水电工程大体积混凝土施工温度裂缝防控措施探讨

引言：

大体积混凝土是水电工程建设的核心结构形式，广泛应用于大坝、厂房、闸门等关键部位。施工过程中由于水泥水化热释放、环境温差变化、结构约束等因素影响，容易产生温度应力超过混凝土抗拉强度而形成裂缝。温度裂缝不仅影响结构整体性和耐久性，还可能引发渗漏、钢筋锈蚀等严重后果，威胁工程安全运行。通过系统分析温度裂缝产生机理，探索创新防控技术，建立全过程质量管控体系，对提升水电工程建设水平具有重要现实意义。

一、水电工程大体积混凝土温度裂缝问题分析

（一）温度裂缝形成机理与成因

大体积混凝土温度裂缝的形成是多种因素相互作用的复杂过程。水泥水化反应是主要热源，在混凝土浇筑后的72 小时内，水化热释放最为集中，使混凝土内部温度急剧上升，形成显著的温度梯度。由于混凝土导热系数较低，内部热量难以快速散发，导致内外温差可达 20-30 摄氏度。当混凝土内部温度达到峰值后开始下降，混凝土体积收缩产生拉应力 [1]。环境因素对温度裂缝形成具有重要影响。昼夜温差变化使混凝土表面温度波动频繁，而内部温度变化相对缓慢，形成不均匀的温度应力分布。风速、湿度、日照等气候条件改变混凝土表面散热速率。结构约束条件是温度裂缝产生的关键因素，基础约束使混凝土底部收缩受限，在结构薄弱部位形成应力集中。

（二）温度裂缝对结构安全的危害

温度裂缝对水电工程结构安全造成多方面危害。结构整体性受损是最直接的影响，裂缝切断混凝土内部应力传递路径，降低结构承载能力和刚度。对于水工结构而言，抗渗性能的削弱尤为严重，裂缝为水流提供渗透通道，破坏混凝土密实性，长期渗水还会引起内部钢筋锈蚀。耐久性能的退化是温度裂缝的长期危害。裂缝为有害物质侵入提供便利条件，氯离子、硫酸盐等腐蚀介质通过裂缝深入混凝土内部，引发化学侵蚀反应。冻融循环作用下，裂缝内积水反复结冰融化，产生膨胀压力使裂缝不断扩展。初期微细裂缝在荷载循环作用下逐渐扩展，形成贯穿性裂缝影响结构安全储备。

（三）现行防控技术的局限性

当前水电工程温度裂缝防控技术存在诸多局限性。传统配合比设计主要关注强度指标，对温度控制性能考虑不足。常用的降低水化热措施如掺加粉煤灰、矿渣等，虽然能减缓温升速率，但对早期强度发展产生不利影响。水胶比控制与和易性要求之间存在矛盾。施工工艺控制缺乏系统性。现有温控措施多为经验性做法，缺乏理论指导和定量分析。通水冷却管路布置往往基于经验判断，冷却效果难以精确控制。监测预警系统的局限性突出，传统温度监测点位有限，应力监测技术不够成熟。

二、大体积混凝土温度裂缝防控技术措施

（一）基于成因机理的源头预防措施

源头预防工作是应对温度裂缝的核心策略，借助优化材料选取和配合比规划，从根本上降低温度应力的生成，合理安排胶凝材料体系是核心要点，选用中热或低热水泥作为主要的胶凝材料，搭配适当数量的高品质粉煤灰、磨细矿渣等矿物掺合料。把粉煤灰的添加量把控在 20%-30% 的范围，既能够切实降低水化热的峰值，又可以优化混凝土的和易性能，矿渣的添加量适宜控制在 15% 至 25% 范围，优化骨料的级配对于收缩变形的控制有着关键意义 [2]，运用连续级配方案进行设计，恰当搭配粗细骨料的占比，把粗骨料的最大粒径限制在 150mm 以下。优先选用线膨胀系数低、弹性模量高的高品质骨料，杜绝使用活性骨料，运用外加剂复配技术能够兼顾多种性能要求，运用聚羧酸系高效减水剂，实现减水比例超过 25% ，联合运用缓凝剂让凝结时间变长，适当添加膨胀剂以弥补收缩变形，水胶比要维持在 0.40 到 0.45 这个范围。

（二）基于安全保障的过程控制措施

要防控温度裂缝，过程控制是核心要点，依靠精细的施工管理来保障各项控温举措得以有效落实，浇筑工艺控制方面，采取的是薄层面持续浇筑的办法，每层的厚度限定在1.5 - 2.0 米，把层与层之间的间隔时长控制在 24 - 48 小时。恰当安排混凝土浇筑的先后顺序，杜绝在混凝土温度达到峰值的时段进行上层混凝土浇筑，通水冷却系统的规划和运作是实现核心控温的主要办法，冷却用的水管采用管壁较薄的无缝钢管，选用 50 -75 毫米直径，从而实现优良的传热效果，管道铺设采用蜿蜒曲折的蛇形样式或者规整的网格样式，间隔距离把控在 1.5 - 2.0 米。将冷却水的温度控制范围设定为 5 至 15 摄氏度，把水流速度维持在 0.8 至 1.2 米每秒，采取表面的保温和保湿办法，对调控表面温度梯度极为重要，使用复合型保温材料对混凝土表面进行覆盖，一般保温层厚度至少为 50mm ，选用导热系数低于 0.1W/(m⋅K) 的高品质保温材料，为达到保湿效果，可采取喷雾撒水或者覆盖潮湿物料的方式，让表面相对湿度维持在不低于 85% 的水平。

（三）基于技术升级的综合防控体系

综合防控系统整合先进技术方法，实现温度裂缝智能化防范与控制。温度场仿真分析方法搭建三维有限元模型，考量水化热释放、环境传热、结构约束等要素，计算混凝土内部温度分布及应力状态，预估温度峰值出现时刻和位置，识别高风险区域。智能监测预警系统实现全阶段动态管控，布置分布式光纤测温体系，实现对混凝土内部温度的不间断测量，测点的分布密度为每平方米 4 - 6 个，测量精准度达到正负 0.1 摄氏度，装设无线应变传感器来监控结构的应力变动，搭建环境监测站点，实时获取气温、湿度、风速等环境方面的参数[3]。数据处理与分析平台融合多源监测资讯，构建温度应力分析模型，对结构安全状态进行实时测算，利用机器学习技术对异常模式加以识别，一旦温度梯度超出预设阈值或者应力逼近限制数值，系统就会自动发出警报，打造移动终端应用程序，达成现场人员实时信息获取与决策辅助。自动化控制施工流程，提高温控的精准度与效率，冷却水循环系统装有自动控制设备，依据所监测的温度自动调整进水的温度与流量，保温材料铺设工作采用机械作业模式，混凝土的养护借助自动喷淋装置，打造温控专项施工预案，组建温控专业团队，构建检查验收机制与应急处置预案。

结语：

水电工程大体积混凝土温度裂缝防控是一项系统工程，需要从材料选择、配合比设计、施工工艺、过程控制、监测预警等多个环节统筹考虑。通过深入分析温度裂缝形成机理，针对性地采取源头预防、过程控制和综合防控措施，能够有效降低温度裂缝发生风险，保障水电工程结构安全和使用功能。随着新材料、新技术、新工艺的不断发展，温度裂缝防控技术将更加完善和高效。未来应当加强基础理论研究，发展智能化施工技术，建立标准化管理体系，为水电工程高质量发展提供坚实技术支撑。

参考文献：

[1] 杨秀高 . 水电站泵送大体积混凝土塑性裂缝及控制措施 [J]. 江西建材 ,2025,(05):122-124+130.

[2] 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.

[3] 姜峰 . 大体积水利水电工程混凝土裂缝原因探析 [J]. 黑龙江水利科技 ,2021,49(02):83-86.