大体积混凝土温控与防裂技术分析
关键词：大体积混凝土，表面裂缝，温控，防裂
温度变化是引起大体积混凝土开裂的一个重要因素，人们对温度裂缝问题的认识是随着科技水平的发展而发展的。混凝土坝裂缝问题之所以长期得不到解决，主要是人们在认识上还存在误区。过去人们比较重视基础温差的控制，而对表面保温的认识不够深入，往往只注重早期混凝土的保护，而忽略了后期混凝土的保护，导致混凝土坝出现了不少裂缝[1]。本文主要就大体积混凝土温控与防裂技术进行相关分析。
1温控的目的及内容
水工大体积混凝土温度控制的目的：(1)防止由于混凝土温度的不利分布而产生各种裂缝，包括防止最高温度过高引起温降总量过大，内外温差过大及寒潮袭击(气温骤降)产生的不同情况的各种裂缝。(2)为了进行接缝(纵、横缝等)灌浆，使坝体满足结构受力要求，采用人工冷却措施，降低坝体温度至预定温度(如稳定温度或年平均气温等)。(3)为了简化施工程序，提高机械化施工程度和工效、要求尽可能地大块浇筑，这就对温度控制提出了更严格的要求。
为了达到上述目的，大体积混凝土闸、坝温度控制的内容应该包括下述3方面：(1)降低混凝土内产生的最高温升，即减少混凝土最高温度与将来预定温度(如稳定温度等)间的差值。(2)使各点温度尽量均匀，不致形成混凝土承受不了的温度梯度。(3)使坝体按照规定要求达到它的预定温度值(如稳定温度、准稳定温度、年平均温度等)，以便进行灌浆处理，也解除了以后再产生较大温度应力的威胁。
2混凝土出现裂缝的判断依据
由于混凝土结构物在温度应力和温度变形的作用下，混凝土结构中会产生温度应力和温度应变。因此，当混凝土结构物内温度应力达到一定数值并超过混凝土的抗拉强度或结构物的温度应变达到一定数值并超过混凝土的最大拉应变时，混凝土结构物中就会产生裂缝。
如果混凝土块体因温度变化受到约束产生的应力大于混凝土允许抗拉强度将导致发生裂缝，反之当产生的应力明显小于混凝土允许抗拉强度，则会发生裂缝。
同理，也可以从应变角度来判别，即如果混凝土块体因温度变化受到约束产生的应变大于混凝土极限拉伸值将导致发生裂缝，反之当产生的应变明显小于混凝土极限拉伸值则不发生裂缝。
3控制温度应力、防止裂缝的技术措施
在大体积混凝土结构内一旦出现大的裂缝，要通过修补以恢复结构的整体性实际上是很困难的。因此，对于大体积混凝土结构的裂缝，应以预防为主。由于裂缝问题牵涉的因素较多，施工周期较长，经验表明，要完全防止大体积混凝土结构的裂缝，既有可能，又很不容易，需要精心设计、精心施工。防止大体积混凝土结构的裂缝，应从以下几方面着手[2]。
3.1选择合理的结构形式和分缝分块
在设计阶段应充分重视结构形式对温度应力和裂缝问题的影响，特别是在寒冷地区，应尽量少用对温度变化很敏感的薄壁结构。在实体重力坝与宽缝重力坝的对比中，应重视宽缝重力坝暴露面积大，比实体重力坝易于出现裂缝这一特点，尽量少用宽缝重力坝，尤其是在寒冷地区。
浇筑块尺寸对温度应力有重要影响，浇筑块越大，温度应力也越大，越容易产生裂缝，因此，合理的分缝分块对防止裂缝有重要意义。当浇筑块尺寸控制在15mX15m左右时，温度应力已经比较小，基础约束高度也只有3~4m左右。在气候温和地区，裂缝的可能性较小，但在寒冷地区，由于温差过大，这种尺寸的浇筑块仍然难免出现大量裂缝，需要严格的保温措施。
3.2选择混凝土原材料、优化混凝土配合比
选择混凝土原材料、优化混凝土配合比的目的是使混凝土具有较大的抗裂能力，就是要求混凝土的绝热温升较小、抗拉强度较大、极限拉伸变形能力较大、热强比较小、线性膨胀系数较小、自生体积变形最好是微膨胀，至少是低收缩。
(1)选择水泥。内部混凝土主要考虑抗裂性能好、兼顾低热和高强两方面的要求，一般采用低热矿渣水泥、中热硅酸盐水泥或硅酸盐水泥掺入一定量的粉煤灰。外部混凝土除了要求抗裂性能外，还要求抗冻融性、耐磨性、抗蚀性、强度较高及干缩较小，因此一般采用较高标号的中热硅酸盐水泥。当环境水具有硫酸盐侵蚀性时，应采用抗硫酸盐水泥。(2)掺用混合材料。掺用混合材料的目的在于降低混凝土的绝热温升、提高混凝土抗裂能力。混合材料包括矿渣、粉煤灰、烧粘土等。目前粉煤灰采用较多。(3)掺用外加剂。外加剂由减水剂、引气剂、缓凝剂、早强剂等多种类型。减水剂是最常用、最重要的外加剂，它具有减水和增塑的作用，在保持混凝土坍落度及强度不变的条件下，可减少用水量，节约水泥、降低绝热温升。引气剂的作用是在混凝土中产生大量微小气泡以提高混凝土的抗冻融性。缓凝剂用于夏季施工，早强剂则用于冬季施工。(4)优化混凝土配合比。在保证混凝土强度及流动度条件下，尽量节省水泥，降低混凝土绝热温升。
3.3严格控制混凝土温度、减小基础温差、内外温差及表面温度骤降
严格控制混凝土温度是防止裂缝的最重要措施。(1)降低混凝土浇筑温度，通过冷却拌和水、加冰拌和、预冷骨料等办法降低混凝土出机口温度，采用加大混凝土浇筑强度、仓面保温等方法减少浇筑过程
中的温度回升。(2)水管冷却。在混凝土内埋设水管，通低温水以降低混凝土温度。(3)表面保温。在混凝土表面覆盖保温材料，以减小内外温差、降低混凝土表面温度梯度。
3.4重视施工前期准备工作
我国不少工程施工单位在施工前期，只重视混凝土制备和浇筑方面的准备工作，而不重视混凝土温度控制方面的准备工作。到了开始浇筑混凝土时，由于制冷厂不能投入运用等原因，混凝土温度控制不能满足设计要求，而早期浇筑的基础部分混凝土正是在温度控制方面最重要的混凝土，其结果是，花钱买了设备，但却没有发挥应有的作用。在施工前期，一定要重视混凝土温度控制方面的准备工作，如制冷厂、制冰机的安装调试，冷却水管及保温材料的准备等等。
3.5加强施工管理
(1)提高混凝土施工质量。为了防止裂缝，除了严格控制混凝土温度外，还需要加强施工管理、提高混凝土施工质量。显然，在一个混凝土浇筑块中，混凝土的强度不是均匀的，裂缝总是从强度最低的薄弱处开始。当混凝土质量控制不严、混凝土强度离差系数G大时，裂缝就多。因此，为了防止裂缝，一定要加强施工管理，提高混凝土施工质量。(2)薄层、短间歇、均匀上升。在混凝土浇筑进度安排上，尽量做到薄层、短间歇(5~1Od)、均匀上升，避免突击浇筑一块混凝土，然后长期停歇；避免相邻坝块之间过大的高差及侧面的长期暴露；尤应避免“薄块、长间歇”，即在基岩或老混凝土上浇筑一薄块而后长期停歇，经验表明，这种情况极易产生裂缝。(3)尽量利用低温季节浇筑基础部分混凝土。(4)加强养护。(5)严格控制温度，这也是施工管理中的一个重要方面。
4永久保温对混凝土坝防裂的影响
在大体积混凝土结构中，温度变化不但可能引起裂缝，对结构的应力状态也具有重要影响，有时温度应力在数值上可能超过其他外荷载引起的应力。因此，必须对坝体进行严格的温度控制以防止坝体出现裂缝。大坝施工期间适当控制混凝土最高温度、调整接缝灌浆温度，可以使运行期表面拉应力有所降低，但降幅有限，防止运行期混凝土坝出现裂缝的最有效措施是用保温板对坝面进行永久保温。在运行期，混凝土建筑物表面与外界空气和水接触，水温和气温的周期性变化对混凝土表面温度影响非常大，对混凝土内部的温度也有一定的影响。永久保温可降低外界温度变化对混凝土表面的影响，保持混凝土的整体稳定。
对坝体进行永久保温，可有效降低外界温度变化对坝体温度的影响；对坝体进行永久保温，可大大减小坝体表面拉应力，有效控制了表面裂缝的出现，对大坝的安全运行提供保证。
5结语
在大体积混凝土结构内一旦出现裂缝，要通过修补以恢复结构的整体性实际上是很困难的。因此，对于大体积混凝土结构的裂缝，应以预防为主。本文主要针对温度裂缝问题以及温控防裂问题进行阐述。论述了永久保温对混凝土坝防裂的影响。永久保温可有效降低外界温度变化对坝体温度的影响；大大减小坝体表面拉应力，有效控制了表面裂缝的出现，对大坝的安全运行提供保证。
参考文献：
[1]汤建龙.浅析大体积混凝土裂缝的原因、修补及防治措施[J].科技创业月刊,2009,01.
[2]李军政,胡照星.桥梁工程中大体积混凝土裂缝的原因与控制[J].科技信息,2009,05.