混凝土温度控制及防裂摘自水利水电工程施工手册混凝土工程第八章大体积混凝土由于水泥水化过程中产牛的大量水化热不易散发, 浇筑后初期, 混凝土内部温度急剧上升引起混凝土膨胀变形, 此时混凝土弹性模量很小, 在升温过程中由于基岩约束混凝土膨胀变形而产生的压而力很小。随着温度逐渐降低, 同时混凝土弹性模量逐渐增大, 混凝土发生收缩变形时又受到基岩的约束, 收缩变形就会产生相当大的拉应力。当拉应力超过混凝土抗拉强度时就会产生基础约束区深层裂缝或贯穿裂缝, 破坏混凝土的整体性, 对混凝土结构产生不同程度的危害, 故必须采取措施 控制混凝土温度。此外当混凝土内部温度较高时, 如果外部环境温度较低或外在气温骤降期间, 因内外温差过大或温度梯度较大, 则在混凝土表面也会产生较大拉应力, 引起表面裂缝甚至发展成深层裂缝。国内外水利水电工程大体积混凝土裂缝的统计分析表明, 混凝土施工中出现的裂缝大多属于温度裂缝, 其中表面裂缝又占绝大多数。由于贯穿裂缝将危及大坝安全运行, 同时少数表面裂缝在一定条件下可能继续发展成贯穿裂缝。因此, 分析工程特点、坝区气候条件和混凝土材料的特性, 合理确定稳定温度场、分缝分块尺寸、混凝土抗裂指标, 提出相应的温度控制标准及防裂措施, 对防止危害性贯穿裂缝、尽可能减少表面裂缝、确保工程的质量和安全是至关重要的。第一节 混凝土力学与热学性能1. 混凝土力学性能1.1 强度 水利水电工程中的混凝土除要满足设计抗压强度外, 还需具有适当的抗拉强度。混凝土的抗拉强度, 根据试验方法的不同, 分为轴心抗拉强度、劈裂抗拉强度和弯曲抗拉强度。 轴心抗拉强度与抗压强度的比值一般为 1/81/14。表1-1 为 DL/T5057-1996水工混凝土结构设计规范中列出的混凝土强度标准值,在没有试验表 11 混凝土强度标准值 MPa混凝土强度种类符号混凝土强度等级C10C15C20C25C30C35C40C45C50C55C60轴心抗压强度ck6.710.013.517.020.023.527.029.532.034.036.0轴心抗拉强度tk0.901.201.501.752.002.252.452.602.752.852.95资料时可以选用, 但在大中型工程中一般应经试验确定。 硅酸盐水泥制成的混凝土, 其抗压强度与龄期的关系见表1-2。 表12 不同龄期混凝土抗压强度(硅酸盐水泥) MPa水泥品种混凝土龄期(d)7286090180普通硅酸盐水泥0.550.651.01.101.151.20矿渣硅酸盐水泥0.450.551.01.201.301.40火山灰质硅酸盐水泥0.450.551.01.151.251.30注：1. 表中数值是在假定龄期28d的强度为1.0时的比值。 2. 对于蒸汽养护的构件，不考虑抗压强度随龄期的增长。3. 表中数值未计入掺和料及外加剂影响； 4. 表中数值适用于C30及其以下的混凝土。新旧规范中 R( 原规范的混凝土标号) 与 C (现行规范的混凝土强度等级)之间的换算关系为： 由式11可得出R与C的换算关系，见表13。表13 R与C换算关系原规范混凝土标号(kgf/cm2)100150200250300350400砼立方体抗压强度变异系数fCU0.230.200.180.160.140.120.10现行规范砼强度等级C（计算值）9.2414.2019.2124.3329.5634.8940.28现行规范砼强度等级C（取用值）C9C14C19C24C29.5C35C40注：表中水平的砼立方体抗压强度变异系数取用全国28个大中型水利水电工程合格的调查统计分析的结果。1.2 弹性模量及泊松比 规范建议混凝土泊松比为1/6，不同标号混凝土的弹性模量见表 14。表14 混凝土弹性模量 GPa强度种类符号混凝土强度等级C10C15C20C25C30C35C40C45C50C55C60弹性模量Ec17.522.025.528.030.031.532.533.534.535.536.01.3 极限拉伸变形混凝土极限拉伸值是衡量混凝土抗裂性的指标，重要工程应通过试验求得，一般工程在没有试验资料时可按混凝土的标号或抗拉强度估计，或参考相似工程资料，见表15及表16。表15 混凝土标号与极限拉伸关系标号100150200250300p(10-4)0.570.630.650.720.720.810.770.900.820.97 注：1.表中下限值见朱伯芳编写大体积混凝土温度应力与温度控制，中国电力出版社，1999年3月版。 2. 表中上限值见中国水利发电工程施工卷，中国电力出版社，2000年9月版。表 6 坝体混凝土极限拉伸值序号工程名称骨料极限拉伸值p(10-4)1东风双曲拱坝灰岩人工骨料0.962岩滩重力坝灰岩人工骨料0.75（内部），0.85（外部）3五强溪重力坝砂岩人工骨料0.854铜街子重力坝河卵石天然骨料0.755漫湾重力坝流纹岩人工骨料0.89（内部），0.94（外部）6紧水滩双曲拱坝河卵石天然骨料0.96（28d），1.06（90d）7安康重力坝河卵石天然骨料0.71（内部），0.83（外部）8东江双曲拱坝河卵石天然骨料抗拉强度2.59MPa9故县重力坝河卵石天然骨料90d允许抗拉强度2.10MPa10万安重力坝河卵石天然骨料28d0.75（基础），28d0.65（内部）11二滩双曲拱坝正长岩人工骨料1.041.14（R90250R90350）12小湾双曲拱坝片麻岩人工骨料R90350，1.329； R90400，1.33513小浪底引水塔河卵石天然骨料R28250，0.98；R90250，0.8514三峡重力坝花岗岩人工骨料R90150，0.70.75； R90200，0.80.8515葛洲坝工程河卵石天然骨料R28150，0.75； R28200，0.851.4 徐变 影响混凝土徐变的因素很多，主要有加荷龄期、持荷时间、荷栽性质、湿度、骨料含量及弹性模量、水泥品种、水灰比和胶材用量等。表17为国内外使用的不同龄期混凝土的应力松弛系数K。 表17 大坝混凝土松弛系数K资料来源加荷龄期(d)备 注372890柘 溪0.300.300.400.52持荷220d，由徐变曲线推算刘 家 峡0.350.350.440.56乌 江 渡0.500.520.570.61上椎叶(日本)0.400.400.440.59宫 川(日本)0.200.200.420.48全苏水利科学研究院0.560.600.70持荷30d水工钢筋混凝土结构设计规范施工采用0.50SDJ21-1978重力坝设计规范0.5DL/T 5057-1996水工混凝土结构设计规范加荷龄期(d)持荷时间(d)33010050030.6230.4440.3260.26270.6810.5210.6020.644280.7420.6020.4980.443900.7720.6440.5470.4952. 混凝土热学性能 混凝土热学性能一般包括导热系数、导温系数a、比热容 c 和热膨胀系数。大中型工程混凝土热学性能由试验确定, 一般工程可参考类似工程资料确定。 因混凝土的热学性能取决定于水、水泥及粗骨料的热学性能, 所以可根据混凝土配合比中各种材料用量及其特性, 以加权平均法进行估算。 部分工程混凝土的热学性能及参考值见表18。 混凝土各种材料的热学性能见表19。表18 我国一些大坝混凝土的热学性能工程名称混凝土的热学性能密度kJ/（mh）a（m2/h）CkJ/（kgK）p（kg/m3）三门峡10.170.003851.082450新安江11.930.004601.052465刘家峡8.000.003211.052380丹江口10.890.004461.012450东 江10.050.004081.012450小浪底10.570.004400.992450小 湾7.120.003150.922452岩 滩7.370.003330.922400漫 湾7.410.003210.942462紧水滩8.420.003391.022443安 康11.870.005100.952450五强溪6.880.003290.872400二 滩9.920.004320.932460葛洲坝11.340.004730.982450隔河岩9.960.003800.962500三 峡9.000.003470.962440参考值9.600.004001.002450表19 混凝土各种材料的热学性能材料kJ/（mh）CkJ/（kgK）2132435421324354水2.1602.1602.1602.1604.1874.1874.1874.187普通水泥4.4464.5934.7354.8650.4560.5360.6620.825石英砂11.12911.09911.05311.0360.6990.7450.7950.867玄武岩6.89