水利工程大体积混凝土施工温控技术与裂缝控制策略

引言

水利工程作为国家基础设施建设的重要组成部分，众多水工建筑物如大坝、水闸、基础底板等均采用大体积混凝土结构。大体积混凝土由于体积大、水泥用量多，在施工过程中水泥水化热产生的大量热量不易散发，导致混凝土内部温度急剧升高，形成较大的温度梯度和温度应力。当温度应力超过混凝土的抗拉强度时，就会引发裂缝，严重影响水利工程的结构安全和耐久性。因此，深入研究水利工程大体积混凝土施工温控技术与裂缝控制策略具有极为重要的现实意义。

一、大体积混凝土裂缝产生的原因

大体积混凝土裂缝问题，是温度应力、收缩特性、原材料与配合比，以及施工工艺等多方面因素共同作用的结果。

在温度应力方面，大体积混凝土浇筑后，水泥水化释放大量热量，内部温度急剧上升。由于混凝土内外部约束，升温阶段其无法自由膨胀，从而产生压应力。而在降温阶段，混凝土体积收缩同样受到约束，拉应力随之产生，一旦拉应力超过混凝土的抗拉强度，裂缝便会出现。

混凝土收缩涵盖塑性、干燥和自生收缩。塑性收缩发生在浇筑早期，因表面水分快速蒸发导致裂缝；干燥收缩则是在干燥环境中，混凝土失水引发；自生收缩由水泥水化作用引起。在收缩过程中，若受到约束，都极易导致裂缝出现。

在原材料与配合比层面，使用高水化热水泥、不合理的骨料，以及外加剂的不当使用，都会降低混凝土的抗拉与抗裂性能。此外，在施工过程中，振捣、浇筑、养护等环节若操作不当，也会削弱混凝土的抗裂能力，为裂缝产生埋下隐患。

二、水利工程大体积混凝土施工温控技术

（一）原材料选择与配合比优化

1. 原材料选择

（1）水泥‌：选用低热水泥或中热水泥，如矿渣硅酸盐水泥、火山灰水泥等，降低水泥水化热。（‌2）骨料‌：选择热膨胀系数小、吸湿性符合要求的骨料，减少混凝土收缩和膨胀行为。（‌3）掺合料与外加剂‌：掺加适量的粉煤灰、矿渣粉等掺合料，以及减水剂、缓凝剂等外加剂，改善混凝土性能，减少水化热和收缩。

2. 配合比设计

通过优化混凝土配合比，提高混凝土的抗裂性能。在配合比设计中，应综合考虑水泥、骨料、外加剂等各种原材料的性能和用量，根据工程实际情况进行试配和调整，确保混凝土的工作性能、强度和耐久性满足要求，同时尽可能降低水化热。

（二）温度监测与控制措施

1. 温度监测系统建立

在大体积混凝土内部和表面布置温度传感器，建立温度监测系统。温度传感器应合理分布，能够准确反映混凝土内部不同部位的温度变化情况。通过温度监测系统，实时采集混凝土内部温度数据，并进行分析和处理，为温度控制提供依据。

2. 冷却水管设置

在混凝土内部埋设冷却水管，通过循环冷却水带走混凝土内部的热量，降低混凝土内部温度。冷却水管应根据混凝土结构的形状、尺寸和温度分布情况合理布置，控制冷却水的流量和温度，以达到最佳的降温效果。冷却水管的通水时间应根据混凝土内部温度变化情况确定，一般在混凝土内部温度达到峰值后开始通水降温，持续通水至混凝土内部温度与环境温度接近。

3. 表面保温措施

在混凝土表面采取保温措施，减小混凝土表面与内部的温度梯度，防止表面裂缝的产生。常用的保温材料有草帘、棉被、塑料薄膜等。保温材料的铺设厚度应根据混凝土内部温度、环境温度以及降温速度等因素确定，确保混凝土表面温度缓慢下降，避免温度骤降引起的温度应力。

4. 控制浇筑温度

混凝土的浇筑温度对其内部温度有重要影响。在夏季高温季节施工时，应采取措施降低混凝土的浇筑温度，如对原材料进行降温处理（对骨料进行喷淋降温、采用低温水搅拌等）、选择在夜间或气温较低时进行浇筑等。同时，应控制混凝土的运输时间和浇筑速度，减少混凝土在运输和浇筑过程中的温度回升。​

三、水利工程大体积混凝土裂缝控制策略

（一）施工工艺改进

1. 合理的浇筑方法

采用分层分段浇筑方法，控制每层浇筑厚度和浇筑间隔时间。分层浇筑可以使混凝土内部的水化热及时散发，减少温度积聚。浇筑间隔时间应根据混凝土的初凝时间和水化热升温情况确定，确保下层混凝土在初凝前被上层混凝土覆盖，避免出现冷缝。

2. 加强振捣

在混凝土浇筑过程中，应加强振捣，确保混凝土振捣密实，提高混凝土的强度和抗渗性。振捣时应采用合适的振捣设备和振捣方法，避免振捣不足或过振。振捣不足会导致混凝土内部出现空隙，降低混凝土的强度和抗裂性能；过振则会使混凝土产生离析现象，同样影响混凝土的质量。

3. 施工缝设置与处理

根据工程结构特点和施工需要，合理设置施工缝。施工缝应设置在结构受剪力较小且便于施工的部位。在施工缝处继续浇筑混凝土时，应先将施工缝表面的水泥薄膜、松动石子和软弱混凝土层清除干净，并加以充分湿润和冲洗干净，不得积水。然后在施工缝处铺一层水泥浆或与混凝土内成分相同的水泥砂浆，再进行混凝土浇筑，确保施工缝处的混凝土连接牢固，避免裂缝在此处产生。

（二）温度应力释放方法

1. 设置后浇带

在大体积混凝土结构中设置后浇带，将结构分成若干段，待混凝土浇筑完成后，经过一段时间的变形收缩，再用微膨胀混凝土将后浇带补齐。后浇带的设置可以有效释放混凝土的温度应力和收缩应力，减少裂缝的产生。后浇带的宽度一般为 0.8-1.0m，间距应根据结构尺寸、温度变化情况和混凝土收缩性能等因素确定，一般为30-40m。

2. 采用诱导缝

诱导缝是在混凝土结构中人为设置的薄弱部位，通过在诱导缝处设置特殊的构造措施，如止水带、传力杆等，引导裂缝在预定位置产生，并控制裂缝的宽度和方向。诱导缝的设置可以将大体积混凝土结构的温度应力和收缩应力集中在诱导缝处释放，避免在结构其他部位产生不规则裂缝，从而保证结构的整体性和防水性能。

（三）混凝土养护与质量检测

1. 养护措施

加强混凝土的养护工作，保持混凝土表面湿润，使混凝土在适宜的温度和湿度条件下硬化。养护时间应根据水泥品种和混凝土强度增长情况确定，一般不少于 14 天。在养护期间，应定期对混凝土表面进行喷水或覆盖保湿材料，确保混凝土表面始终处于湿润状态。同时，应注意控制养护温度，避免混凝土表面温度与内部温度温差过大。

2. 质量检测

加强对大体积混凝土的质量检测，及时发现和处理裂缝等质量问题。质量检测内容包括混凝土的强度、抗渗性、外观质量等。对于已出现的裂缝，应根据裂缝的宽度、深度和分布情况，采取相应的处理措施。对于宽度较小的表面裂缝，可以采用表面涂抹封闭材料的方法进行处理；对于宽度较大、深度较深的裂缝，则需要采用压力灌浆等方法进行修补，确保混凝土结构的安全和耐久性。

结束语

综上所述，水利工程大体积混凝土施工温控与裂缝控制，是复杂系统工程，涵盖原材料选择、配合比设计、施工工艺等多方面。合理选材、优化配合比，运用先进温控技术与科学裂缝控制策略，强化施工质量控制与养护，可降低混凝土内部温度，减少应力，提升抗裂性，保障施工质量与设施安全。未来需持续总结、创新，完善相关技术策略。

参考文献：

[1] 周秋露 . 水利工程施工中混凝土裂缝控制策略探讨 [J]. 工程技术研究 .2024(01):103-105

[2] 朱秦秦 . 水利工程大体积混凝土温控与裂缝防治技术 [J]. 珠江水运 .2023(13):92-94

[3] 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