：优化混凝土配合比；掺加一定量的粉煤灰；减少水泥用量；掺减水剂和防裂剂；底板和一定高度的墩墙一起浇筑；加强早期混凝土的表面保温。