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1、第四节第四节 混凝土的温度控制与混凝土的温度控制与分缝分块分缝分块混凝土温度控制混凝土温度控制 一、混凝土温度控制的基本任务一、混凝土温度控制的基本任务 为了为了明确混凝土温度控制的基本任明确混凝土温度控制的基本任务务，应首先弄清，应首先弄清混凝土的温度变化过程混凝土的温度变化过程以及与温度变化密切相关的以及与温度变化密切相关的裂缝的问题裂缝的问题（一一）混混凝凝土土的的温温度度变变化化过过程程 混混凝凝土土在在凝凝固固过过程程中中，由由于于水水泥泥水水化化，释释放放大大量量水水化化热热，使使混混凝凝土土内内部部温温度度逐逐步步上上升升。对对大大体体积积混混凝凝土土，大大部部分分水水化化热热将
2、将积积蓄蓄在在浇浇筑筑块块内内，使使块块内内温温度度达达3050，甚甚至至更更高高。由由于于内内外外温温差差的的存存在在，随随着着时时间间的的推推移移，坝坝内内温温度度逐逐渐渐下下降降而而趋趋于于稳稳定定，与与多多年年平平均均气气温温接接近近。大体积混凝土的温度变化过程，可分为三个阶段，即大体积混凝土的温度变化过程，可分为三个阶段，即温升期、温升期、冷却期（或降温期）和稳定期冷却期（或降温期）和稳定期 大体积混凝土的温度变化过程线大体积混凝土的温度变化过程线 混混凝凝土土内内的的最最高高温温度度T Tm ma ax x等等于于混混凝凝土土浇浇筑筑入入仓仓T TP P与与水水化化热热温温升升值值
3、T Tr r之之和和。由由T TP P到到T Tm ma ax x是是温温升升期期，由由T Tm ma ax x到到稳稳定定温温度度T Tf f是是降降温温期期，之之后后混混凝凝土土体体内内温温度度围围绕绕稳稳定定温温度度随随外外界界气气温温略略有有起起伏伏。TmaxTmax与与TfTf之差称混凝土体的最大温差，记为之差称混凝土体的最大温差，记为TT。要确定。要确定TmaxTmax，须先，须先根据水泥品种和用量，确定水泥水化热引起的温升根据水泥品种和用量，确定水泥水化热引起的温升TrTr，同时还须确，同时还须确定混凝土的入仓温度定混凝土的入仓温度T TP P。T TP P的值等于：的值等于：T
4、P=Tb+tTP=Tb+t 式中式中tt混凝土自出拌和机到入仓的温度变化值，混凝土自出拌和机到入仓的温度变化值，。TbTb混凝土的拌和温度，混凝土的拌和温度，。（二二）温温度度应应力力与与温温度度裂裂缝缝 大大体体积积混混凝凝土土的的温温度度应应力力，是是由由于于变变形形受受约约束束而而产产生生：基基础础混混凝凝土土在在降降温温过过程程中中受受基基岩岩或或老老混混凝凝土土的的约约束束；由由非非线线性性温温度度场场引引起起各各单单元元体体之之间间变变形形不不一一致致的的内内部部约约束束；在在气气温温骤骤降降情情况况下下，表表层层混混凝凝土土的的急急剧剧收收缩缩变变形形，受受内内部部热热胀胀混混凝
5、凝土土的的约约束束等等。由于混凝土的由于混凝土的抗压强度远高于抗拉强度抗压强度远高于抗拉强度，在温度压应力作用，在温度压应力作用下不致破坏的混凝土，当受到温度拉应力作用时，常因抗拉强度不下不致破坏的混凝土，当受到温度拉应力作用时，常因抗拉强度不足而产生裂缝。足而产生裂缝。随着约束情况的不同，大体积混凝土温度裂缝有如下两种：随着约束情况的不同，大体积混凝土温度裂缝有如下两种：表面裂缝表面裂缝 贯穿裂缝和深层裂缝贯穿裂缝和深层裂缝1 1、表面裂缝、表面裂缝 混凝土浇筑后，其内部由于水化热温升，体积膨胀，如受混凝土浇筑后，其内部由于水化热温升，体积膨胀，如受到岩石或老混凝土约束，在初期将产生较小的压
6、应力，当混凝土温到岩石或老混凝土约束，在初期将产生较小的压应力，当混凝土温度继续下降时，混凝土块内将出现较大的拉应力，但混凝土的强度度继续下降时，混凝土块内将出现较大的拉应力，但混凝土的强度和弹模随龄期而增长，只要对基础块混凝土进行适当的温度控制即和弹模随龄期而增长，只要对基础块混凝土进行适当的温度控制即可防止开裂。可防止开裂。但遇但遇寒潮，气温骤降寒潮，气温骤降，表层降温收缩，内胀外缩，在混凝土，表层降温收缩，内胀外缩，在混凝土内部产生压应力，表层产生拉应力内部产生压应力，表层产生拉应力。当表层温度拉应力超过混凝土的允许抗拉强度时，将产生裂当表层温度拉应力超过混凝土的允许抗拉强度时，将产生裂
7、缝，形成表面裂缝，其深度不超过缝，形成表面裂缝，其深度不超过30cm。特点：特点：这种裂缝多发生在浇筑块侧壁，方向不定，短而浅，这种裂缝多发生在浇筑块侧壁，方向不定，短而浅，数量较多。随着混凝土内部温度下降，外部气温回升，有重新闭合数量较多。随着混凝土内部温度下降，外部气温回升，有重新闭合的可能。的可能。大量工程实践表明，混凝土坝温度裂缝中绝大多数为表面裂大量工程实践表明，混凝土坝温度裂缝中绝大多数为表面裂缝，且大多数表面裂缝是在混凝土浇筑初期遇气温骤降等原因引起缝，且大多数表面裂缝是在混凝土浇筑初期遇气温骤降等原因引起的，少数表面裂缝是由于中后期受年变化气温或水温影响内外温差的，少数表面裂缝
8、是由于中后期受年变化气温或水温影响内外温差过大造成的。过大造成的。表面保护是防止表面裂缝的最有效措施，特别是混凝土浇筑表面保护是防止表面裂缝的最有效措施，特别是混凝土浇筑初期内部温度较高时由为注意表面保护。初期内部温度较高时由为注意表面保护。2 2、贯贯穿穿裂裂缝缝和和深深层层裂裂缝缝 变变形形和和约约束束是是产产生生应应力力的的两两个个必必要要条条件件。由由于于混混凝凝土土浇浇筑筑温温度度过过高高，加加上上混混凝凝土土的的水水化化热热温温升升，形形成成混混凝凝土土的的最最高高温温度度，当当降降到到施施工工期期的的最最低低温温度度或或降降到到水水库库运运行行期期的的稳稳定定温温度度时时，即即产
9、产生生基基础础温温差差，由由这这种种均均匀匀降降温温产产生生混混凝凝土土裂裂缝缝，这这种种裂裂缝缝是是混混凝凝土土的的变变形形受受外外界界约约束束而而发发生生的的，所所以以它它整整个个端端面面均均匀匀受受拉拉应应力力，一一旦旦发发生生，就就形形成成贯贯穿穿性性裂裂缝缝。由温度变化引起温度变形是普遍存在的，有无温度应力出现由温度变化引起温度变形是普遍存在的，有无温度应力出现的的关键在于有无约束关键在于有无约束。人们把基岩、老混凝土视为刚性基础。这种基础对新浇不久人们把基岩、老混凝土视为刚性基础。这种基础对新浇不久的混凝土产生温度变形所施加的约束作用，称为的混凝土产生温度变形所施加的约束作用，称为
10、基础约束基础约束。这种约。这种约束在混凝土束在混凝土升温膨胀期引起压应力升温膨胀期引起压应力，在，在降温收缩时引起拉应力降温收缩时引起拉应力。当。当此拉应力超过混凝土的极限抗拉强度时，就会产生裂缝，称为此拉应力超过混凝土的极限抗拉强度时，就会产生裂缝，称为基础基础约束裂缝约束裂缝。由于这种裂缝自基础面向上开展，严重时可能贯穿整个坝由于这种裂缝自基础面向上开展，严重时可能贯穿整个坝段，故又称为段，故又称为贯穿裂缝贯穿裂缝。此种裂缝宽度随气温变化很敏感；表面宽度沿延伸方向的变此种裂缝宽度随气温变化很敏感；表面宽度沿延伸方向的变化也是很明显的。此外，裂缝在接近基岩部位和顶端，都是逐渐尖化也是很明显的
11、。此外，裂缝在接近基岩部位和顶端，都是逐渐尖灭的。切割的深度可达灭的。切割的深度可达35m以上，故又称为以上，故又称为深层裂缝深层裂缝。裂缝的宽。裂缝的宽度可达度可达13mm，且多垂直基面向上延伸，既可能平行纵缝贯穿，且多垂直基面向上延伸，既可能平行纵缝贯穿，也可能沿流向贯穿。也可能沿流向贯穿。15可编辑（三）大体积混凝土温度控制的任务（三）大体积混凝土温度控制的任务首首要要任任务务是是通通过过控控制制混混凝凝土土的的拌拌和和温温度度来来控控制制混混凝凝土土的的入入仓仓温温度度；再再通通过过一一期期冷冷却却来来降降低低混混凝凝土土内内部部的的水水化化热热温温升升，从从而而降降低低混混凝凝土土内
12、内部部的的最最高高温温升升，使使温温差差降降低低到到允允许许范范围围。另另一一任任务务是是通通过过二二期期冷冷却却，使使坝坝体体温温度度从从最最高高温温度度降降到到接接近近稳稳定定温温度度，以以便便在在达达到到灌灌浆浆温温度度后后及及时时进进行行纵纵缝缝灌灌浆浆。（四）大体积混凝土温度控制标准（四）大体积混凝土温度控制标准 温度控制标准实质上就是温度控制标准实质上就是将大体积混凝土内部和基础之间的温差将大体积混凝土内部和基础之间的温差控制在基础约束应力控制在基础约束应力小于混凝土允许抗拉强度以内小于混凝土允许抗拉强度以内，即，即 式中式中 p混凝土的抗拉强度，混凝土的抗拉强度，Pa；K安全系数
13、，一般取安全系数，一般取1.31.8，工程等级高的，工程等级高的取大值，等级低的取小值。取大值，等级低的取小值。控制混凝土的极限拉伸值。控制混凝土的极限拉伸值。当下层混凝土龄期超过当下层混凝土龄期超过28天成为老混凝土时，其上层混凝土浇筑应天成为老混凝土时，其上层混凝土浇筑应控制上、下层温差，温差要求上下层温差值不大于控制上、下层温差，温差要求上下层温差值不大于1520。确定灌浆温度是温控的又一标准。确定灌浆温度是温控的又一标准。三三、大大体体积积混混凝凝土土的的温温度度控控制制措措施施 温温度度控控制制的的具具体体措措施施常常从从混混凝凝土土的的减减热热和和散散热热两两方方面面着着手手。减减
14、热热就就是是减减少少混混凝凝土土内内部部的的发发热热量量，如如降降低低混混凝凝土土的的拌拌和和出出机机温温度度，以以降降低低入入仓仓浇浇筑筑温温度度Tp；减减少少混混凝凝土土的的水水化化热热温温升升Tr，以以降降低低混混凝凝土土可可能能达达到到的的最最高高温温度度Tmax。散散热热就就是是采采取取各各种种散散热热措措施施，如如增增加加混混凝凝土土的的散散热热面面，在在混混凝凝土土温温度度升升期期采采取取人人工工冷冷却却降降低低其其最最高高温温升升，当当到到达达最最高高温温度度后后，采采取取人人工工冷冷却却措措施施，缩缩短短降降温温冷冷却却期期，将将混混凝凝土土块块内内的的温温度度尽尽快快地地降
15、降到到灌灌浆浆温温度度，以以便便进进行行接接缝缝灌灌浆浆。1、降低混凝土水化热温升、降低混凝土水化热温升（1）减少每立方米混凝土的水泥用量）减少每立方米混凝土的水泥用量其主要措施有：其主要措施有：1）根据坝体的应力场对坝体进行分区，对于不同分区采用不同标号）根据坝体的应力场对坝体进行分区，对于不同分区采用不同标号的混凝土。的混凝土。2）采用低流态或无坍落度干硬性贫混凝土。）采用低流态或无坍落度干硬性贫混凝土。3）改善骨料级配，选取最优级配，减少砂率，优化配合比设计，采）改善骨料级配，选取最优级配，减少砂率，优化配合比设计，采取综合措施，以减少每立方米水泥用量。取综合措施，以减少每立方米水泥用量
16、。4）掺掺用用混混合合材材料料。粉粉煤煤灰灰，掺掺和和料料的的用用量量可可达达水水泥泥用用量量的的25%40%。5）采采用用高高效效减减水水剂剂。高高效效减减水水剂剂不不仅仅能能节节约约水水泥泥用用量量约约20%，使使28天天龄龄期期混混凝凝土土的的发发热热量量减减少少25%30%，且且能能提提高高混混凝凝土土早早期期强强度度和和极极限限拉拉伸伸值值。（2）采用低发热量的水泥）采用低发热量的水泥 在满足混凝土各项设计指标的前提下，应采用水化热低的水在满足混凝土各项设计指标的前提下，应采用水化热低的水泥，多用中热水泥和低热硅酸盐水泥。近年已开始生产泥，多用中热水泥和低热硅酸盐水泥。近年已开始生产
17、低热微膨胀低热微膨胀水泥水泥，它不仅水化热低，且有微膨胀作用，对降温收缩还可以起到，它不仅水化热低，且有微膨胀作用，对降温收缩还可以起到补偿作用，减小收缩引起的拉应力，有利于防止裂缝的发生。补偿作用，减小收缩引起的拉应力，有利于防止裂缝的发生。2、降低混凝土的入仓温度、降低混凝土的入仓温度（1）合理安排浇筑时间）合理安排浇筑时间在施工组织上安排春、秋季多浇，夏季早晚浇，中午不浇，这是最在施工组织上安排春、秋季多浇，夏季早晚浇，中午不浇，这是最经济有效降低入仓温度的措施。经济有效降低入仓温度的措施。（2）加冰或加冷水拌和混凝土）加冰或加冷水拌和混凝土混凝土拌和时，将部分拌和水改为冰屑，利用冰的低
18、温和冰融解时混凝土拌和时，将部分拌和水改为冰屑，利用冰的低温和冰融解时吸收潜热的作用。吸收潜热的作用。（3）降低骨料温度）降低骨料温度1）成品料仓骨料的堆料高度不宜低于）成品料仓骨料的堆料高度不宜低于6m，并应有足够的储备；，并应有足够的储备；2）搭盖凉棚，用喷雾机喷雾降温（砂子除外），水温）搭盖凉棚，用喷雾机喷雾降温（砂子除外），水温25，可使，可使骨料温度降低骨料温度降低23；3）通过地弄取料，防止骨料运输过程中温度回升，运输设备均应有）通过地弄取料，防止骨料运输过程中温度回升，运输设备均应有防晒隔热措施，保证达到良好的效果防晒隔热措施，保证达到良好的效果4）水冷）水冷 使粗骨料浸入循环冷
19、却水中使粗骨料浸入循环冷却水中3045min，或在通入拌和楼料仓的皮带机廊道、地弄或隧洞中或在通入拌和楼料仓的皮带机廊道、地弄或隧洞中装设喷洒冷却水的水管。喷洒冷却水皮带段的长度，装设喷洒冷却水的水管。喷洒冷却水皮带段的长度，由降温要求和皮带机运行速度而定；由降温要求和皮带机运行速度而定；5）风冷）风冷 可在拌和楼料仓下部通入冷气，冷风经可在拌和楼料仓下部通入冷气，冷风经粗料的空隙，由风管返回制冷厂再冷。粗料的空隙，由风管返回制冷厂再冷。6）真空气化冷却）真空气化冷却 利用真空气化吸热原理，将放利用真空气化吸热原理，将放入密闭容器的骨料，利用真空装置抽气并保持真空入密闭容器的骨料，利用真空装置
20、抽气并保持真空状态约半小时，使骨料气化降温冷却。状态约半小时，使骨料气化降温冷却。3、加速混凝土散热、加速混凝土散热（1）采用自然散热冷却降温）采用自然散热冷却降温采用采用低块薄层浇筑低块薄层浇筑，并适当延长散热时间，即适当增长间歇时间。，并适当延长散热时间，即适当增长间歇时间。基础混凝土和老混凝土约束部位浇筑层厚基础混凝土和老混凝土约束部位浇筑层厚1m2m为宜，上下层浇为宜，上下层浇筑间歇时间宜为筑间歇时间宜为5d10d。（2）在混凝土内预埋水管通水冷却）在混凝土内预埋水管通水冷却 在混凝土内预埋蛇形冷却水管，通循环冷水进行降温冷却。在混凝土内预埋蛇形冷却水管，通循环冷水进行降温冷却。一期通
21、水冷却一期通水冷却目的在于削减温升高峰目的在于削减温升高峰，减小最大温差，防止贯穿裂减小最大温差，防止贯穿裂缝发生。缝发生。一期通水冷却通常在混凝土浇后几小时便开始，持续时间一般为一期通水冷却通常在混凝土浇后几小时便开始，持续时间一般为15d20d。混凝土温度与水温之差，不宜超过。混凝土温度与水温之差，不宜超过25，通水流速以，通水流速以0.6m/s为宜，水流方向应每为宜，水流方向应每24h调换调换1次，每天降温不宜超过次，每天降温不宜超过1，达，达到预定降温值方可停止。到预定降温值方可停止。二期冷却时间一般为二期冷却时间一般为2个月左右，通过水温与混凝土内部温度之差，个月左右，通过水温与混凝土内部温度之差，不应超过不应超过20，日降温不超过，日降温不超过1。通常二期冷却应保证至少有。通常二期冷却应保证至少有1015的温度降，使接缝张开度有的温度降，使接缝张开度有0.5mm，以满足接缝灌浆对灌缝宽，以满足接缝灌浆对灌缝宽度的要求。度的要求。通水冷却应自下而上分区进行，通水方向可以通水冷却应自下而上分区进行，通水方向可以24h调换一次，调换一次，以使坝体均匀降温。通水的进出口一般设于廊道内、坝面上、宽缝以使坝体均匀降温。通水的进出口一般设于廊道内、坝面上、宽缝坝的宽缝中或空腹坝的空腹中。坝的宽缝中或空腹坝的空腹中。30可编辑