大坝混凝土快速施工与温控防裂措施

李金涛

（吉林水利电力职业学院，吉林 长春130117）

良好的温度控制是保证混凝土浇筑质量的关键，制作混凝土的主要原料是水泥和水，而水泥遇水后会产生水化热现象，如果散热速度较慢，将提高混凝土的温度，然后逐渐下降，降低至环境温度。温度升高的前期，内部温度大于表面温度，从而形成了内部与外部之间的温度差，导致内部和外部凝结的不一致，发生的变形方式也不相同，最终形成了混凝土裂缝，混凝土整体温度趋向于环境温度后，其内部的结构开始收缩，一旦受到外力的制约，将形成拉应力，也会形成混凝土的裂缝问题。

1 温控计算理论

1.1 温度计算公式

混凝土热传导的计算，需要使用热传导连续方程，初始条件是T=T（x，y，z，t0），公式中的T 是指混凝土温度，单位是℃；θ是指绝热温升，单位是℃；a 是指导温系数；单位是m2/h；τ 是指龄期，单位是d；t 指时间，单位是d。具体公式如下：

1.2 混凝土应力公式

在混凝土施工过程中，由于温度、内部构件收缩等问题，发生变形，从而形成内部非常复杂的应力，并且应变增量处于动态变化，其包括了多种应变增量，应力计算公式如下：

2 温控防裂措施

混凝土温度控制是一个综合性的问题，与温控有关的因素有很多，尤其是在工程施工过程中，不可预测的因素较多，从而增加了温控防裂的难度，温控防裂从原料采购时期就已经开始，现阶段，混凝土温控防裂措施主要从以下几点入手。

2.1 拌和及出机温度

在高温季节，使用风冷、冷水或者是冰块预冷骨料，降低混凝土的出机温度，从而将混凝土整体温度降至为最低温度；在寒冷季节，由于环境温度较低，不宜使用预冷措施，自然搅拌即可。

2.2 原材料控制

混凝土温控防裂需从原材料采购开始，所采购的原材料要严格按照国家标准进行，使用的水泥、粉煤灰、外加剂、骨料等，都要严格遵守大坝施工设计标准，以及完全的满足合同要求，质量需由多个部门联合控制，包括了质量管理部门、物资部、实验室等。在原材料进入施工场地时，需进行抽样检测；在外加剂配置时，需按照实验室下发的配料单进行，计量要准确，搅拌要均匀，配制好后，交由实验室进行检测。

2.3 运输时温控措施

第一，如果施工时环境温度较高，在混凝土运输过程中，需在容器上设置隔热措施，隔离外部温度，防止运输过程中混凝土温度升高；第二，浇筑需要在短时间内快速完成，所以在浇筑之前，做好调度和规划，进行统一配合，统一施工，提高机械设备的利用率，尽量减少运输和卸料时间；第三，运输车辆需选择尾气排放不在容器位置的，容器冲洗时间不可超过120 分钟；第四，从混凝土搅拌到运输，直至最后的振捣环节，将混凝土的温度始终控制在4℃以下。

2.4 仓温控制

第一，在浇筑过程中，当检测仓内温度大于24℃时，需进行喷雾，降低仓内温度，防止热量倒灌；第二，如果环境温度较高，在振捣结束后，使用保温材料覆盖浇筑位置，隔离外部高温，覆盖时间应在5.5h～8.5h 之间；第三，外部环境的温度无论是多少，混凝土浇筑温度都不可超过5℃。

3 大坝混凝土快速施工实例

3.1 工程简介

某大坝使用的是混凝土重力结构，最大坝高为14m，主坝长为16m，底部宽度为21.2m，开挖底高程为-2.1m，防渗面板使用的是厚度为1m 的矿渣混凝土，基础厚度为2.5m，应用粉煤灰混凝土浇筑，大坝模型如图1。

图1 大坝模型

3.2 混凝土快速施工方案

依据大坝施工的实际情况，设计四种不同形式的混凝土浇筑施工方案，应用分层浇筑方式，开展防真计算。第一，A 方案，大坝底板浇筑，做为第一层，需一次浇筑成型，养护60d 后，进行坝体浇筑，高度为1.5m/层，每层间隔时间为18d；第二，B 方案，底层浇筑与A 相同，坝体浇筑高度为3m/层，每层间隔时间为18d；第三，C 方案，底层浇筑与A 相同，坝体浇筑高度为4m/层，每层间隔时间为18d；第四，D 方案，底层浇筑与A 相同，坝体浇筑高度为1.5m/层，每层间隔时间为9d。由于仿真计算与实际施工有着一定的差异，所以在计算时，要考虑昼夜温差，以5d 为标准，浇筑时5 天内的平均气温设为20℃，昼夜温差为9℃。在进行浇筑温度的计算时，将大坝的缝面、基础四周边界都视为绝热边界，其他面视为热量交换边界；应力计算时，将大坝基础视为铰支座，使用连杆支撑的方式，将上部坝体视为自由结构，由于选取的浇筑方案不同，混凝土表面和内部的温度、应力也会有很大的差异，所以为了获取不同浇筑方案，产生的不同结果，在混凝土面板位置，距离底板大约1.2m 处，选择一个内点和一个外点，作为主要的检测对象。

3.3 计算参数

该大坝使用的混凝土配合比如表1 所示，实验室提供了混凝土的热力学参数，具体详见表2。其中，大坝面板位置使用的是矿渣混凝土，其θ（绝热温升）为T=39.21τ/（0.35+τ），底板使用的是粉煤灰混凝土，其θ 为T=47.31τ/（0.70+τ），其他混凝土为θ（τ）=26.1（1-e-0.34τ0.75）。

表1 大坝混凝土配合比（kg/m3）

表2 混凝土热力学参数

3.4 混凝土快速施工结果分析

3.4.1 温度分析

通过仿真计算，对设置的检测对象进行分析，受到水泥水化热的影响，浇筑后混凝土内部检测点温度升高，浇筑厚度不同，温度的变化也有很大的差异，而混凝土浇筑的表面温度，受到外部环境温度的影响很大；在浇筑的一段时间后，混凝土内部和外部的温度，在环境温度的作用下，逐渐降低，波动变化不大。当进行上一层混凝土浇筑时，下层混凝土受到热传导的影响，温度会有所升高，查看下层靠进上层位置设置的检测点，会发现下层混凝土内部温度将接近4℃。

3.4.2 应力分析

坝体在浇筑的后期，底板混凝土的约束力不断增加，而上层混凝土的不断浇筑，会进一步增加底板混凝土的压力，还有一个原因是，面板混凝土在凝结过程中，会产生较大的干缩值，从而增加了上层浇筑的约束，而每层浇筑之间的间隔时间，会使大坝底板位置的弹模得到膨胀，提高了上层混凝土的约束力，从而形成内部复杂的拉应力。通过仿真计算，对坝体混凝土温度的变化趋势，以及坝体浇筑后期混凝土体的约束力变化，和面板、底板受到的应力分析，结合A、B、C 三种方案来看，A 方案浇筑高度为1.5m/层，所以施工时间也最长；B 方案时间要少于A 方案，C 方案使用的浇筑高度为4m/层，时间是最短的，但同时也是温控防裂难度最大的施工方案；D 方案使用的是1.5m/层的浇筑方式，间隔时间只有以上方案的一半，施工速度得到明显的提升，极大缩减了施工周期，并且温控防裂的难度较小。

有分析指出，由于浇筑施工间隔时间过长，浇筑的混凝土内部热量流失也就越多，再进行下一层的浇筑时，将导致内外温差的提高，从而增加了裂缝的风险；而增加浇筑厚度，使混凝土内部的温度增加，再浇筑下一层，进一步的增加了内外温差，也是产生裂缝的主要原因。由于施工环境的问题，导致大坝工期紧张，通过合理的温控防裂措施，以及加快大坝混凝土的施工速度，在保证工程质量的前提下，减少混凝土的浇筑厚度，缩短浇筑的间隔时间。应用温控防裂计算公式，进行仿真计算，从而确定了短间歇薄层浇筑的可行性，为快速施工的开展提供了有利的数据支撑。