水利水电工程施工中混凝土温控防裂技术研究

近年来，随着我国水利水电工程建设规模的不断扩大，大体积混凝土结构被广泛应用于大坝、闸墩、引水系统、厂房基础等关键部位。由于大体积混凝土在硬化过程中会释放大量水化热，结构内部温度快速升高，且散热过程缓慢，内部与外部环境之间形成较大温差，若未能及时采取有效的温控防裂措施，极易导致温度裂缝，影响结构的整体强度、密实性和使用寿命。此外，环境气候条件、施工工艺水平、混凝土材料性能等因素也对裂缝的产生与发展具有重要影响。因此，深入探索科学、可靠、经济的温控防裂技术，已成为保障水利水电工程高质量建设与安全稳定运行的重要技术课题。

一、水利水电工程中混凝土裂缝的成因分析

（一）水利水电工程施工特点概述

水利水电工程通常涉及大坝、厂房、引水系统、泄洪设施等关键结构，这些部位普遍采用大体积混凝土整体浇筑施工工艺。大体积混凝土施工具有单次浇筑方量大、结构整体性要求高、施工强度大等特点，且多位于地形复杂、地质条件多变的山区或峡谷区域，外部环境温差显著，尤其是昼夜温差或季节性温差变化大，直接影响混凝土硬化过程中的温度控制与变形行为 [1]。此外，水利水电工程对结构的防渗性能、耐久性、整体稳定性提出极高要求，尤其是大坝、厂房基础、闸墩等受水压和荷载作用显著部位，裂缝一旦产生，将严重影响结构密实性、防渗性能与使用寿命。因此，在实际施工过程中，必须高度重视混凝土裂缝的控制与预防，采用科学的温控技术与防裂措施，确保结构质量满足设计与安全标准。

（二）混凝土裂缝类型与分布特征

在水利水电工程混凝土结构中，裂缝通常根据成因与分布特点划分为以下几类：首先是温度裂缝，主要分布于大体积混凝土结构内部、角部、交界处及应力集中区域。这类裂缝多发生在水泥水化初期，由内部水化热聚集与外部冷却不均衡导致的温度梯度变化产生，具有隐蔽性强、内部发展快、延伸性大的特点，严重时可贯穿结构整体 [2]。其次为塑性收缩裂缝，多发生于浇筑后初凝前阶段，尤其在炎热、干燥或风速较大的环境条件下，混凝土表面水分蒸发加速，形成不均匀收缩，导致表面出现龟裂、微裂纹，常见于混凝土表层、边缘及暴露面。第三类为干缩裂缝，混凝土硬化后随着水分逐渐蒸发、内外环境变化，体积收缩引发的细小裂缝，通常出现在结构表面或界面弱化区，若不加控制，随着时间推移可能扩展加剧，影响结构耐久性与防护性能。最后为结构应力裂缝，主要由地基不均匀沉降、施工荷载、设计缺陷或运营过程中外部荷载引起。这类裂缝多具备方向性强、延伸性长、影响范围广的特征，若裂缝贯穿结构，将严重削弱结构整体稳定性与承载能力，存在较大安全隐患。

（三）温度裂缝的产生机理

大体积混凝土浇筑后，水泥水化反应释放大量热量，导致结构内部温度迅速升高，若外部环境散热条件不足，内部热量难以有效释放，形成显著的温度梯度差异 [3]。以常见的 P·O42.5 普通硅酸盐水泥为例，其完全水化释放热量可达270 ～ 300 kJ/kg，实际工程中测得的内部温升幅度通常为 ，局部厚重结构甚至高达 60℃以上。若结构内部与外部之间温差超过 15°C ，混凝土将产生较大热胀冷缩变形差异，尤其在结构转角、薄弱连接区及变形受限部位，极易形成应力集中区。当温度应力超过混凝土早期抗拉强度（通常在1.5 ～2.5 MPa 区间）时，内部出现微裂缝，裂缝扩展若未及时遏制，最终形成贯穿性裂缝，严重影响结构整体性。此外，大体积混凝土施工常伴随较强的变形约束，如模板、钢筋、基础结构、已硬化混凝土区的刚性限制，进一步加剧温度应力累积，诱发裂缝产生若未采取有效的温控降温、施工缝优化、材料配比调整等技术手段，裂缝将难以避免。因此，科学认识温度裂缝的形成机理，制定针对性的温控防裂措施，是保障水利水电工程混凝土结构质量与安全的关键。

二、混凝土温控防裂技术研究

优质的原材料与科学的配比设计是混凝土防裂的根本保障。首先，在水利水电工程中，建议优先采用低水化热水泥，常用的包括矿渣硅酸盐水泥、粉煤灰硅酸盐水泥，相较于普通硅酸盐水泥，这类水泥的水化反应过程更为缓和，水化热峰值降低 15%～30% ，内部温升速度减缓，显著降低了早期裂缝的风险。其次，掺合料的合理使用对改善混凝土整体性能具有重要作用[4]。粉煤灰推荐掺量控制在 20%～30% 范围内，不仅能够优化混凝土孔隙结构、提升密实度，还能通过“二次水化反应”降低水泥用量，减少整体水化热释放。矿渣微粉掺量一般控制在 15%～25% ，可进一步提高混凝土的后期强度与耐久性，同时有效改善抗裂性能。

骨料方面，优选级配合理、表面洁净、含水率稳定的碎石与机制砂，有助于降低浆体用量，改善混凝土工作性能，避免离析与泌水现象，控制水胶比至0.35～0.45 区间，既确保了良好的流动性，又降低了早期收缩与水化热水平。此外，针对特殊部位或复杂工况，可适量加入功能性外加剂，如缓凝剂控制初凝时间，膨胀剂有效补偿收缩变形，聚丙烯或聚乙烯抗裂纤维增强早期抗拉性能，综合提升混凝土整体抗裂能力，保障结构稳定性。

（二）施工工艺中的温控措施

施工阶段的温控措施是保障大体积混凝土防裂的关键环节。首先需严格执行分层、分区、分段浇筑方案，单次浇筑层厚控制在 1.5～2.0 米，合理安排浇筑节奏与接缝位置，避免因大面积连续浇筑导致内部温度快速积聚，降低温差应力集中风险。其次，需充分利用预冷技术降低混凝土入模温度。常见方法包括采用低温冷却水进行拌合、部分搅拌水用冰块或冰水替代、骨料预冷降温、液氮冷却混凝土等。实际工程表明，混凝土入模温度宜控制在10 ～ 15℃之间，严禁超过18℃，可有效延缓水化热峰值出现时间，降低结构内部温升幅度。

对于大坝、厂房基础等大体积结构，内部设置分布合理的冷却水管系统是常用的控温措施。冷却水循环温度通常控制在 5 ～ 10℃，冷却系统运行周期根据混凝土厚度与环境条件确定，常见为 15 ～ 30 天，必要时可延长至 45 天，确保内部温度均匀降低，避免因局部降温不均引发新的温差应力。此外，合理安排施工时间，尽量避开高温天气与中午时段，尤其在夏季或高温区域，需通过搭设遮阳棚、喷淋降温、保湿养护等手段，创造有利于混凝土温控的施工环境条件，降低外界环境对结构温差的不利影响。

（三）温度监测与智能化控制系统

混凝土浇筑后，建立完善的温度监测系统对于防控裂缝至关重要。根据结构特点与温控需求，需在混凝土结构中心、冷却水管周边、结构表面、转角及接口位置布设高精度温度监测点，确保全面掌握温度变化趋势。

监测设备通常采用电子温度传感器、数据自动采集终端与无线传输模块组成，实时获取各监测点温度数据，通过无线网络上传至信息管理平台，形成动态温度数据库。技术人员可基于温控管理软件，实时分析结构内外温度分布，预测水化热发展趋势，适时调整冷却水流量、优化外部保温措施，确保内部温度与结构表面温度梯度始终控制在 15℃以内，避免因温差过大诱发裂缝。目前，部分大型水利水电工程已开始引入 BIM（建筑信息模型）与物联网技术，构建三维可视化温度监测系统，结合智能预警模型与历史数据分析，实现混凝土温控全过程智能化、信息化管理，极大提升温控精准度与防裂效果，降低人为操作失误风险。

（四）结构防裂设计与后期养护措施

在结构设计阶段，通过设置伸缩缝、后浇带、诱导缝等合理的结构分缝措施，有助于释放混凝土内部收缩变形应力，降低局部应力集中，预防裂缝产生 [5]。伸缩缝应选用高弹性、耐久性的止水带、密封胶，兼顾结构变形吸收与防水功能，常用于大坝变形缝、厂房基础等关键部位。后浇带位置宜结合整体浇筑工艺设置在结构薄弱区或变形敏感区，后浇混凝土施工需严格控制材料配比与施工质量，确保新老混凝土良好结合，避免接口薄弱引发裂缝。

浇筑完成后，及时开展表面覆盖与保温养护，常用材料包括多层保温棉湿麻袋、塑料薄膜等，养护时间不少于 14 ～ 21 天，尤其在早期水化热释放集中阶段，确保混凝土表面温度均匀，防止表面快速失水导致干缩裂缝。必要时可喷洒专用养护剂，形成临时防护膜，进一步提升保湿保温效果。若结构在使用过程中出现早期微裂缝，需采用低黏度环氧树脂、聚氨酯灌浆材料进行修复，堵塞裂缝通道，恢复结构整体密实性与防渗能力，避免裂缝发展扩大，保障水工建筑物长期稳定运行。

三、典型工程案例分析与技术应用效

（一）典型水利水电工程概述

以西南地区某大型水电站大坝施工为例，工程地处高山峡谷地带，地形复杂，昼夜温差大，环境气候条件对混凝土施工极为不利。该水电站总装机容量为1200MW，坝体为混凝土重力坝，坝高135 米，坝顶宽度10 米，底部宽度超过90 米，整体结构采用C40 级大体积混凝土，具有体积大、结构复杂、浇筑周期长等特点。单仓最大一次浇筑方量达 5000 立方米，内部结构致密，散热条件差，若温控措施不到位，极易出现温度裂缝。因此，设计与施工阶段对温度控制、防裂措施提出了严格要求，确保大坝结构的整体性与长期运行安全。

（二）温控防裂技术具体应用

在本工程中，针对大体积混凝土水化热高、温差大、易裂缝的特点，系统应用了多项温控防裂技术。材料方面，全面采用低水化热矿渣硅酸盐水泥，粉煤灰掺量 25% ，矿粉掺量 20% ，水胶比控制在 0.40，兼顾混凝土的强度、密实性与抗裂性能。所有拌合用水提前冷却至 8℃以下，必要时使用冰块降温，确保入模温度不超过 14℃，有效减缓水化热释放速度。

大坝主体内部设置 ϕ25mm 不锈钢冷却水管，布置间距 2 米，冷却系统运行25 天，循环水温保持 6～10^∘C ，通过实时监测动态调整水流量与运行时间，确保内部温度均匀下降。施工过程中，采用分层、分区、分段浇筑方案，单次浇筑高度 1.5～ 1.8 米，安排夜间及低温时段作业，减少外界高温影响。

浇筑完成后，结构表面采用双层保温棉、湿麻袋与塑料薄膜组合覆盖，连续保湿养护 21 天，防止早期干缩裂缝。全程设置 128 个温度监测点，重点监控结构中心、冷却水管周边与关键部位，实时数据传输至平台，技术人员动态调整措施，确保结构内外温差控制在 12℃以内，最大限度降低裂缝风险，保障大坝整体安全。

（三）应用成效与经验总结

通过系统性的温控防裂措施，工程整体结构未发现贯穿性裂缝，表面微裂缝发生率低于 0.3% ，显著优于常规标准要求，结构整体稳定性良好。温度监测数据表明，混凝土内部最高温度有效控制在58℃以下，内外温差始终不超过 12% ，结构变形与温度应力发展整体受控，未出现异常波动。实践表明，低水化热材料的合理应用、科学施工组织、智能温控系统与完善养护措施协同作用，形成了高效可靠的温控防裂技术体系，切实保障了大坝混凝土结构的整体性、密实性与耐久性，为类似水利水电工程提供了可操作、可推广的技术参考与工程经验。

总结：

水利水电工程大体积混凝土结构在施工过程中面临水化热高、内外温差大、易产生温度裂缝等技术难题，直接影响工程质量与结构安全。通过优化混凝土材料与配比、严格控制施工工艺、科学布置冷却系统、实时温度监测与动态调整等措施，能够有效降低混凝土内部温度升幅与温差梯度，显著减少裂缝发生率，提升结构整体性能与耐久性。典型工程应用表明，系统化、精细化的温控防裂技术可有效保障大坝等水工建筑物的安全稳定运行，具有较强的实用性与推广价值。未来，应进一步推动智能化、信息化温控手段的应用，结合新型材料与施工技术，全面提升水利水电工程混凝土结构的防裂水平。

参考文献

[1] 朱亮 . 关于水利工程的施工管理特点及质量管理分析 [J]. 产品可靠性报告 ,2023,(05):84-85.

[2] 谢炳凯 . 大体积混凝土在水利枢纽工程施工中的温控与防裂技术创新实践 [C]// 江西省工程师联合会 .2024 年智能工程与经济建设学术会议论文集（智能工程与绿色建筑专题）. 温州泰顺水利工程施工 , 温州泰洲建设有限公司 ;,2024:106-108.

[3] 张虹龙 , 赵辛浩 . 水利水电工程施工技术和管理措施 [J]. 长江技术经济 ,2022,6(S1):95-97.

[4] 高歌 . 水利工程混凝土施工技术及其质量控制策略研究 [J]. 城市建设理论研究 ( 电子版 ),2022,(34):139-141.

[5] 张继 . 水利工程大体积混凝土温控措施研究 [J]. 水利技术监督 ,2024,(06):217-219.