1、下屯水电站大坝大体积混凝土的温度控制与防裂摘要：大体积混凝土裂缝及其防治一直是水电工程界十分关注的重大技术问题，在大坝混凝土浇筑过程中，温度应力及温度控制具有十分重要的意义。热而，不管采取什么措施，都会产生裂缝，不仅影响美观，而且影响结构的耐久性。本文叙述了大坝大体积混凝土施工中温控的基本要点及温度裂缝产生的原因以及控制裂纹所采取的措施，进一步总结了大体积混凝土温度控制的施工经验，并给出了施工现场裂纹控制的一些建议。 关键词：大坝；大体积混凝土；温度控制；防裂措施 中图分类号：TU37 文献标识码： A 1 工程概况 贵州盘县下屯水电站位于珠江流域西江水系南盘江的一级支流马别河上，在马别河梯级
2、开发中的楼下河电站的下游，距楼下河电站约 5Km，工程以发电为主、兼防洪和旅游观光等综合经济效益，大坝设计为抛物线双曲拱坝，下屯水电站水库总库容 970 万 m3，正常蓄水位 1173.00m，相应库容 814 万 m3；死水位 1167m，死库容 596 万 m3；有效库容 245 万m3。电站装机容量 20MW，正常尾水位 1123.90m。本工程为等小（1）型。 下屯水电站设计为曲拱坝，坝底宽 16m，坝顶宽 5m，长度 197m，坝底高程 1110m，坝顶高程 1177.0m，设计坝高 67.0m；坝体设计混凝土等级 C9020，设计龄期 90d，合计混凝土为量为 67580m3 ，由
3、 C20 外掺 MgO微膨胀混凝土， 由于工期比较紧张，为了加快施工进度，每次浇筑混凝土高度为 3m，台阶法分层浇筑，每层厚度 50cm，浇注混凝土采用减低混凝土水化热等降温措施，从目前浇注的混凝土拆模后检查未出现可见温度裂纹和干缩裂纹。 2 大体积混凝土温度裂纹原因分析 混凝土坝的温度控制是混凝土坝设计中的重要问题，对于保证混凝土坝工程的质量、加快施工进度等方面，起到关键性作用。在混凝土温度控制设计中，一般以基础温差的设计为重点，以单独浇注块的温度应力为理论基础，在限制应力或应变的条件下估算允许温差。实践表明，浇注块的分块尺寸越小，应力越小，基础允许温差就越大。 大体积混凝土结构，混凝土浇筑
4、后，水泥的水化热很大，由于混凝土体积大，要产生大量的水化热，混凝土温度升高，而混凝土表面则散热较快，这样形成较大的温度差，引起较大的表面拉应力而超过混凝土极限抗压强度，就会在混凝土表面产生表面裂缝。 3 大体积混凝土温度裂纹控制措施 对大坝混凝土的温度控制，最关键的是要掌握混凝土的温度变化规律和将温度应力控制在混凝土允许范围内。在施工过程中，混凝土温度场及应力场的变化过程是相当复杂的。在设计、施工过程中，需要考虑混凝土的弹性模量、线胀系数、徐变、抗压强度、极性拉伸值、热力学指标、温度等因素，在大坝施工前，依据以往的经验，我们拟出了许多方案和措施，包括优化配合比减少水泥用量，外掺 MgO，预防温
5、度裂纹的保温，预防干缩裂纹的保湿，降低混凝土内部最高温度采用冷却水管，优化施工工艺等。为进一步总结大体积混凝土温度控制施工经验，现参考现场施工进展分析大体积混凝土施工中的裂纹控制的主要措施。 3.1 控制水泥水化热温度 作为大体积混凝土必须从减少水化热来考虑配合比，水泥水化过程是放热的过程，要降低混凝土的绝热温升须从以下几个方面入手：选用低热或中热水泥（如矿渣水泥、火山灰质水泥或粉煤灰水泥）配制混凝土；为此，我们选用了贵州兴义荣盛集团 P.O42.5 级低碱普硅水泥，水泥中严格控制 C3A 含量小于 6%，碱含量小于 0.6%。粗骨料选用三级配的碎石，细骨料选用中粗砂，施工中严格控制粗细骨料的
6、含泥量1%，以提高混凝土的匀质性，增加抗裂能力。掺入 I 级粉煤灰，替代部分水泥用量，改善了混凝土的和易性，同时掺入一定量的高效聚羧酸减水剂，降低水胶比，减少拌和绝对用水量，同时推迟了混凝土温度蜂值出现的时间，相应地提高了混凝土同龄期的容许拉应力。利用混凝土后期（90天、180 天）强度，降低水泥用量；在基础内部预埋冷却水管，通入循环冷却水，降低混凝土水化热温度；在厚大无筋或稀筋的厚大混凝土中，掺加 20%以下的块石吸热，并节省混凝土。 经过多次试配，优选混凝土配合比及主要性能指标如下表： 表 5.3 大坝混凝土配合比 3.2 降低混凝土浇灌入模温度 降低混凝土浇筑入模温度可以从以下几个方面入
7、手：避开热天选择较低温季节浇筑混凝土：对现浇量不大的块体，安排在下午 3 时以后或夜间浇筑；夏季采用低温水或冰水拌制混凝土，对骨料喷冷水雾或冷气进行预冷，或对骨料进行护盖或设置遮阳装置，运输工具加盖防止日晒，降低混凝土拌和物温度；掺加缓凝型减水剂。采取薄层浇灌，每层厚2030cm，减缓浇筑强度，利用浇筑面散热。 3.3 混凝土的保温、保湿养护 混凝土的保温养护的主要目的是减少混凝土表面的热扩散，降低混凝土结构表面温度梯度，防止产生表面裂纹；保湿养护的主要目的是防止混凝土表面出现收缩裂纹。 我们在混凝土浇筑前用两层土工布外加两层草袋将侧面模板覆盖，降低混凝土的内外温差，起到良好的保温效果。在大坝
8、每一层混凝土施工完毕后，立即用一层土工布外加一层草袋覆盖；并坚持在草袋表面洒水保湿，使表面覆盖层始终处于湿润状态，但不使土工布和草袋处于饱水状态，以免失去保温作用。 4 防裂新技术 近 30 年来，随着科学技术的进步与工程实践经验的积累，通过多种途径，采取综合性措施来解决大坝混凝土的抗裂问题。其中氧化镁新材料和 MgO 水泥混凝土筑坝新技术的出现，打破了人们的传统认识，提出了筑坝新理论和筑坝新技术。据此，既可实现快速施工又大大拓宽和完善了水工混凝土筑坝防裂技术。实践证明，MgO 混凝土筑坝技术是大体积混凝土施工的革命，是国内外筑坝技术的重大创新和突破。 在大混凝土中内中掺入适量的特制的轻烧 M
9、gO，利用 MgO 水化所释放的化学能转变为机械能，使混凝土产生自生体积膨胀，抵消其在温降过程中的体积收缩；也就是利用其独特的具有延迟性的、不可逆变形及长期稳定的微膨胀性能来补偿大坝混凝土在温降时的体积收缩和温度变形。更确切地说，就是利用 MgO 混凝土的限制膨胀来补偿混凝土的限制收缩，达到防裂目的。若辅以其它适当的综合性措施，可以取代传统的温控措施，如混凝土拱坝需分横缝，薄层、长间歇浇筑，预埋冷却水管冷却等施工工艺，实施通仓连续施工，大大加快了筑坝速度，从而实现了工程界长期希望达到的快速施工的目标，并且都取得了预期效果。 5 结束语 大体积混凝土的体积变形，主要来自水泥的水化热温升，混凝土在
10、硬化过程中使自身温度升高，又在环境温度作用下逐渐下降，直至达到稳定。由于混凝土导温系数小，又受边界的影响，相对于初始温度，在大体积混凝土内部各点的温度不同，存在整体降温及非线性温度场，既受外部约束又有内部约束，因而产生温度应力。通过计算分析，当上述温度应力超过混凝土的抗拉强度，将导致裂纹的产生。所以在施工过程中应采取措施： 在满足设计强度的前提下，尽可能采用低标号混凝土。 选用低水化热的矿渣硅酸盐水泥，为减少水泥用量，施工中可加入适量的粉煤灰以改善混凝土和易性、降低温升、减小收缩具有良好的效果，从而提高其抗裂性。 混凝土配合比设计加入高效减水剂，降低每方混凝土的绝对用水量。 充分利用低温季节施
11、工、降低混凝土的入模温度、分层浇筑和预埋水管通水冷却，能有效地降低温凝土内部的温度峰值。 施工中采用合理的施工工艺，在施工前应准备完善的施工方案细则、充分的原材料、合理的人员和设备配置。 混凝土内部温度达到峰值后，降温阶段最容易出现裂纹，加强表面的保温蓄热养护，减缓气温骤降的冲击，减小表面的降温速度和温度梯度，可以达到降低内外温差的目的。 同时，可考虑承台的配筋除应满足承载力及构造要求外，还结合大体积混凝土的施工方法增配承受因水泥水化热引起的温度应力及控制温度裂纹开展的钢筋，以利用构造钢筋有利控制裂纹。 参考文献： 1 王铁梦编著建筑物的裂缝控制M上海；上海科技出版社，1987 2 龚召熊水工混凝土的温控与防裂M北京；中国水利水电出版社，1999 作者简介：付凌志（1979 年 12 月 10 日 ） 毕业于兰州交通大学土木工程学院 土木工程专业工程师中铁五局集团贵州公司主要从事施工技术管理工作。
