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摘要：针对水利水电工程混凝土建设体积越来越大的趋势，文章对大坝大体积混凝土的温度裂缝控制进行了分析探讨，首先简单分析了大体积混凝土裂缝的成因，在此基础上重点分析了大坝大体积混凝土的温度裂缝防范措施，给出了具体的设计、施工和养护方面的裂缝温控措施，对于进一步提高大体积混凝土温度裂缝控制措施应用水平具有一定的借鉴意义。
关键词：水利工程；混凝土工程；温控技术；裂缝防范
中图分类号：TV544文献标识码：A 文章编号：1000－8136（2011）24－0090－02
1引言
随着我国水利水电事业的发展，越来越多的水利工程的规模逐渐扩大，混凝土大坝体积也越来越大，而随着混凝土体积的增大，很多水利大坝都出现了不同程度、不同形式的裂缝，这是一个相当普遍的现象。它是长期困扰着建筑工程技术人员的技术难题。为此，需要有必要开展面向大坝大体积混凝土工程的温度裂缝控制与防范技术研究。
文章主要结合大坝大体积混凝土的施工工艺与特点，对大体积混凝土工程中的裂缝成因及其防范措施进行分析研究，以期从中能够发现有小可靠的混凝土工程温控技术与应用措施，并以此和广大同行分享。
2大体积混凝土裂缝成因概述
大体积混凝土内出现的裂缝，按其深度不同，可分为贯穿裂缝、深层裂缝及表层裂缝3种。贯穿裂缝切断了结构断面，可能破坏结构的整体性和稳定性，其危害性是较严重的；深层裂缝是部分切断了结构断面，也有一定的危害性；表层裂缝一般危害性较小，但处于基础或老混凝土约束范围内的表层裂缝，在内部混凝土降温过程中可能发展为贯穿裂缝。
温度裂缝是由温度变化在不同的约束条件下，致使微观裂缝扩展形成宏观裂缝。一般来说，表面裂缝如果较浅、没有发展到结构中的钢筋表面且随温度变化不再发展，通常不影响工程质量，但绝大多数是有害裂缝。
水泥水化热是大体积混凝土中主要温度因素。混凝土在硬结过程中，由于水泥的水化作用，在初始几天产生大量的水化热，混凝土温度升高。由于混凝土导热不良，体积较大，相对散热较小，因此形成热量的积聚。内部水化热不易散失，外部混凝土散热较快，水化热温升随壁（板）厚度增加而加大，混凝土形成一定的温度梯度。无论温升阶段还是温降阶段，混凝土中心温度总是高于混凝土表面温度。根据热胀冷缩的原理，中心部分混凝土膨胀速率要比表面混凝土大。因此，混凝土中心与表面各质点间的内约束以及来自地基及其他外部边界约束的共同作用，使混凝土内部产生压应力，混凝土表面产生拉应力。当温度梯度大到一定程度时，表面拉应力超过混凝土的极限抗拉强度时，混凝土表面产生裂缝。在升温阶段，混凝土未充分硬化，弹性模量小，因此拉应力较小，只引起混凝土表面裂缝。
大体积混凝土在施工阶段，外界气温的变化影响是显而易见的。因为外界气温愈高，混凝土的浇筑温度也愈高，而如果外界温度下降，又增加混凝土的降温幅度，特别是气温骤降，会大大增加外界混凝土与内部混凝土的温度梯度，这对大体积混凝土是极为不利的。
3大坝大体积混凝土温控技术应用探讨
3.1设计温控预防措施应用
3.1.1设置后浇带
在现浇整体式钢筋混凝土结构中，只在施工期间保留的临时性施工缝，称为“后浇带”。该“后浇带”根据具体条件，保留一定时间后，在进行填充封闭，后浇成连续整体的无伸缩缝结构。因为这种缝只在施工期间存在，所以是一种特殊的施工缝。但是，又因为它的目的是取消结构中的永久性变形缝，与结构的温度收缩应力和差异沉降有关，所以它又是一种设计中的伸缩缝和沉降缝，一种临时性的变形缝。它既是施工措施，又是设计手段。
3.1.2合理配置钢筋
在常温和允许应力状态下，钢筋的性能是比较稳定的，其与混凝土的热膨胀系数相差不大，因而在温度变化时，钢筋与混凝土之间的内应力很小，而钢筋的弹性模量比混凝土的弹性模量大6～16倍。当混凝土的强度达到极限强度、变形达到极限拉伸值时，应力开始转移到钢筋上，从而可以避免裂缝的开展。
3.2施工温控应用措施
3.2.1控制混凝土的浇筑温度
混凝土从搅拌机出料后，经搅拌车或其他工具运输、卸料、浇筑、平仓、振捣等工序后的混凝土温度称为混凝土浇筑温度。在有条件的情况下，混凝土的浇筑温度越低，对于降低混凝土内外温差越有利。关于混凝土浇筑温度的控制，各国都有明确的规定。如美国在ACI施工手册中规定不超过32 ℃；日本土木学会施工规程中规定不得超过30 ℃；日本建筑学会钢筋混凝土施工规程中规定不得超过35 ℃；我国有些规范中提出不得超过25 ℃，否则必须采取特殊技术措施。如采用水管冷却。在混凝土内埋设水管，通低温水以降低混凝土温度；尽量利用低温季节浇筑基础部分混凝土。
3.2.2控制混凝土浇筑温度
为了有效降低大体积混凝土的内外温差，在大体积混凝土施工过程中常采用分块浇筑。分块浇筑又可分为分层浇筑和分段跳仓浇筑法两种。分层浇筑法目前有全面分层法、分段分层法、斜面分层法3种浇筑方案。在时间允许的条件下，可将大体积混凝土结构采用分层多次浇筑，施工层之间的结合按施工缝处理，即薄层浇筑技术，它可以使混凝土内部的水化热得以充分地散发，但这里应该注意的是分层浇筑的间歇时间。若间歇时间过长，则会延长施工工期，另一方面也会使原混凝土对新浇层混凝土产生较大的约束，从而在上下层混凝土结合面产生难以发现的垂直裂缝。若间歇时间过短，则正处于下层混凝土升温阶段，表面温度较高，这时覆盖上层混凝土，就会明显地不利于下层混凝土的散热，同时也容易导致上层混凝土升温，就有可能超过混凝土要求的最高温升，从而加大混凝土产生裂缝的可能性。因此，选择上层混凝土覆盖的适宜时间应是在下层混凝土温度已降到一定值时，即上层混凝土温升倒加到下层后，下层混凝土温度回升值不大于原混凝土最高温升。如果混凝土结构厚度较大，工期又紧张，则这样的薄层浇筑技术虽然可行但不易实现，而且存在施工缝。
3.3养护温控应用措施
在每次混凝土浇筑完毕后，应及时按温控技术措施的要求进行保温养护，并应符合下列规定：①保温养护措施，应使混凝土浇筑块体的内外温差及降温速度满足温控指标的要求，控制降温速度，使之小于1.5 ℃/d；②保温养护的持续时间，应根据温度应力（包括混凝土收缩产生的应力）加以控制、确定，但不得少于15 d。保温覆盖层的拆除应分层逐步进行；③保温养护过程中，应保持混凝土表面的湿润。保温养护是大体积混凝土施工的关键环节。保温养护的目的主要是降低大体积混凝土浇筑块体的内外温差以降低混凝土块体的温度应力，其次是降低大体积混凝土浇筑块体的降温速度，充分利用混凝土的抗拉强度，以提高混凝土块体承受温度应力时的抗裂能力，达到防止或控制温度裂缝的目的。同时，在养护过程中保持良好湿度和防风条件，使混凝土在良好的环境下养护，施工人员应根据事先确定的温控指标的要求，来确定大体积混凝土浇筑后的养护措施。
4结束语
大体积混凝土温度裂缝的控制是关系到结构能否满足正常使用要求的重要研究课题。几十年来，国内外学者对大体积混凝土温度裂缝的起因、裂缝产生的机理、裂缝计算方法及裂缝控制措施等问题开展了大量的试验、调查及研究工作，尤其是应用在水利水电工程方面，大坝建设中的温度裂缝会对大坝质量及可靠性产生致命的影响，为此必须要加强大坝大体积混凝土温度裂缝的控制与研究。文章对大坝大体积混凝土温度裂缝控制措施进行了探讨分析，对于进一步提高大体积混凝土温度裂缝的控制防范措施应用具有较好的指导借鉴意义。
参考文献
1 徐荣年、徐欣磊.工程结构裂缝控制［M］.北京：中国建筑工业出版社，2005
Discussion on the Temperature Control Technology of Dam’s Mass Concrete
Tang Lianhua
Abstract: According to the trend that concrete construction volume of water conservancy and hydropower engineering is growing, the article analyzes the temperature cracks control of dam’s mass concrete. The paper first simply analyzes the causes of cracks in mass concrete, on this basis analyzes the temperature cracks preventive measures of dam’s mass concrete, gives the crack temperature control measures from the aspects of specific design, construction and preservation, so as to provide some reference for further improving the application level of temperature crack control measures for mass concrete.
Key words: water conservancy project; concrete project; temperature control technology; cracks prevention
关键词：水利工程；混凝土工程；温控技术；裂缝防范
中图分类号：TV544文献标识码：A 文章编号：1000－8136（2011）24－0090－02
1引言
随着我国水利水电事业的发展，越来越多的水利工程的规模逐渐扩大，混凝土大坝体积也越来越大，而随着混凝土体积的增大，很多水利大坝都出现了不同程度、不同形式的裂缝，这是一个相当普遍的现象。它是长期困扰着建筑工程技术人员的技术难题。为此，需要有必要开展面向大坝大体积混凝土工程的温度裂缝控制与防范技术研究。
文章主要结合大坝大体积混凝土的施工工艺与特点，对大体积混凝土工程中的裂缝成因及其防范措施进行分析研究，以期从中能够发现有小可靠的混凝土工程温控技术与应用措施，并以此和广大同行分享。
2大体积混凝土裂缝成因概述
大体积混凝土内出现的裂缝，按其深度不同，可分为贯穿裂缝、深层裂缝及表层裂缝3种。贯穿裂缝切断了结构断面，可能破坏结构的整体性和稳定性，其危害性是较严重的；深层裂缝是部分切断了结构断面，也有一定的危害性；表层裂缝一般危害性较小，但处于基础或老混凝土约束范围内的表层裂缝，在内部混凝土降温过程中可能发展为贯穿裂缝。
温度裂缝是由温度变化在不同的约束条件下，致使微观裂缝扩展形成宏观裂缝。一般来说，表面裂缝如果较浅、没有发展到结构中的钢筋表面且随温度变化不再发展，通常不影响工程质量，但绝大多数是有害裂缝。
水泥水化热是大体积混凝土中主要温度因素。混凝土在硬结过程中，由于水泥的水化作用，在初始几天产生大量的水化热，混凝土温度升高。由于混凝土导热不良，体积较大，相对散热较小，因此形成热量的积聚。内部水化热不易散失，外部混凝土散热较快，水化热温升随壁（板）厚度增加而加大，混凝土形成一定的温度梯度。无论温升阶段还是温降阶段，混凝土中心温度总是高于混凝土表面温度。根据热胀冷缩的原理，中心部分混凝土膨胀速率要比表面混凝土大。因此，混凝土中心与表面各质点间的内约束以及来自地基及其他外部边界约束的共同作用，使混凝土内部产生压应力，混凝土表面产生拉应力。当温度梯度大到一定程度时，表面拉应力超过混凝土的极限抗拉强度时，混凝土表面产生裂缝。在升温阶段，混凝土未充分硬化，弹性模量小，因此拉应力较小，只引起混凝土表面裂缝。
大体积混凝土在施工阶段，外界气温的变化影响是显而易见的。因为外界气温愈高，混凝土的浇筑温度也愈高，而如果外界温度下降，又增加混凝土的降温幅度，特别是气温骤降，会大大增加外界混凝土与内部混凝土的温度梯度，这对大体积混凝土是极为不利的。
3大坝大体积混凝土温控技术应用探讨
3.1设计温控预防措施应用
3.1.1设置后浇带
在现浇整体式钢筋混凝土结构中，只在施工期间保留的临时性施工缝，称为“后浇带”。该“后浇带”根据具体条件，保留一定时间后，在进行填充封闭，后浇成连续整体的无伸缩缝结构。因为这种缝只在施工期间存在，所以是一种特殊的施工缝。但是，又因为它的目的是取消结构中的永久性变形缝，与结构的温度收缩应力和差异沉降有关，所以它又是一种设计中的伸缩缝和沉降缝，一种临时性的变形缝。它既是施工措施，又是设计手段。
3.1.2合理配置钢筋
在常温和允许应力状态下，钢筋的性能是比较稳定的，其与混凝土的热膨胀系数相差不大，因而在温度变化时，钢筋与混凝土之间的内应力很小，而钢筋的弹性模量比混凝土的弹性模量大6～16倍。当混凝土的强度达到极限强度、变形达到极限拉伸值时，应力开始转移到钢筋上，从而可以避免裂缝的开展。
3.2施工温控应用措施
3.2.1控制混凝土的浇筑温度
混凝土从搅拌机出料后，经搅拌车或其他工具运输、卸料、浇筑、平仓、振捣等工序后的混凝土温度称为混凝土浇筑温度。在有条件的情况下，混凝土的浇筑温度越低，对于降低混凝土内外温差越有利。关于混凝土浇筑温度的控制，各国都有明确的规定。如美国在ACI施工手册中规定不超过32 ℃；日本土木学会施工规程中规定不得超过30 ℃；日本建筑学会钢筋混凝土施工规程中规定不得超过35 ℃；我国有些规范中提出不得超过25 ℃，否则必须采取特殊技术措施。如采用水管冷却。在混凝土内埋设水管，通低温水以降低混凝土温度；尽量利用低温季节浇筑基础部分混凝土。
3.2.2控制混凝土浇筑温度
为了有效降低大体积混凝土的内外温差，在大体积混凝土施工过程中常采用分块浇筑。分块浇筑又可分为分层浇筑和分段跳仓浇筑法两种。分层浇筑法目前有全面分层法、分段分层法、斜面分层法3种浇筑方案。在时间允许的条件下，可将大体积混凝土结构采用分层多次浇筑，施工层之间的结合按施工缝处理，即薄层浇筑技术，它可以使混凝土内部的水化热得以充分地散发，但这里应该注意的是分层浇筑的间歇时间。若间歇时间过长，则会延长施工工期，另一方面也会使原混凝土对新浇层混凝土产生较大的约束，从而在上下层混凝土结合面产生难以发现的垂直裂缝。若间歇时间过短，则正处于下层混凝土升温阶段，表面温度较高，这时覆盖上层混凝土，就会明显地不利于下层混凝土的散热，同时也容易导致上层混凝土升温，就有可能超过混凝土要求的最高温升，从而加大混凝土产生裂缝的可能性。因此，选择上层混凝土覆盖的适宜时间应是在下层混凝土温度已降到一定值时，即上层混凝土温升倒加到下层后，下层混凝土温度回升值不大于原混凝土最高温升。如果混凝土结构厚度较大，工期又紧张，则这样的薄层浇筑技术虽然可行但不易实现，而且存在施工缝。
3.3养护温控应用措施
在每次混凝土浇筑完毕后，应及时按温控技术措施的要求进行保温养护，并应符合下列规定：①保温养护措施，应使混凝土浇筑块体的内外温差及降温速度满足温控指标的要求，控制降温速度，使之小于1.5 ℃/d；②保温养护的持续时间，应根据温度应力（包括混凝土收缩产生的应力）加以控制、确定，但不得少于15 d。保温覆盖层的拆除应分层逐步进行；③保温养护过程中，应保持混凝土表面的湿润。保温养护是大体积混凝土施工的关键环节。保温养护的目的主要是降低大体积混凝土浇筑块体的内外温差以降低混凝土块体的温度应力，其次是降低大体积混凝土浇筑块体的降温速度，充分利用混凝土的抗拉强度，以提高混凝土块体承受温度应力时的抗裂能力，达到防止或控制温度裂缝的目的。同时，在养护过程中保持良好湿度和防风条件，使混凝土在良好的环境下养护，施工人员应根据事先确定的温控指标的要求，来确定大体积混凝土浇筑后的养护措施。
4结束语
大体积混凝土温度裂缝的控制是关系到结构能否满足正常使用要求的重要研究课题。几十年来，国内外学者对大体积混凝土温度裂缝的起因、裂缝产生的机理、裂缝计算方法及裂缝控制措施等问题开展了大量的试验、调查及研究工作，尤其是应用在水利水电工程方面，大坝建设中的温度裂缝会对大坝质量及可靠性产生致命的影响，为此必须要加强大坝大体积混凝土温度裂缝的控制与研究。文章对大坝大体积混凝土温度裂缝控制措施进行了探讨分析，对于进一步提高大体积混凝土温度裂缝的控制防范措施应用具有较好的指导借鉴意义。
参考文献
1 徐荣年、徐欣磊.工程结构裂缝控制［M］.北京：中国建筑工业出版社，2005
Discussion on the Temperature Control Technology of Dam’s Mass Concrete
Tang Lianhua
Abstract: According to the trend that concrete construction volume of water conservancy and hydropower engineering is growing, the article analyzes the temperature cracks control of dam’s mass concrete. The paper first simply analyzes the causes of cracks in mass concrete, on this basis analyzes the temperature cracks preventive measures of dam’s mass concrete, gives the crack temperature control measures from the aspects of specific design, construction and preservation, so as to provide some reference for further improving the application level of temperature crack control measures for mass concrete.
Key words: water conservancy project; concrete project; temperature control technology; cracks prevention