13.3.1.1　混凝土的温度变化过程

混凝土凝固过程中,由于水泥水化,释放大量水化热,使混凝土内部温度逐步上升。对尺寸小的结构,由于散热较快,温度不高,不致引起严重后果。但对大体积混凝土,最小尺寸也常在3～5m以上,而混凝土导热性能随热传导距离呈非线性衰减,大部分水化热将积蓄在浇筑块内,使块内温度达30～50℃,甚至更高。由于内外温差的存在,随着时间的推移,坝内温度逐渐下降而趋于稳定,与多年平均气温接近。大体积混凝土的温度变化过程,可分为如图13.19所示的三个阶段,即温升期、冷却期(或降温期)和稳定期。显然,混凝土内的最高温度Tmax等于混凝土浇筑入仓温度Tp与水化热温升值Tr之和。由Tp到Tmax是温升期,由Tmax到稳定温度Tf是降温期,之后混凝土体内温度围绕稳定温度随外界气温略有起伏。

13.3.1.2　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,如图13.20所示。

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13.19　大体积混凝土的温度变化过程线

图13.20　混凝土坝裂缝形式

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。这些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),称为深层裂缝。当平行坝轴线出现时,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。(www.daowen.com)

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℃。

13.3.1.3　大体积混凝土温度控制的措施

1.减少混凝土发热量

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。采用掺混合材料、调整骨料级配,提高骨料最大粒径、采用低流态混凝土、掺外加剂(减水剂、加气剂)、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等措施降低水泥用量。

2.降低混凝土的入仓温度

(1)在料场加大骨料堆积高度、地弄取料、搭盖凉棚、喷水雾降温(石子)等措施降低骨料入拌和机温度；

(2)用喷水冷却、浸水冷却等措施降低骨料温度；

(3)冷水或加冰拌和混凝土。

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。混凝土浇后立即通水,以降低混凝土的最高温升；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。