水利水电工程大体积混凝土的施工技术探究

引言

近年来我国水利工程建设规模不断扩大，大体积混凝土施工技术在其中应用广泛并发挥着重要作用。大体积混凝土具有体积大、表面系数小、水泥水化热集中、内部温升快等特点，这些特性易导致混凝土因内外温差过大而产生温度裂缝，严重影响结构安全和使用功能。因此，研究大体积混凝土施工过程中的技术难点，特别是温度控制和裂缝防治措施，对于提升水利水电工程整体质量、延长工程使用寿命具有重要的现实意义和工程价值。

1 水利水电工程中大体积混凝土的重要性

水利水电工程中的大体积混凝土是构筑物主体结构的关键材料，其最小断面尺寸通常不小于 1m ，具有承受水压、波浪力及地震荷载的核心作用。该类混凝土需满足C30-C40 强度等级，并特别注重低热性采用矿渣/粉煤灰硅酸盐水泥，胶凝材料总量中掺合料占比可达 30%-50% 以控制水化热、高抗渗性渗透系数 ≤10^-10m/s 及强耐久性抗冻等级F300 以上。通过优化配合比水胶比 ≤0.45 和严格温控内外温差 ≤25^∘C ，可有效抑制温度裂缝，保障大坝、水闸等工程在复杂水力环境下的整体性、安全性与长期服役性能。

2 大体积混凝土裂缝产生的原因

大体积混凝土裂缝产生的主要原因在于其内部水泥水化反应释放大量热量，且因结构厚实、体积庞大，热量聚集不易散发，导致混凝土内部温度显著升高，与表面形成较大温差通常超过 25°C ，从而产生温度梯度与温度应力；当此拉应力超过混凝土早期抗拉强度时，便会引发表面或贯穿性裂缝。混凝土硬化过程中水分的蒸发收缩以及外部约束条件如地基限制也会进一步加剧收缩应力，共同导致裂缝的产生。

3 水利水电工程大体积混凝土的关键施工技术

3.1 原材料选择与配合比优化

选用低热水泥是控制大体积混凝土温度裂缝的关键技术措施，其主导矿物为硅酸二钙，通过优化矿物组成将铝酸三钙限制在 6% 以下，显著降低水化热至 3 天 ≤230kJ/kg 、7 天 ≤260kJ/kg ，比传统中热水泥热释放量降低15%-20% ，从而从胶凝材料源头有效抑制温升。在水利水电工程大体积混凝土施工中，掺加粉煤灰、矿渣粉等活性矿物掺合料是关键技术措施。其通过火山灰效应与水泥水化产物 Ca(OH)₂ 反应生成 C-S-H 凝胶，提升密实度与后期强度；物理填充效应优化孔隙结构，降低孔隙率；形态效应改善和易性，减少用水量。掺量可达胶凝材料总量的 30%-50% ，有效降低水泥用量及水化热，抑制温度裂缝，并提高抗渗性与耐久性。在水利水电工程大体积混凝土施工中，优化骨料级配是关键技术环节，通过选用粒径为5.40mm 的连续级配粗骨料及细度模数 2.6-2.9 的中砂，控制粗骨料含泥量≤0.5% 、细骨料含泥量 ≤1.0% ，可显著降低骨料空隙率至 38% 以下。此举能减少胶凝材料用量 15-20kg/m³ ，降低水化热峰值，同时提升混凝土密实度与抗压强度，有效抑制温度裂缝产生。在满足混凝土工作性的前提下，通过掺入聚羧酸系高效减水剂，将水胶比从常规的 0.45-0.55 显著降低至0.35-0.40。这一优化措施能有效减少毛细孔隙率，提升混凝土密实度，使其28 天抗压强度提高 15%-25% ，同时将氯离子扩散系数降低至 5×10^-12m²/s 以下，显著增强抗渗性与抗裂性能。

3.2 温度控制技术

通过水冷法可将粗骨料温度预冷至 0^∘C 以下，结合风冷技术如采用r507a 制冷剂系统并使用低温水及片冰进行拌和，可将混凝土出机口温度控制在 28^∘C 以下，有效抑制浇筑过程中的温升。采用预埋 φ32mm 薄壁钢管

或 HDPE 管形成循环冷却系统，通过变频水泵控制水流速，利用低温水持续带走水化热，结合智能温控系统动态调节流量与水温，将混凝土内外温差控制在 25°C 以内，核心区温降速率 ≤2.0^∘C/d ，有效抑制温度裂缝。

3.3 浇筑与振捣工艺

采用分层分块浇筑工艺，控制单层厚度不超过 1.5-2.0 米，并依据“抗放结合”原则设置后浇带或采用跳仓法。通过延长层间间歇时间至5-7 天，利用混凝土初期塑性阶段释放内部应力，并加速水化热散发，将降温速率控制在 ≤2.0^∘C, 天，有效降低温度梯度与收缩应力。采用分层连续浇筑法，控制单层厚度不超过 50 厘米如插入式振捣器作用长度的 1.25 倍，或采用斜面分层浇筑如坡度约1:6，在下层混凝土初凝前覆盖上新料，以确保层间结合紧密，避免形成冷缝。采用分层连续浇筑工艺，控制混凝土自由倾落高度不超过2 米如超过时需采用串筒或溜管辅助，泵管出口距浇筑面宜≤1.5米以减少骨料离析。使用高频插入式振捣器如频率≥12000 次/分钟，棒头直径 30-50mm ，按“快插慢拔、梅花形布点”原则操作，插入点间距≤40 厘米，插入下层混凝土深度 5-10 厘米，单点振捣时间 20-30 秒如以表面泛浆、无气泡逸出为度，确保混凝土密实均匀并消除冷缝。

3.4 养护与保温保湿

在混凝土终凝后立即采用保温保湿养护，优先覆盖聚乙烯塑料薄膜形成密封层，再铺设湿麻袋或草帘作为保温层，使混凝土表面湿度持续保持90% 以上，核心降温阶段需通过覆盖岩棉保温毯将内外温差严格控制在25^∘C 以内，养护持续时间不少于14 天。大体积混凝土采用硅酸盐水泥时保湿养护时间不少于 14 天，若采用矿渣水泥或火山灰水泥则需延长至 21 天以上，以确保胶凝材料充分水化并控制内外温差 ≤25^∘C ，从而有效抑制温度裂缝发展，保障混凝土后期强度与耐久性。采用分布式光纤测温系统或振弦式温度传感器精度 ，按三维网格布设于混凝土内部，实时采集核心区、表面及环境温度数据。通过无线传输至智能温控平台，动态计算温度梯度与降温速率如控制值 ≤1.5^∘C/d ，并联动调控冷却水管流量如调节精度15% 及保温层如导热系数 ≤0.045W/m⋅K 启闭，确保内外温差 ≤25^∘C 如特殊工况允差 30^∘C ，有效抑制温度裂缝。

结束语

综上所述，水利水电工程大体积混凝土施工技术的核心在于通过综合技术措施有效控制温度裂缝。从原材料优选、配合比优化到采用分层浇筑、智能温控及精细养护等手段，每个环节都需精心管理。未来随着技术进步，智能化监控系统和低碳材料将进一步应用于温度控制与裂缝预防，不断提升大体积混凝土施工质量与工程耐久性，为我国水利水电事业发展提供更可靠的技术支撑。

参考文献

[1] 邹浩. 水利工程大体积混凝土施工技术应用研究[J]. 珠江水运,2023,(11):108-110.

[2]康朴.水利工程水库大坝大体积混凝土温控养护技术研究[J].四川水利,2023,44(02):73-76.

[3]庞书起.水利工程中双曲拱坝大体积混凝土施工及优化[J].江西建 材,2023,(01):203-204+207.

[4]黄伟.探究水利水电工程中大体积混凝土施工养护要点[J].中华建设,2022,(09):129-131.

[5]宋丽萍.水利水电工程大体积混凝土裂缝成因与控制对策研究[J].黑龙江水利科技,2022,50(07):8-11.