关于水闸混凝土中的温控设计和施工控制的探讨

摘要：水闸在水利设施建设过程中应用十分普遍。工程施工中温度裂缝，作为影响水闸质量的一大难题，目前尚无有效的解决方法。为解决这一难题，本文从水闸混凝土温度控制问题的分析入手，对水闸混凝土施工过程中的温控方法和施工控制措施进行了简要探究。

关键词：水闸混凝土；温度裂缝；温控设计；施工控制

1水闸裂缝成因分析

1.1水闸底板裂缝成因分析混凝土浇筑后，水泥发生水化反应，释放出大量的热量。底板上表面和四周与大气接触，部分热量通过对流散失到大气中；与此同时，底板底面与温度较低的地基接触，部分热量通过热传导散失到地基中；但由于混凝土导热性能较差，大量的水化热量仍积贮在混凝土内部。因此在早期，底板四周温度较低，内部温度相对较高，混凝土表面与内部存在温度差异。与温度分布规律相对应，底板表面承受拉应力，而混凝土内部则承受压应力。混凝土早期抗拉强度数值不大且可靠性较差，因此，混凝土底板很可能从表面开裂。

1.2水闸闸墩裂缝成因析在早期，闸墩的温度分布规律与底板类似，均呈现出“外冷内热”的温度分布规律，顺水流方向的拉膻力较大，且最大的拉应力出现在闸墩中心处或是闸槽等结构较薄弱处。在后期，闸墩内部的温降收缩变形受到底板的强约束作用，闸墩中出现了较大的顺水流方向的拉应力。若此时闸墩开裂，尽管裂缝也出现在闸墩中心处或是闸门槽等结构较薄弱处，但相对于早期来讲，裂缝的位置要相对低一点。究其原因，早期开裂的原因在于内外温差，闸墩中心处的内外温差较大，因此，闸墩中心处的拉应力也最大，开裂的可能性也最大。而在后期，开裂的位置相对低一点。一般在底板以上1/3左右的位置。

2水闸温控动态控制的原理

2.1资料收集和仿真计算为避免温控设计出现偏差，首先应尽量进行精确的工程数据采集，通过现场实测及室内试验收集包括气温资料、水泥特性资料、地质及混凝土骨料热工参数和力学性能指标参数等计算数据。结合具体的工程条件和工程数据，采用有限元仿真算法计算出由于基础温差、内外温差、上下层温差引起的混凝土拉应力，确定相应的允许温差上限值。

有限元仿真计算以固体热传导方程为混凝土的热工原理，考虑浇筑块体的初始条件和边界条件，结合力学试验及现场实测数据采用先进的有限单元法离散混凝土浇筑体进行。计算过程考虑施工中拟采取的各种温控措施及随时问变化的环境因素，模拟混凝土浇筑后50d龄期内的温度变化过程。

2.2温控方案的设计①使用微膨胀水泥以提高凝土的抗裂性。②掺加高效减水剂及优质粉煤灰以减少水泥水化热和混凝土硬化后的于缩变形。③通水冷却骨料，加冰拌合混凝土以降低混凝土出机口温度，减小运输距离以降低混凝土运输途中的温度损失。④选择合理的浇筑次序，加快浇筑速度，对处于基础约束区的混凝土，尽可能缩短新浇混凝土和已浇混凝土之间的时间间隔，分层浇筑混凝土。⑤埋设水管通水冷却混凝土以控制水化热温升及内外温差。⑥闸墩设置后浇带减小温度应力。⑦加强混凝土后期养护，避免气温骤变造成表面裂缝。

2.3施工动态的控制工程前期应严格按照施工方案进行，做到精心施工、精心养护，然后经现场实测得到混凝土温度变化资料；通过对比仿真计算结果和已浇筑结构的温度及应力实测结果，分析二者的拟合度，若拟合较好则说明预设方案是经济合理的；否则应分析其原因，根据各温控措施所占权重调整温控方案，经过理论计算验证其拟合度，然后对后续混凝土浇筑的温控措施进行经济、合理的调整，控制不出现温度裂缝。

3水闸混凝土中的施工控制措施

3.1混凝土材料优化降低混凝土的绝热温升由水闸开裂原因可以看出，早期混凝土内部温升幅度过大是混凝土开裂的主要原因，而降低混凝土的绝热温升能有效地控制混凝土的温升幅度。从而也是最直接、最有效的温控防裂方法。

选用中热或低热水泥以及在混凝土中掺入粉煤灰，能有效地降低混凝土绝热温升。提高混凝土的抗拉强度降低水灰比以及在混凝士中掺入纤维材料均可有效提高混凝土的抗拉强度。减小混凝土开裂的风险。但是,降低混凝土的水灰比后，混凝土的弹性模量增加，徐变减小，混凝土拉应力未必减小，因此，降低水灰比对混凝土防裂未必有利。而在混凝土的掺入纤维材料后，混凝土的抗拉强度明显提升，其他诸如抗渗性、耐磨性和抗冲击性能均有所改善。但掺入议在抗裂或抗冲耐磨要求较高的部位选用。此外，掺入膨胀剂膨胀剂能在一定程度上补偿混凝土的自身体积收缩变形和混凝土温缩变形，有利于后期混凝土应力状态的改善。减小混凝土开裂的风险。

3.2注重施工温控防裂①降低混凝土的浇筑温度，在高温季节进行水闸施工建设时，应尽可能降低混凝土的浇筑温度。混凝土浇筑温度越低，混凝土早期温度峰值也越低．相对应混凝土早期的内外温差和后期的温降幅度也越小，混凝土开裂的可能性也相对减小。②混凝土表面保温内外温差过大是混凝土早期开裂的主要原因，在混凝土表面覆盖保温材料后。混凝土表面温度显著提高，内外温差明显减小，表面应力状态明显，混凝土开裂可能性明显减小。因此，表面保温是一项经济、有效的温控措施。尤其在寒冬季节更是如此。控制底板与闸墩的浇筑间歇时间底板与闸墩浇筑间歇时间过长是闸墩后期开裂的重要原因。③采用后浇带技术后浇带是施工期间保留的临时性温度收缩变形缝，是一种特殊的施工缝。后浇带施工技术指的是将闸墩沿水流方向一分为三，先浇筑前后两块，中间预留1m左右部分待到以后再施工。后浇带技术缩短了浇筑块沿水流方向的长度，底板对闸墩的约束作用显著减小，闸墩后期的应力状态明显改善。

参考文献：

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