水工混凝土温控措施探讨

刘秀

摘 要 工程实践表明，不少水工混凝土结构存在温度变化导致的开裂现象，因此，在水工建筑物施工中，温度控制是一个十分重要的工作和研究课题。本文将在介绍温度变化对水工建筑造成危害的基础上，分析进行温度控制的主要措施。

关键词 水工混凝土；裂缝；温控

到今天，混凝土已经经历了160多年的发展历史，它具有承载能力强、经久耐用的优点，是一种必不可少的建筑材料，在水利、交通、住宅等工程建设中得到广泛使用。但是由于混凝土特有的化学性质，使其在养护的过程能够中很容易释放出大量的热，使得建筑物内外温差过大，温度应力使得建筑表面出现裂缝，影响美观度的同时也会对建筑的使用寿命和耐久度产生不良影响。因此，进行温度控制，防止裂缝的形成和发展对水工建筑建设来讲至关重要。

1 温度变化对水工建筑物造成的危害

水工建筑物往往修建在大江大河上，根据河流的水位变化确定修建的时期，因此具有工程量大、工期紧张的特点，同时为了减少冷缝的出现，需要保证一定的浇筑速度。但是混凝土在凝结的过程中，需要释放大量的水化热，在较快的浇筑速度下，水化热不能有效释放出来，就会使建筑物内外温差加大，产生温度应力，当温度应力超过了混凝土的抗拉强度，建筑物表面就会出现裂缝。根据宽度和深度，可以将裂缝分为细微裂缝、表面裂缝、贯穿裂缝三种，其中细微裂缝并不会对水工建筑物产生较大的破坏；表面裂缝较浅，但是存在演化为贯穿裂缝的可能性，同时对建筑物的抗腐蚀性能、抗冰冻性能产生一定的影响，需要采取措施进行的修复；贯穿裂缝会对建筑物的整体受力情况造成影响，同时影響防渗效果，在水工建筑物投入使用之后可能会造成严重的事故灾害。

对水工建筑物来讲，裂缝出现的位置最多、影响最大的部位主要有闸墩和坝体两个结构。以闸墩为例，北京永定河闸墩在设计及施工的过程中未考虑温控因素，导致结构在施工的过程中出现了很多裂缝，这些裂缝对整个闸门耐久度、防渗性能都产生了严重的影响。以坝体为例，美国利贝坝有7个坝段迎水面出现裂缝，并导致基础廊道漏水，影响了整个坝体的安全性和稳定性，我国国内的三峡大坝在建设阶段，也出现了严重的裂缝问题。

由此可见，温度变化所产生的裂缝在水工建筑物的建设过程中是十分普遍的，同时会对水工建筑物的整体性能产生影响，因此在水工建筑物施工过程中，需要采取措施减少温度对建筑物主体的影响[1]。

2 水工建筑物混凝土施工过程中的温控措施

借助有限元工具计算水工混凝土结构的温度场、应力场是进行温控的最先进方法，研究人员可以根据计算结果确定是否需要在设计及施工的过程中采取温控措施以及怎样的温控措施，从而有效防止混凝土因为温度变化而出现裂缝。具体的混凝土温控措施包括以下几种：

2.1 降低混凝土发热量

混凝土凝结过程中释放的水化热同混凝土水泥的用量、水泥的种类、骨料级配配比、是否使用外加剂有关。首先，根据水工建筑物不同结构需要承载的应力状况对整体建筑物进行分区，不同分区采用不同标号的水泥，在保证建筑物强度承载力的同时降低水化热。其次，采用流动性低、坍落度小的干硬性混凝土，这种类型的混凝土含水量低，在满足强度要求的同时能够降低水化反应的速度，从而起到减少水化热的目的，基于这一要求，水工建筑物不易采用泵送混凝土浇筑，而应当使用吊空模板的施工方法。其次，改善骨料级配。对于大型水工建筑物工程，进行现场试验，确定骨料级配和水泥用量，以减少单位体积水泥用量，降低水化热。此外，还可以添加减水剂，在满足混凝土强度要求的前提下，减少水泥用量，提高早期极限抗拉强度。

2.2 降低混凝土的入仓温度

混凝土浇筑过程中，要尽量避开环境温度高的时间。尽量在春秋季浇筑，夏季施工时，选择早晚浇筑，以降低入仓温度，减少温度裂缝。此外，还可以采用加冰或加冰水拌和的方法，抵消水化热和外界环境温度过大带来的影响。加冰的量会影响水化的速度，拖延工期，因此需要选择合适的加冰量，平衡投资与质量之间的关系。另外，还可以选择预冷骨料的方式降低水化热，预冷的方式有风冷、水冷、真空汽化冷却以及液氮冷却。预冷的范围仅限混凝土骨料，如果预冷水泥，会降低水泥性能，使混凝土强度达不到设计要求。

2.3 加速混凝土水化热的消散速度

加速混凝土水化热消散速度的方式主要有两种。其一为自然散热冷却降温的方法，该方法主要通过控制浇筑混凝土的方式来增大散热面，起到降温的效果，在浇筑的过程中，选择薄层浇筑的方法，并适当延长浇筑的时间间隔，降低温度升高的速度。在夏季高温时段，如果已经采用了骨料预冷的方法，也可以采用厚块浇筑，这样可以有效防止外界温度过高而出现热量倒流的现象，保证预冷效果。

加速混凝土水化热消散速度的另一种常用方法为预埋水管冷却。该方法在20世纪30年代胡佛重力坝的施工中首次得到应用，目前已经成为大体积混凝土施工中主要的温控措施。水管冷却的过程分为两个阶段，第一阶段发生在混凝土初凝之后，或浇筑的过程中，目的在于降低水化热造成的温度峰值，第二个阶段发生在水化热基本消散完毕后，主要目的在于接缝灌浆或为了控制混凝土内外温差。

2.3 减少约束，抵消温度应力

对于水闸来讲，可以采用减少约束的方式补偿温度变化对闸墩造成的破坏。首先要减少浇筑块的长度，浇筑块越长，则约束越大，越容易出现温度裂缝，同时浇筑的均匀性很难控制，出现薄弱层的可能性就越大。因此闸墩的浇筑主要采用分块浇筑的方法，在水化热消散殆尽后使用膨胀混凝土进行填充，填充的过程中需要控制浇筑层的厚度和间隔时间。此外，还可以通过添加膨胀剂来减小基础约束区的约束作用，增加闸墩的预应力，削弱温度变化产生的温度应力，提高闸墩的抗裂性能[2]。

3 结束语

水工混凝土结构因温度变化出现裂缝是一种十分常见的现象，由于裂缝会对水工建筑物的性能产生不利影响，因此要在设计和施工的过程中采取必要的温度控制措施，降低水化热，减少温度裂缝的产生。水工混凝土的温控研究是一项复杂而困难的工作，目前的研究还尚未触及根本，未来还要对很多问题做进一步的探索。

参考文獻

[1] 刘迪，于勇军.大体积水工混凝土温控措施的研究[J].黑龙江科技信息，2016，（15）：235.

[2] 王琳.谈水工混凝土温控防裂措施[J].民营科技，2012，（10）：246.