淺談大壩大體積混凝土溫控技術(shù)

唐連華

（廣西水電工程局，廣西 南寧 530001）

1 引言

隨著我國水利水電事業(yè)的發(fā)展，越來越多的水利工程的規(guī)模逐漸擴(kuò)大，混凝土大壩體積也越來越大，而隨著混凝土體積的增大，很多水利大壩都出現(xiàn)了不同程度、不同形式的裂縫，這是一個(gè)相當(dāng)普遍的現(xiàn)象。它是長期困擾著建筑工程技術(shù)人員的技術(shù)難題。為此，需要有必要開展面向大壩大體積混凝土工程的溫度裂縫控制與防范技術(shù)研究。

文章主要結(jié)合大壩大體積混凝土的施工工藝與特點(diǎn)，對(duì)大體積混凝土工程中的裂縫成因及其防范措施進(jìn)行分析研究，以期從中能夠發(fā)現(xiàn)有小可靠的混凝土工程溫控技術(shù)與應(yīng)用措施，并以此和廣大同行分享。

2 大體積混凝土裂縫成因概述

大體積混凝土內(nèi)出現(xiàn)的裂縫，按其深度不同，可分為貫穿裂縫、深層裂縫及表層裂縫3種。貫穿裂縫切斷了結(jié)構(gòu)斷面，可能破壞結(jié)構(gòu)的整體性和穩(wěn)定性，其危害性是較嚴(yán)重的；深層裂縫是部分切斷了結(jié)構(gòu)斷面，也有一定的危害性；表層裂縫一般危害性較小，但處于基礎(chǔ)或老混凝土約束范圍內(nèi)的表層裂縫，在內(nèi)部混凝土降溫過程中可能發(fā)展為貫穿裂縫。

溫度裂縫是由溫度變化在不同的約束條件下，致使微觀裂縫擴(kuò)展形成宏觀裂縫。一般來說，表面裂縫如果較淺、沒有發(fā)展到結(jié)構(gòu)中的鋼筋表面且隨溫度變化不再發(fā)展，通常不影響工程質(zhì)量，但絕大多數(shù)是有害裂縫。

水泥水化熱是大體積混凝土中主要溫度因素?；炷猎谟步Y(jié)過程中，由于水泥的水化作用，在初始幾天產(chǎn)生大量的水化熱，混凝土溫度升高。由于混凝土導(dǎo)熱不良，體積較大，相對(duì)散熱較小，因此形成熱量的積聚。內(nèi)部水化熱不易散失，外部混凝土散熱較快，水化熱溫升隨壁（板）厚度增加而加大，混凝土形成一定的溫度梯度。無論溫升階段還是溫降階段，混凝土中心溫度總是高于混凝土表面溫度。根據(jù)熱脹冷縮的原理，中心部分混凝土膨脹速率要比表面混凝土大。因此，混凝土中心與表面各質(zhì)點(diǎn)間的內(nèi)約束以及來自地基及其他外部邊界約束的共同作用，使混凝土內(nèi)部產(chǎn)生壓應(yīng)力，混凝土表面產(chǎn)生拉應(yīng)力。當(dāng)溫度梯度大到一定程度時(shí)，表面拉應(yīng)力超過混凝土的極限抗拉強(qiáng)度時(shí)，混凝土表面產(chǎn)生裂縫。在升溫階段，混凝土未充分硬化，彈性模量小，因此拉應(yīng)力較小，只引起混凝土表面裂縫。

大體積混凝土在施工階段，外界氣溫的變化影響是顯而易見的。因?yàn)橥饨鐨鉁赜?，混凝土的澆筑溫度也愈高，而如果外界溫度下降，又增加混凝土的降溫幅度，特別是氣溫驟降，會(huì)大大增加外界混凝土與內(nèi)部混凝土的溫度梯度，這對(duì)大體積混凝土是極為不利的。

3 大壩大體積混凝土溫控技術(shù)應(yīng)用探討

3.1 設(shè)計(jì)溫控預(yù)防措施應(yīng)用

3.1.1 設(shè)置后澆帶

在現(xiàn)澆整體式鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)中，只在施工期間保留的臨時(shí)性施工縫，稱為“后澆帶”。該“后澆帶”根據(jù)具體條件，保留一定時(shí)間后，在進(jìn)行填充封閉，后澆成連續(xù)整體的無伸縮縫結(jié)構(gòu)。因?yàn)檫@種縫只在施工期間存在，所以是一種特殊的施工縫。但是，又因?yàn)樗哪康氖侨∠Y(jié)構(gòu)中的永久性變形縫，與結(jié)構(gòu)的溫度收縮應(yīng)力和差異沉降有關(guān)，所以它又是一種設(shè)計(jì)中的伸縮縫和沉降縫，一種臨時(shí)性的變形縫。它既是施工措施，又是設(shè)計(jì)手段。

3.1.2 合理配置鋼筋

在常溫和允許應(yīng)力狀態(tài)下，鋼筋的性能是比較穩(wěn)定的，其與混凝土的熱膨脹系數(shù)相差不大，因而在溫度變化時(shí)，鋼筋與混凝土之間的內(nèi)應(yīng)力很小，而鋼筋的彈性模量比混凝土的彈性模量大6～16倍。當(dāng)混凝土的強(qiáng)度達(dá)到極限強(qiáng)度、變形達(dá)到極限拉伸值時(shí)，應(yīng)力開始轉(zhuǎn)移到鋼筋上，從而可以避免裂縫的開展。

3.2 施工溫控應(yīng)用措施

3.2.1 控制混凝土的澆筑溫度

混凝土從攪拌機(jī)出料后，經(jīng)攪拌車或其他工具運(yùn)輸、卸料、澆筑、平倉、振搗等工序后的混凝土溫度稱為混凝土澆筑溫度。在有條件的情況下，混凝土的澆筑溫度越低，對(duì)于降低混凝土內(nèi)外溫差越有利。關(guān)于混凝土澆筑溫度的控制，各國都有明確的規(guī)定。如美國在ACI施工手冊(cè)中規(guī)定不超過32 ℃；日本土木學(xué)會(huì)施工規(guī)程中規(guī)定不得超過 30 ℃；日本建筑學(xué)會(huì)鋼筋混凝土施工規(guī)程中規(guī)定不得超過 35 ℃；我國有些規(guī)范中提出不得超過25 ℃，否則必須采取特殊技術(shù)措施。如采用水管冷卻。在混凝土內(nèi)埋設(shè)水管，通低溫水以降低混凝土溫度；盡量利用低溫季節(jié)澆筑基礎(chǔ)部分混凝土。

3.2.2 控制混凝土澆筑溫度

為了有效降低大體積混凝土的內(nèi)外溫差，在大體積混凝土施工過程中常采用分塊澆筑。分塊澆筑又可分為分層澆筑和分段跳倉澆筑法兩種。分層澆筑法目前有全面分層法、分段分層法、斜面分層法3種澆筑方案。在時(shí)間允許的條件下，可將大體積混凝土結(jié)構(gòu)采用分層多次澆筑，施工層之間的結(jié)合按施工縫處理，即薄層澆筑技術(shù)，它可以使混凝土內(nèi)部的水化熱得以充分地散發(fā)，但這里應(yīng)該注意的是分層澆筑的間歇時(shí)間。若間歇時(shí)間過長，則會(huì)延長施工工期，另一方面也會(huì)使原混凝土對(duì)新澆層混凝土產(chǎn)生較大的約束，從而在上下層混凝土結(jié)合面產(chǎn)生難以發(fā)現(xiàn)的垂直裂縫。若間歇時(shí)間過短，則正處于下層混凝土升溫階段，表面溫度較高，這時(shí)覆蓋上層混凝土，就會(huì)明顯地不利于下層混凝土的散熱，同時(shí)也容易導(dǎo)致上層混凝土升溫，就有可能超過混凝土要求的最高溫升，從而加大混凝土產(chǎn)生裂縫的可能性。因此，選擇上層混凝土覆蓋的適宜時(shí)間應(yīng)是在下層混凝土溫度已降到一定值時(shí)，即上層混凝土溫升倒加到下層后，下層混凝土溫度回升值不大于原混凝土最高溫升。如果混凝土結(jié)構(gòu)厚度較大，工期又緊張，則這樣的薄層澆筑技術(shù)雖然可行但不易實(shí)現(xiàn)，而且存在施工縫。

3.3 養(yǎng)護(hù)溫控應(yīng)用措施

在每次混凝土澆筑完畢后，應(yīng)及時(shí)按溫控技術(shù)措施的要求進(jìn)行保溫養(yǎng)護(hù)，并應(yīng)符合下列規(guī)定：①保溫養(yǎng)護(hù)措施，應(yīng)使混凝土澆筑塊體的內(nèi)外溫差及降溫速度滿足溫控指標(biāo)的要求，控制降溫速度，使之小于 1.5 ℃/d；②保溫養(yǎng)護(hù)的持續(xù)時(shí)間，應(yīng)根據(jù)溫度應(yīng)力（包括混凝土收縮產(chǎn)生的應(yīng)力）加以控制、確定，但不得少于15 d。保溫覆蓋層的拆除應(yīng)分層逐步進(jìn)行；③保溫養(yǎng)護(hù)過程中，應(yīng)保持混凝土表面的濕潤。保溫養(yǎng)護(hù)是大體積混凝土施工的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。保溫養(yǎng)護(hù)的目的主要是降低大體積混凝土澆筑塊體的內(nèi)外溫差以降低混凝土塊體的溫度應(yīng)力，其次是降低大體積混凝土澆筑塊體的降溫速度，充分利用混凝土的抗拉強(qiáng)度，以提高混凝土塊體承受溫度應(yīng)力時(shí)的抗裂能力，達(dá)到防止或控制溫度裂縫的目的。同時(shí)，在養(yǎng)護(hù)過程中保持良好濕度和防風(fēng)條件，使混凝土在良好的環(huán)境下養(yǎng)護(hù)，施工人員應(yīng)根據(jù)事先確定的溫控指標(biāo)的要求，來確定大體積混凝土澆筑后的養(yǎng)護(hù)措施。

4 結(jié)束語

大體積混凝土溫度裂縫的控制是關(guān)系到結(jié)構(gòu)能否滿足正常使用要求的重要研究課題。幾十年來，國內(nèi)外學(xué)者對(duì)大體積混凝土溫度裂縫的起因、裂縫產(chǎn)生的機(jī)理、裂縫計(jì)算方法及裂縫控制措施等問題開展了大量的試驗(yàn)、調(diào)查及研究工作，尤其是應(yīng)用在水利水電工程方面，大壩建設(shè)中的溫度裂縫會(huì)對(duì)大壩質(zhì)量及可靠性產(chǎn)生致命的影響，為此必須要加強(qiáng)大壩大體積混凝土溫度裂縫的控制與研究。文章對(duì)大壩大體積混凝土溫度裂縫控制措施進(jìn)行了探討分析，對(duì)于進(jìn)一步提高大體積混凝土溫度裂縫的控制防范措施應(yīng)用具有較好的指導(dǎo)借鑒意義。

1 徐榮年、徐欣磊.工程結(jié)構(gòu)裂縫控制［M］.北京：中國建筑工業(yè)出版社，2005