水利工程混凝土的温控措施

张弘

摘要：在水利工程施工中，保温养护是大体积混凝土施工的关键环节。其目的主要是降低大体积混凝土浇筑块体的内外温差以及降低混凝土块体的降温速度，充分利用混凝土的抗拉强度，以提高混凝土块体承受温度应力时的抗裂能力，达到防止或控制温度裂缝的目的。本文分析了大体积混凝土裂缝成因，提出大体积混凝土的温控措施。

关键词：水利工程;大体积混凝土;温控措施

前  言

随着我国水利水电事业的发展，越来越多的水利工程的规模逐渐扩大，混凝土大坝体积也越来越大，而随着混凝土体积的增大，很多水利大坝都出现了不同程度、不同形式的裂缝，这是一个相当普遍的现象。它是长期困扰着建筑工程技术人员的技术难题。为此，需要有必要开展面向水利工程大体积混凝土工程的温度裂缝控制与防范技术研究。

一、大体积混凝土裂缝成因分析

大体积混凝土内出现的裂缝，按其深度不同，可分为贯穿裂缝、深层裂缝及表层裂缝3种。贯穿裂缝切断了结构断面，可能破坏结构的整体性和稳定性，其危害性是较严重的;深层裂缝是部分切断了结构断面，也有一定的危害性;表层裂缝一般危害性较小，但处于基础或老混凝土约束范围内的表层裂缝，在内部混凝土降温过程中可能发展为贯穿裂缝。

温度裂缝是由温度变化在不同的约束条件下，致使微观裂缝扩展形成宏观裂缝。一般来说，表面裂缝如果较浅、没有发展到结构中的钢筋表面且随温度变化不再发展，通常不影响工程质量，但绝大多数是有害裂缝。

水泥水化热是大体积混凝土中主要温度因素。混凝土在硬结过程中，由于水泥的水化作用，在初始几天产生大量的水化热，混凝土温度升高。由于混凝土导热不良，体积较大，相对散热较小，因此形成热量的积聚。内部水化热不易散失，外部混凝土散热较快，水化热温升随壁（板）厚度增加而加大，混凝土形成一定的温度梯度。无论温升阶段还是温降阶段，混凝土中心温度总是高于混凝土表面温度。根据热胀冷缩的原理，中心部分混凝土膨胀速率要比表面混凝土大。因此，混凝土中心与表面各质点间的内约束以及来自地基及其他外部边界约束的共同作用，使混凝土内部产生压应力，混凝土表面产生拉应力。当温度梯度大到一定程度时，表面拉应力超过混凝土的极限抗拉强度时，混凝土表面产生裂缝。在升温阶段，混凝土未充分硬化，弹性模量小，因此拉应力较小，只引起混凝土表面裂缝。

二、大体积混凝土温度裂缝的控制措施

1.控制混凝土温升

大体积混凝土结构在降温阶段，由于降温和水分蒸发等原因产生收缩，再加上存在外约束不能自由变形而产生温度应力。因此，控制水泥水化热引起的温升，即减小了降温温差，这对降低温度应力、防止产生温度裂缝能起釜底抽薪的作用。為控制大体积混凝土结构因水泥水化热而产生的温升，需采取相应的施工措施。

1.1 降低混凝土浇筑温度。如采取通过地弄材料;搭盖凉棚，喷洒水雾降温等措施降低料仓骨料温度。采用风冷、浸水、喷洒冷水等措施预冷粗骨料。骨料从预冷仓到拌和楼，应采取隔热、保温措施。混凝土拌和时，可采用冷水、加冰等降温措施。高温季节应加快混凝土浇筑的施工进度，减少混凝土的暴露时间;基础部位混凝土，应在有利季节进行浇筑等措施。

1.2 降低坝体内外温差。为降低坝体内外温差，防止或减少表面裂缝，应在低温季节前，将坝体温度降至设计要求的温度。如采用坝体中期通水冷却，由计算确定，一般2个月左右。通过水温与混凝土内部温差之差，不应超过20℃，日降温不超过1℃。

1.3 降低混凝土的水化热温升。如在满足混凝土各项设计指标的前提下，应采用水化热低的水泥，优化配合比设计，采取综合措施，减少混凝土的单位水泥用量;在高温季节，可采用表面流水养护混凝土，有利于表面散热;采用冷却水管进行初期冷却等措施。

1.4 进行表面保护。在低温季节和气温骤降季节，混凝土应进行必要的表面保护。如模板拆除时间应根据混凝土强度及混凝土的内外温差确定，并应避免在夜间或气温骤降时拆模。在气温较低季节，当预计拆模后有气温骤降，应推迟拆模时间;如必须拆模，应在拆模的同时采取保护措施。

1.5 特殊部位的温度控制措施。如对岩基深度超过3m的塘、槽回填混凝土，应采用分层浇筑或通水冷却等温控措施，控制混凝土最高温度;回填混凝土应在有利季节进行或采用低温混凝土施工;并缝块浇筑前，下部混凝土温度应达到设计要求，并应安排在有利季节进行;必要时，采用初期通水冷却或其他措施。自然冷却不能达到坝体的接缝灌浆温度要求时，应在混凝土浇筑时埋设冷却水管进行后期冷却等。

2.加强混凝土的保温和养护

刚浇筑的混凝土强度低、抵抗变形能力小，如遇到不利的温湿度条件，其表面容易发生有害的冷缩和干缩裂缝。保温的目的是减小混凝土表面与内部温差及表面混凝土温度梯度，防止表面裂缝的发生。无论在常温还是在负温下施工，混凝土表面都需覆盖保温层。进行保温保湿养护，养护时间不应少于14d，使砼硬化过程中产生的温差应力小于砼本身的抗拉强度，从而可避免砼产生贯穿性的有害裂缝。常温保温层，可以对混凝土表面因受大气温度变化或雨水袭击的温度影响起到缓冲作用;负温保温则根据工程项目地点、气温以及控制混凝土内外温差等条件进行设计。保温层兼有保湿的作用，如果用湿砂层，温锯末层尤为突出，保湿可以提高混凝土的表面抗裂能力。

3.加强混凝土的温度监测工作

温度控制是大体积混凝土施工中的一个重要环节，也是防止温度裂缝的关键。做好测温工作，随时控制砼内的温度变化，及时调整保温及养护措施，使混凝土中心温度与表面温度的差值、混凝土表面与大气温度差值均不应超过25℃。

大体积混凝土的简易测温法，只需要采用较简单的设备，就能直观地测得混凝土内部温度，而且精确度高，花费少。具体做法如下：（1）使用φ48的脚手架钢管或其他无缝钢管，管壁厚度以2mm为宜，内径为30mm～50mm。按量取所需长度截断，其一端用比钢管外径大10mm的圆钢板焊牢密闭，使其不能渗水。（2）焊接好的钢管呈正三角形，布置于绑扎好的底板钢筋网架上，并焊牢，再用橡皮套管套于距钢管底部50mm处，管两端用铁丝扎牢，确保水不能渗入管内。钢管口用木块塞好。钢管平面布置点，两点间距为600mm;上管底距混凝土板面150mm，中管底距板底为1/2板厚，下管底距板底面150mm。

三、结束语

随着国家对水利建设投资的增加，大体积混凝土技术已广泛应用于工程项目中，对施工质量及裂缝控制要求也越来越高。同时，在养护过程中保持良好的温度和防风条件，使混凝土在良好的环境下养护，施工人员应根据事先确定的温控指标的要求，来确定大体积混凝土浇筑后的养护措施。

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