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论大体积混凝土常规温控防裂控制措施杨 占坡等 1 6 3 【 混 凝土 施工 】 论大体 积混凝 土常规温控 防裂控 制措 施 杨 占坡 ， 吕剑峰 ( 内蒙古辽河工程局股份有限公司， 内蒙古 赤峰 0 2 4 0 0 0 ) 摘要 介绍 了大体积混凝土产生裂缝的原 因及特性 ， 并结合绰勒水库和德 日苏宝冷水库的工程 实例 ， 介绍 了以及如何采取措施避免出现危害性裂缝 ， 保证工程质量。 关键词 大体积混凝土； 温控 防裂 中图分类号 ： T v 4 3 1 文章标识码 ： B 文章编号 ： 1 0 0 9 0 0 8 8 ( 2 0 1 1 ) 0 4 0 1 6 3 0 2 0 前言 混凝土因在硬化过程 中会产生温度应力和干缩变 形， 而混凝土抗压强度较低 ， 所以容易产生裂缝 。混凝 土产生裂缝的原因多种多样 ， 受基础类型、 设计和结构 形式、 材料组成及物理力学指标、 施工工艺 、 浇筑质量 、 以及天气温度等多种因素的影响， 所以相应限制裂缝 的发生 ， 也要考虑多方面的因素， 是一项综合性的技术 问题 。 1 混凝 土发生 裂缝的原 因分析和特性描述 其一 ， 混凝土的抗拉强度较低 ， 而且安全保证系数 一 般也较低 ， 混凝土的抗拉强度一般仅有抗压强度的 1 1 01 2 0 ， 且随着混凝土强度等级的提高 ， 比值有所 降低。其二、 混凝土在硬化过程 中水 泥会产生大量 的 水化热 ， 同时混凝土是热量的不 良导体 ， 这样就容易在 混凝土内部产生较高 的温度， 特别是对大体积混凝土 尤其明显 ， 当混凝土的内部与表面或与基 础温差过大 时， 就会形成不 同程度的温度应力 ， 当应力超过混凝土 的抗拉强度、 混凝 土结构就会产生裂缝 ， 这就是大体积 混凝土容易产生裂缝 的最主要原因， 也 因此大体积混 凝土必须要要采取温控防裂措施。其三、 混凝 土在硬 化过程会产生收缩变形、 混凝土内部水分蒸发会 出现 干缩变形 ， 对于两个方 向或一个方 向尺寸较大 的混凝 土结构 ， 当混凝土的收缩变形超过极限拉伸变形值时 ， 也是诱发裂缝的一个重要原因， 如果存在约束 ， 就更增 加了因收缩应力而出现裂缝 的可能性。 在正常施工条件下 ， 混凝土内部水化热温升达到 最高温度的时间一般是在浇筑后的 3 6 d ， 而在此时 混凝土的抗拉强度和极限拉伸值都仍然较低 ， 所 以说 是最容易产生裂缝 的阶段 ； 一般 6 d一2 0 d龄期 间发 生裂缝 的百分 比在 9 0 以上 ， 占了绝大 多数 ， 是发生 裂缝的最危险的龄期 ， 所 以在此阶段必须要重点控制 和保护； 另外也要防止因在气温年变化的影 响下 ， 特别 是经历第一个冬季时 ， 防止产生中后期裂缝 ， 所 以也有 必要做好混凝土浇筑后的养护和辅助散热并且在冬季 进行适当的表面保护。 2 大体积混凝土温控防裂的控制标准 大体积混凝土温控防裂的控制标准原则上是控制 温度应力不大于混凝土的抗 拉强度 ， 可根据不 同龄期 混凝土计算出内部产生的水化热温升 ， 并根据浇筑层 厚和基础温差、 内外温差等边界条件 ， 再计算 出产生的 相应 的温度应力 ， 与该龄期的混凝土劈裂抗拉强度进 行比较 ， 如果温度应力小于混凝土混凝土劈裂抗拉强 度， 并有一定的抗裂安全系数 ， 则就不会产生有害温度 裂缝 ， 反之就需要采取措施降低水化 热温升或 内外温 差 ， 控制有害温度裂缝的产生 。 在实际应用中， 有关规范规定 了不产生有害温度 裂缝 的温 度控 制标 准 ， 混 凝 土重 力 坝 设 计 规 范 S L J 2 1 7 8 ， 规定 了岩基情况下允许 的基 础温差 2 4 0 C 作为控制标准 ， 水利水 电施工组织设计手册 规定 了 混凝土内外温差按 2 O 一 2 5 控制( 靠近基础和老混 凝土约束范围 内取小值 ) ， 设 计上一般也不直接提 出 抗拉强度 ， 而是也规定相应的内外温差和基础温差的 控制标准。实际上也是控制温度差 比较方便。 3 温控防裂措 施 从控制混凝土温度的角度和思路分析 ， 不外乎从 以下三个方面采取有关措施， 其一， 控制混凝土人仓温 度 ； 其二 ， 控制水化热温升 ； 其三 ， 是对基础温度和混凝 土表面温度的控制 ； 另外保证混凝土质量 ， 加强后期检 1 6 4 内 蒙 古 水 利 2 0 1 1 年第 4期 ( 总第 1 3 4期 ) 测养护也是非常重要的。 3 1 降低混凝土入仓温度的控制措施 降低混凝土入仓温度的控制措施， 主要是对拌和 温度控制和混凝土与外界热量交换 的控制 ， 在实际施 工比较简便容易操作的措施有以下几方面。 ( 1 ) 尽量选择在低温季节浇筑和低温天气浇筑 ； ( 2 ) 抽取地下水拌和 ； ( 3 ) 控制骨料温度 ， 采取骨料堆高达到 6 m的措施 减低骨料温度， 夏季在骨料堆顶喷雾降温； ( 4 ) 在水泥罐上喷水降温 ； ( 5 ) 夏季尽量减少暴 露时间， 避免混凝土在运输 过程中产生热量倒灌 。 3 2 控制混凝土绝热温升的措施 混凝土绝热温升可按 以下公式计算 ： T ( t )= WQ ( 12 p ) ( 1 一e rot ) ， 混凝土最高绝热温升： T ma x= wQ ( 12 p ) ， 其中 W： 水泥用量 ( k g m ) 、 t ： 龄期( d ) 、 Q： 水泥 水化热( k g ) 、 e ： 混凝土 比热 K j ( k g K) 、 P ： 混凝 土密度( k g m ) 。混凝土 比热和混凝土密度可 以视为 常量， 所以可以看好混凝 土绝热温升主要受水泥用量 和水泥水化热的影响。因此控制混凝土绝热温升的措 施也就是降低水泥用量和采用水化热较低的水泥。 3 2 1水泥 的选 用 近几年在内蒙古 自治区东部修建的两座规模 比较 大的水库 ， 兴安盟境 内的绰勒水库和赤峰市境 内的德 日苏宝冷水库 ， 都有混凝 土重力坝段 ， 底宽、 坝高及坝 段长度都超过 2 0 m， 都属于典型的大体积混凝土， 其 中绰勒水库 的混凝土重力坝采用的是抚顺水泥厂生产 的大坝中热水泥 ， 该水泥发热量低并且有在强度增长 后期产生微膨胀的特点 ， 对大体积混凝土温控防裂非 常有利， 取得了良好的效果 ， 没有发生危害性的温度裂 缝 ； 德 E l 苏宝冷水库重力坝施工时， 在绰勒水库成功施 工经验 的基础上 ， 经过计算 比较 ， 选用了元宝山水泥厂 生产的哈河牌普硅水泥 ， 也取得 了良好的效果 ， 到 目前 已建成蓄水 ， 并没有发生任何危害性裂缝 ， 而且 ， 从经 济角度分析 ， 采用元宝山水泥厂生产的水泥从 出厂价 和运费上 比抚顺水泥厂生产的大坝中热水泥每吨要便 宜 2 0 0元 以上 ， 大量降低了施工成本。 3 2 2降低 水泥 用量 的措 施 通过优化配合比设计， 尽可能降低水泥用量降低 混凝土绝热温升。采取的措施主要有以下三个方面。 ( 1 ) 高掺优质粉煤灰： 优质粉煤灰具有火山灰活 性效应和很好的形态效应 ， 既可以节省水泥又可 以减 少用水量 、 改善和易性、 增加强度和耐久性 ， 而且粉煤 灰多呈粒径细小表面光滑的球体， 具有微填料效应， 可 以改善混凝土 中颗粒级配 ， 减少混凝 土中的孔隙增加 致密性， 何以降低混凝土的自身体积变形和干缩变形， 调高混凝土的抗裂性能 ， 所 以在规范允许 的范围内取 高限。 ( 2 ) 选用高效减水剂： 在减水效果达 到 1 0 左右 时， 在保持混凝土强度和坍落度不变的条件下 ， 可节约 水泥 8 一1 0 ， 所以在保证混凝土设 计指标 的前提 下 ， 可以明显降低水泥用量； ( 3 ) 尽可能采用大粒径连续级 配， 可降低水泥用 量 。 ( 4 ) 在满足方便施工 的前提下 ， 选用较 低的坍 落 度 ， 也可降低用水量和水泥用量 。 3 3 创造混凝土良好的散热条件 合理分层， 控制浇筑间歇时间， 要考虑既能散 热 ， 又不引起较大的约束应力 ， 实际还需要通过测温 ， 在浇筑层温度 明显下降后 ， 再进行 上层混凝土浇筑。 以上两个工程实例的重力坝浇筑层 厚度 不超过 2 n l ， 接触基岩和老混凝土的底层混凝土浇筑层厚按 1 5 1T I 控制， 间歇时间按7 1 0 d 控制； 加强洒水养护辅助 混凝土散热， 在混凝土浇筑后采用冷水养护降温， 但水 温和混凝土内部温度之差不超过规定值。特别是重力 坝部分 ， 在 7 9月底长时间洒水降温。混凝土体 内 安装蛇形水管通水降温， 应严格控制进 出水温度 ， 在保 证冷却水管进水温度与混凝土内部最高温度之差不超 过 3 0 C条件下 ， 尽量使进水温度最低 ， 待 主通水冷却 全部结束后 ， 应采用同标号水泥浆或砂浆封堵冷却水 管。 3 4 做好养护和测温和保温措施 混凝土终凝后及时进行洒水养护 ， 一方面可 以 保证混凝土强度的正常增长， 另一方 面也有利于混凝 土内部热量的散发 ， 而且保持较 大的相对湿度可以减 小混凝土的干缩， 甚至可以表现为湿涨 ， 特别是前期必 须加强养护保持湿润， 减小干缩变形和收缩应力。 通过内外温度监测， 当内外温差偏大时采取保温措施， 特别是气温骤降时， 做好表面保温， 减小内外温差减小 温度应力 。 ( 编校： 杨亚军 ) 收稿日期： 2 0 1 1 一 o 6一 O 3 作者简介： 杨 占 坡( 1 9 7 5一 ) ， 水利工程师， 从事水利工程施 工工作 。