唐連華

（廣西水電工程局，廣西 南寧 530001）

1 引言

隨著我國(guó)水利水電事業(yè)的發(fā)展，越來(lái)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(lái)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(zhǎng)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(kāi)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(guò)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(lái)說(shuō)，表面裂縫如果較淺、沒(méi)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。混凝土在硬結(jié)過(guò)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(wú)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(lái)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(guò)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(jiàn)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(wú)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(kāi)始轉(zhuǎn)移到鋼筋上，從而可以避免裂縫的開(kāi)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(cāng)、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(guó)都有明確的規(guī)定。如美國(guó)在ACI施工手冊(cè)中規(guī)定不超過(guò)32 ℃；日本土木學(xué)會(huì)施工規(guī)程中規(guī)定不得超過(guò) 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(guò) 35 ℃；我國(guó)有些規(guī)范中提出不得超過(guò)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(guò)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(cāng)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(guò)長(zhǎng)，則會(huì)延長(zhǎng)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(guò)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(guò)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(guò)程中，應(yīng)保持混凝土表面的濕潤(rùn)。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(guò)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(lái)確定大體積混凝土澆筑后的養(yǎng)護(hù)措施。

4 結(jié)束語(yǔ)

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(lái)，國(guó)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(wèn)題開(kāi)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(guó)建筑工業(yè)出版社，2005