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【摘 要】大体积混凝土裂缝及其防治一直是水电工程界十分关注的重大技术问题，在大坝混凝土浇筑过程中，温度应力及温度控制具有十分重要的意义。
【关键词】大体积混凝土；温度裂缝；温度控制标准；控制措施
【Abstract】Mass concrete crack and its prevention and control has been one of the focuses of the hydroelectric engineering major technical problems， in the process of dam
concrete pouring， the temperature stress and temperature control is of great significance.
【Keywords】 Mass concrete Temperature control of mass Concrete temperature crack Standard and control measures
1.大体积混凝土温度变化过程
混凝土在凝固过程中，由于水泥水化，释放大量水化热，使混凝土内部温度逐步上升，对尺寸小的结构由于散热较快，温升不高，不致引起严重后果，但对大体积混凝土，最小尺寸也常在3～5m以上，而混凝土导热性能随热传导距离呈现性衰减，大部分水化热将积蓄在浇筑块内，使块内温度升达30～50℃，甚至更高。由于内外温差的存在，随着时间的推移，坝内温度逐渐下降而趋于稳定，与多年平均气温接近。
大体积混凝土的温度变化过程可分为三个阶段，即温升期、冷却期和稳定期。显然，混凝土内的最高温度Tmax等于混凝土浇筑入仓温度Tp与水化热温升值Tr之和，由Tp到Tmax是升温期，由Tmax到稳定温度Tf是降温期，之后混凝土体内温度围绕稳定温度随外界气温有所起伏。
2.大体积混凝土温度裂纹原因分析
混凝土坝的温度控制是混凝土坝设计中的重要问题，对于保证混凝土坝工程的质量、加快施工进度等方面，起到关键性作用。在混凝土温度控制设计中，一般以基础温差的设计为重点，以单独浇注块的温度应力为理论基础，在限制应力或应变的条件下估算允许温差。实践表明，浇注块的分块尺寸越小，应力越小，基础允许温差就越大。
大体积混凝土结构，混凝土澆筑后，水泥的水化热很大，由于混凝土体积大，要产生大量的水化热，混凝土温度升高，而混凝土表面则散热较快，这样形成较大的温度差，引起较大的表面拉应力而超过混凝土极限抗压强度，就会在混凝土表面产生表面裂缝。
3.混凝土的温度裂缝
大体积混凝土的温度变化引起温度变形，温度变形受到约束，势必产生温度应力，由于混凝土的抗压强度远高于抗拉强度，在温度压应力作用下不致破坏混凝土，当受到温度拉应力作用时，常因抗拉强度不足而产生裂缝，随着约束情况的不同，大体积混凝土温度裂缝有如下两种：
3.1表面裂缝
混凝土浇筑后，其内部由于水化热温升，体积膨胀，如遇寒潮，气温骤降，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。各点温度应力的大小，取决于改点温度梯度的大小。在混凝土内处于内外温度平均值的点应力为零，高于平均值的点承受压应力，低于平均值的点为拉应力；混凝土的抗拉强度远小于抗压强度，当表层温度拉应力超过混凝土的允许抗拉强度时，将产生裂缝，形成表面裂缝。这种裂缝多发生在浇筑块侧壁，方向不定，数量较多。
3.2贯穿裂缝和深层裂缝
变形和约束是产生应力的两个必要条件。由温度变化引起温度变形时普遍存在的，有无温度应力关键在于有无约束。人们不仅把基岩视为刚性基础，也把已凝固、弹模较大的下部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在混凝土上升温度膨胀期引起压应力，在降温收缩时引起拉应力。当此拉应力超过混凝土的允许抗拉强度时，就会产生自基础面向上开展、贯穿整个坝段，就称为贯穿性裂缝。当裂缝切割的深度达到3～5m时，就称为深层裂缝。
4.防裂新技术
近30年来，随着科学技术的进步与工程实践经验的积累，通过多种途径，采取综合性措施来解决大坝混凝土的抗裂问题。其中氧化镁新材料和MgO水泥混凝土筑坝新技术的出现，打破了人们的传统认识，提出了筑坝新理论和筑坝新技术。据此，既可实现快速施工又大大拓宽和完善了水工混凝土筑坝防裂技术。实践证明，MgO混凝土筑坝技术是大体积混凝土施工的革命，是国内外筑坝技术的重大创新和突破。
在大混凝土中内中掺入适量的特制的轻烧MgO，利用MgO水化所释放的化学能转变为机械能，使混凝土产生自生体积膨胀，抵消其在温降过程中的体积收缩。也就是利用其独特的具有延迟性的、不可逆变形及长期稳定的微膨胀性能来补偿大坝混凝土在温降时的体积收缩和温度变形。更确切地说，就是利用MgO混凝土的限制膨胀来补偿混凝土的限制收缩，达到防裂目的。
5.大体积混凝土的温度控制措施
大体积混凝土温度控制是通过控制混凝土的拌合温度来控制混凝土的入仓温度，通过一期冷却降低混凝土内部的水化热温升，从而降低混凝土内部的最高温升，使温差降低到允许范围，通过二期冷却，使坝体温度从最高温度降到接近温度，以便在达到灌浆温度后及时进行纵缝灌浆。温度控制的具体措施常从混凝土的减热和散热两方面着手。
5.1减少混凝土的发热量，减少每立方米混凝土的水泥用量
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、采用低流态或无塌落度干硬性贫混凝土。改善骨料级配，增大骨料粒径，对少筋混凝土可埋放大石块，以减少每立方米混凝土的水泥用量。大量掺入粉煤灰，掺和料的用量可达水泥用量的25%～40%。采用高效外加减水剂不仅能节约水泥用量约20%，使28d龄期混凝土的发热量减少25%～30%，且能提高混凝土早期强度和极限拉伸值。
5.2采用低发热量的水泥
降低混凝土的入仓温度，合理安排好浇筑时间。在施工组织上安排春、秋季多浇，夏季早晚浇，正午不浇，这是最经济、最有效的降低入仓温度的措施。采用加冰或加冰水拌和。混凝土拌和时，将部分拌和用水改为冰屑，利用冰的低温和冰融解时吸收潜热的作用，这样，最大限度可将混凝土减低约20℃。对骨料进行预冷。当加冰拌和不能满足要求时，通常采取骨料预冷的办法。
5.3加速混凝土散热，采用自然散热冷却降温。采用低块薄层浇筑可增加散热面，并适当延长散热时间，即适当增长间歇时间。在高温季节已采用预冷措施时，则应采用厚块浇筑，缩短间歇时间，防止因气温过高而热量倒流，以保持预冷效果，在混凝土内预埋水管通水冷却。
总结：
大体积混凝土硬化期间，由于水泥释放水化热，混凝土的温度升高，混凝土内外温差增大，极易引起裂缝，即温度裂缝，如何采取有效措施，防止温度应力造成混凝土出现有害温度裂缝，一直是大坝大体积结构施工的一个重大问题，所以，在大体积混凝土内部各点的温度不同，存在整体降温及非线性温度场，既受外部约束又有内部约束，因而产生温度应力。
参考文献：
[1]游宝坤，李乃珍著.膨胀剂及其补偿收缩混凝土[M].中国建材工业出版社，2005
[2]过镇海，时旭东编著.钢筋混凝土原理和分析[M].清华大学出版社，2003
[3]黄政宇主编.土木工程材料[M].高等教育出版社，2002
[4]冯乃谦主编.实用混凝土大全[M].科学出版社，2001
[5]龚召熊主编.水工混凝土的温控与防裂[M].中国水利水电出版社，1999
[6]朱伯芳著.大体积混凝土温度应力与温度控制[M].中国电力出版社，1999
【关键词】大体积混凝土；温度裂缝；温度控制标准；控制措施
【Abstract】Mass concrete crack and its prevention and control has been one of the focuses of the hydroelectric engineering major technical problems， in the process of dam
concrete pouring， the temperature stress and temperature control is of great significance.
【Keywords】 Mass concrete Temperature control of mass Concrete temperature crack Standard and control measures
1.大体积混凝土温度变化过程
混凝土在凝固过程中，由于水泥水化，释放大量水化热，使混凝土内部温度逐步上升，对尺寸小的结构由于散热较快，温升不高，不致引起严重后果，但对大体积混凝土，最小尺寸也常在3～5m以上，而混凝土导热性能随热传导距离呈现性衰减，大部分水化热将积蓄在浇筑块内，使块内温度升达30～50℃，甚至更高。由于内外温差的存在，随着时间的推移，坝内温度逐渐下降而趋于稳定，与多年平均气温接近。
大体积混凝土的温度变化过程可分为三个阶段，即温升期、冷却期和稳定期。显然，混凝土内的最高温度Tmax等于混凝土浇筑入仓温度Tp与水化热温升值Tr之和，由Tp到Tmax是升温期，由Tmax到稳定温度Tf是降温期，之后混凝土体内温度围绕稳定温度随外界气温有所起伏。
2.大体积混凝土温度裂纹原因分析
混凝土坝的温度控制是混凝土坝设计中的重要问题，对于保证混凝土坝工程的质量、加快施工进度等方面，起到关键性作用。在混凝土温度控制设计中，一般以基础温差的设计为重点，以单独浇注块的温度应力为理论基础，在限制应力或应变的条件下估算允许温差。实践表明，浇注块的分块尺寸越小，应力越小，基础允许温差就越大。
大体积混凝土结构，混凝土澆筑后，水泥的水化热很大，由于混凝土体积大，要产生大量的水化热，混凝土温度升高，而混凝土表面则散热较快，这样形成较大的温度差，引起较大的表面拉应力而超过混凝土极限抗压强度，就会在混凝土表面产生表面裂缝。
3.混凝土的温度裂缝
大体积混凝土的温度变化引起温度变形，温度变形受到约束，势必产生温度应力，由于混凝土的抗压强度远高于抗拉强度，在温度压应力作用下不致破坏混凝土，当受到温度拉应力作用时，常因抗拉强度不足而产生裂缝，随着约束情况的不同，大体积混凝土温度裂缝有如下两种：
3.1表面裂缝
混凝土浇筑后，其内部由于水化热温升，体积膨胀，如遇寒潮，气温骤降，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。各点温度应力的大小，取决于改点温度梯度的大小。在混凝土内处于内外温度平均值的点应力为零，高于平均值的点承受压应力，低于平均值的点为拉应力；混凝土的抗拉强度远小于抗压强度，当表层温度拉应力超过混凝土的允许抗拉强度时，将产生裂缝，形成表面裂缝。这种裂缝多发生在浇筑块侧壁，方向不定，数量较多。
3.2贯穿裂缝和深层裂缝
变形和约束是产生应力的两个必要条件。由温度变化引起温度变形时普遍存在的，有无温度应力关键在于有无约束。人们不仅把基岩视为刚性基础，也把已凝固、弹模较大的下部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在混凝土上升温度膨胀期引起压应力，在降温收缩时引起拉应力。当此拉应力超过混凝土的允许抗拉强度时，就会产生自基础面向上开展、贯穿整个坝段，就称为贯穿性裂缝。当裂缝切割的深度达到3～5m时，就称为深层裂缝。
4.防裂新技术
近30年来，随着科学技术的进步与工程实践经验的积累，通过多种途径，采取综合性措施来解决大坝混凝土的抗裂问题。其中氧化镁新材料和MgO水泥混凝土筑坝新技术的出现，打破了人们的传统认识，提出了筑坝新理论和筑坝新技术。据此，既可实现快速施工又大大拓宽和完善了水工混凝土筑坝防裂技术。实践证明，MgO混凝土筑坝技术是大体积混凝土施工的革命，是国内外筑坝技术的重大创新和突破。
在大混凝土中内中掺入适量的特制的轻烧MgO，利用MgO水化所释放的化学能转变为机械能，使混凝土产生自生体积膨胀，抵消其在温降过程中的体积收缩。也就是利用其独特的具有延迟性的、不可逆变形及长期稳定的微膨胀性能来补偿大坝混凝土在温降时的体积收缩和温度变形。更确切地说，就是利用MgO混凝土的限制膨胀来补偿混凝土的限制收缩，达到防裂目的。
5.大体积混凝土的温度控制措施
大体积混凝土温度控制是通过控制混凝土的拌合温度来控制混凝土的入仓温度，通过一期冷却降低混凝土内部的水化热温升，从而降低混凝土内部的最高温升，使温差降低到允许范围，通过二期冷却，使坝体温度从最高温度降到接近温度，以便在达到灌浆温度后及时进行纵缝灌浆。温度控制的具体措施常从混凝土的减热和散热两方面着手。
5.1减少混凝土的发热量，减少每立方米混凝土的水泥用量
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、采用低流态或无塌落度干硬性贫混凝土。改善骨料级配，增大骨料粒径，对少筋混凝土可埋放大石块，以减少每立方米混凝土的水泥用量。大量掺入粉煤灰，掺和料的用量可达水泥用量的25%～40%。采用高效外加减水剂不仅能节约水泥用量约20%，使28d龄期混凝土的发热量减少25%～30%，且能提高混凝土早期强度和极限拉伸值。
5.2采用低发热量的水泥
降低混凝土的入仓温度，合理安排好浇筑时间。在施工组织上安排春、秋季多浇，夏季早晚浇，正午不浇，这是最经济、最有效的降低入仓温度的措施。采用加冰或加冰水拌和。混凝土拌和时，将部分拌和用水改为冰屑，利用冰的低温和冰融解时吸收潜热的作用，这样，最大限度可将混凝土减低约20℃。对骨料进行预冷。当加冰拌和不能满足要求时，通常采取骨料预冷的办法。
5.3加速混凝土散热，采用自然散热冷却降温。采用低块薄层浇筑可增加散热面，并适当延长散热时间，即适当增长间歇时间。在高温季节已采用预冷措施时，则应采用厚块浇筑，缩短间歇时间，防止因气温过高而热量倒流，以保持预冷效果，在混凝土内预埋水管通水冷却。
总结：
大体积混凝土硬化期间，由于水泥释放水化热，混凝土的温度升高，混凝土内外温差增大，极易引起裂缝，即温度裂缝，如何采取有效措施，防止温度应力造成混凝土出现有害温度裂缝，一直是大坝大体积结构施工的一个重大问题，所以，在大体积混凝土内部各点的温度不同，存在整体降温及非线性温度场，既受外部约束又有内部约束，因而产生温度应力。
参考文献：
[1]游宝坤，李乃珍著.膨胀剂及其补偿收缩混凝土[M].中国建材工业出版社，2005
[2]过镇海，时旭东编著.钢筋混凝土原理和分析[M].清华大学出版社，2003
[3]黄政宇主编.土木工程材料[M].高等教育出版社，2002
[4]冯乃谦主编.实用混凝土大全[M].科学出版社，2001
[5]龚召熊主编.水工混凝土的温控与防裂[M].中国水利水电出版社，1999
[6]朱伯芳著.大体积混凝土温度应力与温度控制[M].中国电力出版社，1999