混凝土坝的温度控制方法

（一）制定温度控制标准

一般把结构最小尺度大于2m的混凝土称为大体积混凝土。大体积混凝土要求控制水泥水化产生的热量及伴随发生的体积变化，尽量减少温度裂缝。

图5-23　水泥水化热与龄期关系曲线

1.混凝土温度变化过程

水泥在凝结硬化过程中，会放出大量的水化热。水泥在开始凝结时放热较快，以后逐渐变慢，普通水泥最初3d放出的总热量占总水化热的50%以上。水泥水化热与龄期的关系曲线如图5-23所示。

图中Q0为水泥的最终发热量（J/kg），其中m为系数，它与水泥品种及混凝土入仓温度有关。

图中公式为

式中　Qt——每千克水泥在龄期t时的发热量，J/kg；

　　　Q0——每千克水泥的最终发热量，J/kg；

　　　m——水泥发热速率，d-1，除取决于水泥品种外，还与混凝土入仓温度有关（5～25℃时其值为0.285～0.384d-1）；

　　　t——龄期，d；

　　　e——自然对数的底，e=2.7183。

混凝土的温度随水化热的逐渐释放而升高，当散热条件较好时，水化热造成的最高温度升高值并不大，也不致使混凝土产生较大裂缝。而当混凝土的浇筑块尺寸较大时，其散热条件较差，由于混凝土导热性能不良，水化热基本上都积蓄在浇筑块内，从而引起混凝土温度明显升高，有时混凝土块体中部温度可达60～80℃。由于混凝土温度高于外界气温，随着时间的延续，热量慢慢向外界散发，块体内温度逐渐下降。这种自然散热过程甚为漫长，大约要经历几年以至几十年的时间水化热才能基本消失。此后，块体温度即趋近于稳定状态。在稳定期内，坝体内部温度基本稳定，而表层混凝土温度则随外界温度的变化而呈周期性波动。由此可见，大体积混凝土温度变化一般经历升温期、冷却期和稳定期3个时期，如图5-24所示。

图5-24　大体积混凝土温度变化过程

由图5-24可知：

由于稳定温度Tf值变化不大，所以要减少温差ΔT，就必须采取措施降低混凝土入仓温度Tp和混凝土的最大温升Tr。

2.温度应力与温度裂缝

混凝土温度的变化会引起混凝土体积变化，即温度变形，而温度变形一旦受到约束不能自由伸缩时，就必然引起温度应力，若为压应力，通常无大的危害；若为拉应力，当超过混凝土抗拉强度极限时，就会产生温度裂缝。混凝土坝裂缝型式见图5-25。

（1）表面裂缝。大体积混凝土结构块体各部分由于散热条件不同，温度也不同，块体内部散热条件差，温度较高，持续时间也较长；而块体外表由于和大气接触，散热方便，冷却迅速。当表面混凝土冷却收缩时，就会受到内部尚未收缩的混凝土的约束产生表面温度拉应力，当它超过混凝土的抗拉极限强度时就会产生裂缝。

图5-25　混凝土坝裂缝型式(www.xing528.com)

1—贯穿裂缝；2—深层裂缝；3—表面裂缝

一般表面裂缝方向不规则，数量较多，但短而浅，深度小于1m，缝宽小于0.5mm，有的后来还会随着坝体内部温度降低而自行闭合，因而对一般结构威胁较小。但在混凝土坝体上游面或其他有防渗要求的部位，表面裂缝形成了渗透途径，在渗水压力作用下，裂缝易于发展。在基础部位，表面裂缝还可能与其他裂缝相连，发展成为贯穿裂缝，对建筑物的安全运行都是不利的，因此必须采取一些措施，防止表面裂缝的产生和发展。

防止表面裂缝的产生，最根本的是把内外温差控制在一定范围内。防止表面裂缝还应注意防止混凝土表面温度骤降（冷击）。冷击主要是冷风寒潮袭击和低温下拆模引起的，这时会形成较大的内外温差，最容易发生表面裂缝。因此在冬季不要急于拆模，对新浇混凝土的表面，当温度骤降前应进行表面保护。表面保护措施可采用保温模板、挂保温泡沫板、喷水泥珍珠岩、挂双层草垫等。

（2）深层裂缝和贯穿裂缝。混凝土凝结硬化初期，水化热使混凝土温度升高，体积膨胀，基础部位混凝土由于受基岩的约束，不能自由变形而产生压应力，但此时混凝土塑性较大，所以压应力很低。随着混凝土温度的逐渐下降，体积也随之收缩，这时混凝土已硬化，并与基础岩石黏结牢固，受基础岩石的约束不能自由收缩，而使混凝土内部除抵消了原有的压应力外，还产生了拉应力，当拉应力超过混凝土的抗拉极限强度时，就产生裂缝。裂缝方向大致垂直于岩面，自下而上开展，缝宽较大（可达1～3mm），延伸长，切割深（缝深可达3～5m以上），称之为深层裂缝。当裂缝平行于坝轴线出现时，常常贯穿整个坝段，则称为贯穿裂缝。

基础贯穿裂缝对建筑物安全运行是很危险的，因为这种裂缝发生后，就会把建筑物分割成独立的块体，使建筑物的整体性遭到破坏，坝内应力发生不利变化，特别对于大坝上游坝踵处将出现较大的拉应力，甚至危及大坝安全。

防止产生基础贯穿裂缝，关键是控制混凝土的温差，通常基础容许温差的控制范围见表5-11。

表5-11　基础容许温差ΔT　单位：℃

混凝土浇筑块经过长期停歇后，在长龄期老混凝土上浇筑新混凝土时，老混凝土也会对新混凝土起约束作用，产生温度应力，可能导致新混凝土产生裂缝，所以新老混凝土间的内部温差（即上下层温差），也必须进行控制，一般允许温差为15～20℃。

（二）混凝土温度控制措施

为了防止混凝土温度裂缝、减轻温度应力，可以从混凝土减热和散热两个方面着手。

1.减少混凝土发热量

（1）采用低热水泥。采用水化热较低的普通大坝水泥、矿渣大坝水泥及低热膨胀水泥。

（2）降低水泥用量可采用的措施：①掺混合材料；②调整骨料级配，提高骨料最大粒径；③采用低流态混凝土；④掺外加剂（减水剂、加气剂）；⑤其他措施如采用埋石混凝土、坝体分区使用不同强度等级的混凝土、利用混凝土的后期强度。

2.降低混凝土的入仓温度

（1）料场措施包括：①加大骨料堆积高度；②地弄取料；③搭盖凉棚；④喷水雾降温（石子）。

（2）冷水或加冰屑拌和。

（3）预冷骨料措施有：①水冷，如喷水冷却、浸水冷却；②气冷，即在供料廊道中通冷气。

（4）减少预冷混凝土运输和浇筑过程中温度回升，主要措施有：①平仓振捣后仓面覆盖隔热保温材料；②利用阴天浇筑；③控制混凝土运输时间；④严格控制仓面浇筑暴露时间；⑤运输机具加保温措施；⑥减少转运次数。

3.散发浇筑块热量

（1）表面自然散热。采用薄层浇筑，浇筑层厚度采用3～5cm，在基础地面或老混凝土面上可以浇1～2m的薄层，上、下层间歇时间宜为5～10d。浇筑块的浇筑顺序应间隔进行，尽量延长两相邻块的间隔时间，以利侧面散热。

（2）人工强迫散热——埋冷却水管。利用预埋的冷却水管通低温水以散热降温。冷却水管的作用有以下几个：

1）一期冷却。混凝土浇后立即通水，以降低混凝土的最高温升。

2）二期冷却。在接缝灌浆时将坝体温度降至灌浆温度，扩张缝隙以利灌浆。