水工混凝土的温控与防裂.doc

三峡大学职业技术学院建筑工程系 · PAGE 1· 水工混凝土的温控与防裂 2000级水工　　杨元红 [摘 要]为了兴修水利、防治水害，人类在几千年前就开始建造水坝，早期建造的是土坝、砌石坝、堆石坝和木坝。混凝土坝的建造始于20世纪初叶。由于混凝土是脆性材料，其抗拉强度远大于抗压强度，在建造混凝土坝时，如何防止裂缝始终是一个问题。 关键词　　混凝土 裂缝 温控 防裂 气温骤降在混凝土表层将引起急剧的降温，由于混凝土为热量的不良导体，这时内部混凝土仍处于高温阶段，因而，在表层将形成很陡的温度梯度，严重限制表层混凝土的积聚收缩，使混凝土的徐变性能不能发挥作用。必须指出，在龄期3~5d拆模的混凝土，使表层混凝土突然暴露在较冷的空气中，也相当于一次气温骤降，因此，拆模后必须立即进行保温。据美国混凝土学会杂志(A.C.I)的资料统计：“一个缓慢的降温，混凝土承受降温的数值（可考虑在几个星期内发生的）比陡降甚至可以大３~４倍，由于很缓慢的降温，徐变作用大约可以减小混凝土的变形模量2/3左右，其余的部分，由于大体积混凝土和基岩或上下层的温度变形一致而降低了约束的程度”。所以气温骤降，是很容易在混凝土表层产生裂缝的，如果这些裂缝，是出现在基岩面附近，由于坝体后期的均匀降温、受基岩约束产生的温度应力，将在这些裂缝出现的部位，形成应力集中，逐步发展成贯穿裂缝。如果这些裂缝是出现在脱离基础约束范围以外；则在经历一个较长降温过程以后，如果内部的温度比较高，在混凝土块内部将形成一个梯度比较陡的非线性温度场，从而，使裂缝向纵深发展，形成深层裂缝。 平行于坝轴方向的基础贯穿裂缝或深层裂缝，一旦形成以后，它的危害性是十分严重的。这些裂缝破坏了结构的整体性，改变了设计安排的应力分布图形，改变了混凝土建筑物的受力条件，从而使局部甚至整体结构发生破坏的可能，即使是一般的表面裂缝对混凝土的耐久性也是有损害的，温度应力和结构应力迭加，对整个结构的应力状态，在运行阶段具有不容忽视的影响。发生在大头坝，宽缝重力坝乃至实体重力坝上游面的垂直深层裂缝，严重的可以贯通到基岩，不但影响结构稳定，还可能成为渗漏的通道，对结构有很大的危害，需要处理。 70年代以来，实体坝上游面发生这类裂缝的多起来。美国利贝坝(1966~1971)坝高127米，有七个坝段上游面裂缝，并导致基础廊道漏水。我国的恒仁大头坝、侵莴重力坝和柘溪大头坝也都发生过这类裂缝。 水工混凝土的温控防裂的综合措施有：选用中热或低热水泥最好是微膨胀性能的混凝土，必须具备足够大的抗裂能力、合理的分缝分块、有序的进行安排、控制坝体温度和表面保护等。 1 保证并改善混凝土的抗裂能力 由于混凝土抗拉强度仅为抗压强度十分之一左右，且温控防裂设计的安全储备远小于结构设计，而现在实际施工水平有时又达不到设计要求的施工匀质性指标，所以在施工过程中还应提高混凝土施工管理和工艺水平，改善混凝土性能，保证达到设计的混凝土抗裂能力并力争有所提高。 2 合理分缝分块 大坝被永久性横缝划分为坝段，合理选择坝段竖向施工缝形式和分缝间距是大坝防裂的主要措施之一。现从温控防裂角度分叙合理分缝分块应考虑的主要因素： （1）温控条件：通仓浇筑的温度标准比柱状块严格，柱状块尺寸大的比尺寸小的温差标准严格，因而坝块尺寸越大，就需要配制规模更大和更有效的制冷设施，以满足温控防裂要求。另一方面通仓或大柱块的基础约束区高度民主比一般柱状块为高，往往难以避免高温季节浇筑约束区混凝土，所以温控严格的部位多且难度较大。 （2）分块形状与尺寸：理论分析和工程实践均表明，浇筑块绝对尺寸越大，长宽比越大对防裂越是不利。块体长边尺寸小于15m的柱状块，基本无需专门温控防裂措施。长边尺寸由15m增大至40m左右，温度应力随尺寸增加而增加，温控防裂措施也随之从严。至于长边尺寸达50m以上则与通仓相当。 （3）施工条件：通仓和大柱块要求施工机械化和施工管理水平较高，以便能连续、均衡地浇筑混凝土，以利于防裂。而较小尺寸柱状块可使用于一般施工机械和施工水平。 （4）结构措施：大坝结构一般采用通仓、灌浆纵缝或宽槽等分缝形式。电站结构形状较复杂，一般采用错缝为主的分缝形式。 3 控制坝体最高温度 应采取必要温控措施，使坝体实际出现的最高温度不超过坝体设计允许最高温度，这是防止基础贯穿裂缝或深层裂缝的主要措施之一。控制坝体实际最高温度的有效措施是降低混凝土浇筑温度，减少胶凝材料的水化热温升。 降低水化热温升靠采用发热量低的中热硅酸盐水泥和低热硅酸盐水泥，选择较优骨料级配和掺适量优质粉煤灰、外加剂，并采取合理层厚、间歇期和初期通水冷却等措施。 在混凝土浇筑温度与当时外界气温相近情况下，为较充分利用浇筑层顶面散热的有利因素，层厚可根据温控、浇筑能力、结构和立模等条件调整，夏季