混凝土温度控制及防裂

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1/8～1/14。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1—1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ƒck6.710.013.517.020.023.527.029.532.034.036.0轴心抗拉强度ƒtk0.901.201.501.752.002.252.452.602.752.852.95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1—2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0.55～0.651.01.101.151.20矿渣硅酸盐水泥0.45～0.551.01.201.301.40火山灰质硅酸盐水泥0.45～0.551.01.151.251.30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1—1可得出R与C的换算关系，见表1—3。表1—3R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δfCU0.230.200.180.160.140.120.10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）C9C14C19C24C29.5C35C401.2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1—4。表1—4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1—5及表1—6。表1—5混凝土标号与极限拉伸关系标号100150200250300εp(×10-4)0.57～0.630.65～0.720.72～0.810.77～0.900.82～0.97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εp(×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28d≮0.75（基础），28d≮0.65（内部）11二滩双曲拱坝正长岩人工骨料1.04～1.14（R90250～R90350）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R90150，0.7～0.75；R90200，0.8～0.8515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1—7为国内外使用的不同龄期混凝土的应力松弛系数K。表1—7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/T5057-1996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λ、导温系数a、比热容c和热膨胀系数α。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1—8。混凝土各种材料的热学性能见表1—9。表1—8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λ［kJ/（m·h·℃）］a（m2/h）C［kJ/（kg·K）］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1—9混凝土各种材料的热学性能材料λ［kJ/（m·h·℃）］C［kJ/（kg·K）］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6.8916.8716.8586.8370.7660.7580.7830.837白云岩15.53315.26110.44214.3360.8040.8210.8540.888花岗岩10.50510.46710.44210.3790.7160.7000.7330.775石灰岩14.52814.19313.91713.6570.7490.7580.7830.821石英岩16.91010.77716.63816.4750.6910.7240.7580.791流纹岩6.7706.8126.8626.8870.7660.7500.8000.808混凝土热膨胀系数一般可取α=l.0×10-5/℃,骨料的岩石品种对混凝土热膨胀系数影响很大,石灰岩骨料混凝土的热膨胀系数一般较小。部分工程混凝土热膨胀系数见表1--10,不同岩石骨料的热膨胀系数见表1—11。表1—10我国一些大坝混凝土的热膨胀系数工程名称骨料α(×10-5/℃)工程名称骨料α(×10-5/℃)岩滩重力坝人工灰岩0.80三峡重力坝小浪底进水塔天然河卵石人工花岗岩0.94漫湾重力坝人工流纹岩0.950.85龙羊峡重力拱坝天然河卵石0.95小浪底进水塔天然河卵石0.80五强溪重力坝人工石英砂岩1.00小湾双曲拱坝人工片麻岩0.901(C35)/0.921(C40)二滩双曲拱坝人工正长岩0.80东风双曲拱坝人工灰岩0.55～0.60东江双曲拱坝天然河卵石1.00葛洲坝天然河卵石1.00安康重力坝天然河卵石1.00隔河岩重力拱坝人工灰岩0.67紧水滩双曲拱坝天然河卵石1.00三门峡重力坝天然河卵石1.00表1—1不同岩石品种骨料混凝土的热膨胀系数岩石品种石英岩砂岩花岗岩白云岩玄武岩石灰岩α(×10-5/℃)1.201.170.80～0.950.950.850.5～0.7第二节坝体稳定温度1.稳定温度坝体稳定温度是确定坝体接缝灌浆温度,以及基础约束区混凝土允许最高温度的重要依据。

1.1边界条件稳定温度场的边界温度包括坝体边界的气温、水温、地温。下游面气温可根据气象资料取当地多年年平均气温,并根据日照方向考虑坝面太阳辐射升温的影响;上游面水库水温按不同深度取多年年平均水温,根据工程所在地区气候特点、天然水温、水库运行条件等,选取条件相近的水库资料,确定各高程多年年平均水温和变幅;下游水位以下水温可取河水多年年平均温度或稍低于河水多年年平均温度。1.2稳定温度计算稳定温度场计算，可用平面有限元或双向差分法计算，必要时可用三维有限元计算。2.准稳定温度2.1两面暴露的平板为无限平板，无限平板最低温度计算式：式中Tm----混凝土平板温度最低值，℃；TA----介质(空气或水等)年平板温度，℃；TB----介质温度年变幅，℃；ω----介质温度年变化周期，ω=2π/365；α----混凝土导温系数，m2/d；l----平板厚度,m。2.2半无限平板准稳定温度一面暴露的平板为半无限平板，半无限平板准稳定温度计算，先按式(2--2)求出点温度，再计算各点温度平均值，全年各点平均值最小者即为所求准稳定温度场的最低温度值。式中Tm----混凝土平板温度最低值，℃；TA----介质(空气或水等)年平板温度，℃；TB----介质温度年变幅，℃；λ----混凝土导热系数，kJ/（m·h·℃）；α----混凝土导温系数，m2/d；β----混凝土表面放热系数，kJ/（m2·h·℃）；ω----介质温度年变化周期，ω=2π/365；X----计算点深度,m；τ----计算时间，d。2.3墩、墙、薄拱坝等薄壁结构准稳定温度墩、墙、薄拱坝等薄壁结构，受年变化气温及年变化水温影响将不存在稳定温度场，而存在施工期或运行期的准稳定温度场(与混凝土温度控制相关相关联的是年变化气温或水温条件下出现的最低温度)。准稳定温度场的计算方法与稳定温度场基本相同，仅边界温度按年变化取值。第三节混凝土温度控制标准

1.基础温差基础温差是指混凝土浇筑块在其基础约束反范围内混凝土最高温度与稳定温度或准稳定温度之差。混凝土最高温度一般取28d龄期内浇筑块混凝土的最高温度。基础容许温差一般结合建筑物尺寸、混凝土力学性能、基岩弹性模量与混凝土弹性模量的比值、混凝土浇筑上升情况等,并参照规范及已建或在建工程施工经验确定。对于基岩面上薄层混凝土块及基岩弹性模量比混凝土弹性模量高出较多者,以及基础约束区内混凝土不能连续浇筑上升者,应核算基础约束区内混凝土温度应力,不能满足防裂要求时,应考虑减小分缝分块尺寸。DL5108-1999《混凝土重力坝设计规范》对28d龄期极限拉伸值不低于0.85×10-4、基岩变形模最与混凝土弹性模量相近、短间歇均匀上升的常态混凝土浇筑块的基础容许温差的规定值见表3-1。陡坡和填塘部位混凝土基础允许温差,应视所在部位结构要求和其特征尺寸,参照平整基础温差标准适当提高填塘、陡坡混凝土浇平至相邻基岩面后,应停歇冷却至与周围基岩温度相近时,再继续上升。表3--2为三峡工程大坝混凝土基础允许温差。表3—1混凝土基础允许温差离基岩面高度H浇筑块长边尺寸L17m以下17～21m21～30m30～40m40m至通仓0～0.2L26～2424～2222～1919～1616～140.2～0.4L28～2626～2525～2222～1919～17表3—2三峡工程大坝混凝土基础允许温差部位浇筑块长边尺寸L(m)≤2021～30m31～40m41～50通仓基础强约束区2220～2117～191614基础弱约束区2523～2420～221917注：1.高度0～0.2L为基础强约束区，0.2～0.4L为基础弱约束区。2.基岩与混凝土的弹性模量比为1.5。2.上、下层温差上、下层温差指在老混凝土面(龄期超过28d)上、下各L/4范围内上层混凝土最高平均温度与新混凝土开始浇筑时下层实际平均温度之差,当上层混凝土短间歇连续浇筑上升,且浇筑高度大于0.5L时,其允许值一般为15～20℃。浇筑块侧面长期暴露,或上层混凝土高度＜0.5L,或非连续浇筑上升时应适当加严上、下层温差标准。3.内外温差及表面保护标准3.1内外温差或坝体最高温度控制标准坝体或浇筑块的平均温度与其表面温度之差称为混凝土内外温差。为防止坝体内外温差过大引起混凝土表面产生裂缝,施工中必须控制坝体内外温差,一般为20～25℃。在设计及施工中为了便于掌握,一般将内外温差转化为控制坝体最高温度。任何部位,包括基础约束区及基础非约束区,其最高温度均不得超过坝体最高温度控制标准。坝体最高温度控制标准一般参照已建工程经验,兼顾内外温差要求和实际施工条件确定。三峡工程对均匀上升浇筑块,坝体常态混凝土最高温度按表3--3控制。

表3—3三峡工程混凝土最高温度控制标准℃月份12～23、ll4、105、96～8≤R90200#23～2426～273l33～3435～38≥R90250#24～2628～2931～3334～3637～39注：重要部位取下限值。

3.2表面保护标准3.2.1初期气温骤降气温骤降期间对混凝土表面进行保护是防止混凝土表面裂缝的有效措施。新浇混凝土遇日平均气温在2～3d内连续下降≥6～8℃时,且基础强约束区和重要部位混凝土龄期3～4d以上,一般部位混凝土龄期4～5d以上必须进行表面保护。保温层等效放热系数β值可根据坝址气温骤降情况及风速等通过计算确定。3.2.2中、后期气温年变化及气温骤降的综合影响在气温年变化和气温骤降的同时作用下,混凝土内部温度较高且无保护时极可能使混凝土表面产生裂缝。施工期内应视不同浇筑季节和不同部位,对埋有冷却水管部位结合考虑后期通水情况,进行中期通水冷却,并采取必要的表面保护措施。对未埋冷却水管的部位应加强表面保温保护。三峡工程挡水大坝保温层混凝土等效放热系数β值要求为:大体积混凝土β≤2.O～3.OW/(m·℃)；导流底孔、深孔、排漂孔等部位的结构混凝土:β≤1.5～2.OW/(m·℃)。4.坝体设计允许最高温度确定坝体设计允许最高温度原则:对于基础约束区混凝土,按基础允许温差加上坝体稳定温度或准稳定温度与坝体最高温度控制标准比较后取其低值;对于均匀上升的脱离基础约束区混凝土,仅按坝体最高温度控制标准确定;对于老混凝土约束区可参照上述基础约束区混凝土的原则来确定;填塘、陡坡部位混凝土温控原则上按基础强约束区允许最高温度适当提高执行。表3--4为三峡工程泄洪坝段坝体设计允许最高温度表5--4三峡工程泄洪坝段坝体设计允许最高温度℃部位区域月份12～21、ll4、105、96~8第I仓基础强约束区2326303334基础弱约束区2326303335～36脱离基础约束区2326303336～37第II仓及1#～7#坝段第III仓基础强约束区2427313333基础弱约束区2427313435～36脱离基础约束区24273l3436～388#～23#坝段第III仓基础强约束区2427313212基础弱约束区24273l3435脱离基础约束区24271l3436～371#～7#坝段基础强约束区2427313436基础弱约束区2427313436～37脱离基础约束区24273l3436～38第四节混凝土浇筑温度DL/T5144—2001《水工混凝土施工规范》中已明确规定：混凝土的浇筑温度系指混凝土经过平仓振捣后，覆盖上层混凝土前，在5～10cm深处的温度。混凝土浇筑温度由混凝土的出机口温度和混凝土运输、浇筑过程中温度回升两部分组成。一般要求预冷混凝土运输、浇筑过程中温度回升率不大于0.25。1.混凝土出机口温度1.1预冷骨料混凝土出机口温度主要取决于拌和前各种原材料的温度。拌和时机械热产生的温度甚微，小型拌和楼可不予考虑。砂、骨料的温度，若不采取冷却措施（料堆高度小于5m，不预冷），一般要高出平均气温（旬平均或月平均）3～5为了降低混凝土浇筑温度，往往需要对混凝土原材料采取降温措施，以降低混凝土出机口温度。降温的措施不同，降温的效果差别较大。一般粗骨料可降至零度以下，拌和水可降至2℃利用拌和前混凝土各种原材料总热量与拌和后流态混凝土总热量相等的原理，可求得混凝土出机口温度T0：式中T0-------混凝土出机口温度，℃；Cs、Cg、Cc、Cw----分别为砂、石、水泥和水的比热，kJ/（kg/℃）；qs、qg----分别为砂、石的含水量，%；Ws、Wg、Wc、Ww----分别为砂、石、水泥和水的用量，kg/m3；Ts、Tg、Tc、Tw----分别为砂、石、水泥和水的温度，℃；Qj------混凝土拌和时产生的机械热，小型拌和楼可不予考虑，大型拌和楼可取1500kJ/m3。材料比热比较稳定，可取Cs=Cg=Cc=0.837kJ/（kg/℃），Cw=4.19kJ/（kg/℃）；砂、石的含水量施工规范中已有规定：砂≤6%，石≤1%，取qs=6，qg=1（是偏安全的），小型拌和楼Qj=0。代入（式--1）得：各种原材料中，对混凝土出机口温度影响最大的是石子温度，砂及水的温度次之，水泥的温度影响较小。所以,降低混凝土出机口温度最有效的办法是降低石子的温度，石子温度降低1℃，混凝土出机口温度约可降低0.61.2加冰拌和如果预冷混凝土原材料不能满足要求，则可用冰屑代替一部分拌和用水。冰屑在拌和过程中溶解，将吸收335kJ/kg的潜热，从而可进一步降低混凝土出机口温度，加冰拌和的效果见表4—1，混凝土出机口温度计算式为：T0=｛(0.837+4.19qs)WSTS+(0.837+4.19qg)WgTg+0.837WCTC+4.19(1-P)ATW－335ηPA｝÷B(4—3)式中A=Ww－gsWs－ggWgB=0.837(WS+Wg+WC)+4.19WWP----加冰率；η---加冰的有效系数，在进入拌和楼前，有一部分冰屑在运输途中已经融化，通常η=0.75～0.85。表4—1加冰拌和的效果加冰率25%50%75%100%降温值(℃)2.85.78.511.4一般每加10kg冰，可降低混凝土出机口温度1℃2.混凝土入仓温度混凝土入仓温度取决于混凝土出机口温度、运输工具类型、运输时间和转运次数。混凝土入仓温度可按式4—4计算：TB·P=T0+（Ta-T0）（θ1+θ2+…θn）（4--4）式中TB·P----混凝土入仓温度，℃；T0------混凝土出机口温度，℃；Ta------混凝土运输时气温，℃；θ（i=1，2，3…n）----混凝土回升系数，混凝土运输时，θ=At；A----混凝土运输过程中温度回升系数，见表—2；t------运输时间，min。表4—2混凝土运输过程中温度回升系数A运输工具容积(m3)A运输工具容积(m3)A自卸汽车1.00.0040长方形吊斗1.60.0013自卸汽车1.40.0037圆柱形吊罐1.60.0009自卸汽车2.00.0030圆柱形吊罐3.00.0007自卸汽车3.00.0020圆柱形吊罐6.00.0005长方形吊斗0.30.0022对于大型汽车及胶带运送混凝土时温度回升率，三峡工程施工时曾用双向差分法进行过计算分析，自卸汽车运送混凝土时温度回升系数见表4—3。胶带运送混凝土时温度回升系数与胶带生产率、单段长度等因素相关。按三峡工程采用的高速槽型胶带总长390～780m、生产率2～4m3/min计算得胶带运送混凝土时单位长度温度回升系数为0.00025～0.00045℃/（m·℃表4—3自卸汽车运送混凝土时温度回升系数运输时间(min)51015202530温度回升系数［℃/（min·℃）］3m0.00530.00420.00390.00370.00350.00346m0.00300.00240.00220.00210.00200.00209m0.00210.00180.00160.00150.00150.00143.混凝土浇筑温度混凝土入仓经过平仓振捣后，在覆盖上层混凝土之前的温度为浇筑温度，一般可用下式计算：Tp=TB·P+θPτ(Ta-TB·P)（式--5）式中TP------混凝土浇筑温度，℃；θP----温度倒灌系数，可取θP=0.002～0.003/min。τ----平仓振捣至上层混凝土覆盖前的时间，min。三峡工程施工组织设计时，用单向差分法对高温季节混凝土浇筑过程中温度回升系数进行了计算分析，在不计浇筑过程中混凝土水化热温升时温度回升系数见表4—4，表中保温指浇筑时在平仓振捣后立即用厚1cm的高发泡聚乙烯塑料覆盖保温，直至其上继续浇筑混凝土。该工程混凝土运输、浇筑过程中温度总回升率为：浇筑过程中进行保温时为0.21～0.25，不保温时为0.29～0.33。表4—4不计浇筑过程中混凝土水化热温升时温度回升系数℃/（min·℃）浇筑坯覆盖时间(min)306090120150180不保温时混凝土温度回升系数0.0012510.0015130.0015120.0014480.0013740.001303保温时混凝土温度回升系数0.0012510.0010870.0008110.0006590.0005680.000507第五节施工期混凝土温度计算施工期混凝土温度计算，主要是根据实际施工条件核算各种温控措施条件下混凝土温度，判别混凝土温度是否控制在设计允许最高温度范围内，为确定各种必要的温控措施提供依据。混凝土温度计算一般用差分法及实用计算法，对大型工程要求计算精度较高及边界条件较复杂者，可用有限元法。1.差分法1.1单向差分法对于平面尺寸较大的混凝土块，可用单向差分法计算其温度场，计算式为：Tn,,τ＋Δτ=Tn,,τ＋aΔτ/δ2×（Tn,－1,τ＋Tn,＋1,τ－2Tn,,τ）＋Δθτ（5--1）式中Tn,,τ＋Δτ----计算点计算时段的温度，℃；Tn,,τ----计算点前一时段的温度，℃；Tn,－1,τ、Tn,＋1,τ---与计算点相邻的上下两点在前一时段的温度，℃；a----混凝土导温系数，m2/d；δ----计算点间距，m；Δτ----计算时段时间步长，应满足：aΔτ/δ2≤0.5，d；Δθτ----计算时段内混凝土绝热温升增量，℃。混凝土绝热温升用公式θτ=θ0τ/DN＋τ表示时，计算层中计算点绝热温升增量可用（5--2）计算，当用公式表示时，绝热温升增量用（5--3）计算。对于浇筑层面计算点，可取上下浇筑层绝热温升增量各一半作为该点绝热温升增量，建基面上计算点绝热温升增量可取第一层一半。式中θ0----混凝土最终绝热温升，℃；τ----混凝土浇筑后时间，d；DN---混凝土水化热产生一半时的时间，d；m----胶凝材料水化热发散速率，d-1；b----胶凝材料水化热发散参数；Q0---胶凝材料最终水化热，kJ/kg；W----胶凝材料用量，kg/m3；C----混凝土比热，kJ/(kg·℃)；Ρ----混凝土密度，kg/m3。1.2双向差分法双向差分法计算温度场，计算分格见图—1,计算式为：式中T0,τ+Δτ----计算点计算时段温度，℃；T0,τ----计算点前一时段温度，℃；T1,τ、T2,τ----与计算点相邻的左、右点前一时段温度，℃；T3,τ、T3,τ----与计算点相邻的上、下点前一时段温度，℃；a----混凝土导温系数，m2/d；δ----计算点间距，m；Δτ----计算时段时间步长，应满足：aΔτ/δ2≤0.25，d；L1、L2----与计算点相邻的左、右点间距与平均点间距之比；L3、L4----与计算点相邻的上、下点间距与平均点间距之比；Δθτ----计算时段内混凝土绝热温升增量，℃。双向差分法计算温度场时，棱角上的边界若为第三类边界条件，按图5—2分格，温度按（5--5）计算：式中Ty----棱角点温度，℃；T1、T2---两边界上相邻点温度，℃；Ta----气温，℃；λ----混凝土导热系数，kJ/(m·h·℃)；β1、β2---分别为两边界上混凝土热交换系数，kJ/(m2·h·℃)；L1δ、L2δ----分别为两边界上的分格距离，m。和气温接触的混凝土表面温度按第三类边界条件处理，其计算式为：式中TF,τ+Δτ----边界点计算时段温度，℃；T0,τ+Δτ----靠近边界的计算点计算时段温度，℃；LFδ----T0,τ+Δτ点至混凝土边界的距离；Ta----混凝土表面气温，℃；λ----混凝土导热系数，kJ/(m·h·℃)；β---混凝土表面散热系数，kJ/(m2·h·℃)。混凝土表面散热系数β值，无保温时可根据坝区平均风速资料参照5—1取值，表面进行保温时混凝土表面等效放热系数可根据保温层厚度及保温材料导热性能按5—7进行计算：式中δi----第i层保温材料厚度，m；Λi----第i层保温材料导热系数，参见表—2，kJ/(m·h·℃)；β0------不保温时混凝土表面放热系数，kJ/(m2·h·℃)。K1------风速修正系数，见表—3；K2------潮湿程度修正系数，潮湿材料取3～5，干燥材料取1.0。表面流水养护时混凝土表面温度可取水温与气温的平均值。对于有初期通水冷却者，可将差分法与一期通水冷却计算相结合进行。差分法计算时可用计算机编写程序进行计算，快速方便。表5—1固体在空气中的放热系数风速(m/s）β［kJ/（m2·h·℃）］风速(m/s）β［kJ/（m2·h·℃）］光滑表面粗糙表面光滑表面粗糙表面0.018.521.15.090.196.70.528.731.46.0103.2111.01.035.838.77.0116.1124.92.049.453.08.0128.6138.53.063.167.69.0140.8151.74.076.782.210.0152.7165.1表5—2各种保温材料导热系数λ材料名称λ［kJ/（m·h·℃）］材料名称λ［kJ/（m·h·℃）］泡沫塑料0.1256膨胀珍珠岩0.1675玻璃棉毡0.1674沥青0.938木板0.837干棉絮0.1549木屑0.628油毛毡0.167稻草或麦杆席0.502干砂1.172炉渣1.674湿砂4.060甘蔗板0.167矿物棉0.209石棉毡0.419麻毡0.188泡沫混凝土0.377普通纸板0.628聚苯乙烯泡沫板0.100聚乙烯泡沫板0.160表5—3风速修正系数K1保温层透风性风速＜4m/s风速＞4m/s易透风保温层（稻草锯末等）不加隔层2.63.0外面加不透风隔层1.61.9内面加不透风隔层2.62.3内外加不透风隔层1.31.5不透风保温层1.31.52.实用计算法2.1单向散热浇筑块最高温度计算由于热传导微分方程和边界条件都是线性的，因此可以利用叠加原理，将浇筑块复杂的散热过程分解为图5—3的四个单元求解。2.1.1下层混凝土通过上层混凝土向顶面散热下层混凝土在初始温度TU时，通过上层新浇混凝土向顶面散热并残存一部分热量于新浇混凝土中，引起新浇混凝土温度升高，其平均温度残留比为：式中α----混凝土导温系数，m2/d；τ----计算时间，d；L----混凝土浇筑层厚度，m。2.1.2上层混凝土向下层混凝土和顶面散热上层新浇混凝土固定热源Tp－Ts(混凝土浇筑温度与混凝土表面温度之差)向空气和老混凝土传热的残留比为：2.1.3混凝土水化热向下层混凝土和顶面散热混凝土水化热向顶面空气和下层老混凝土散发后引起新浇混凝土温度上升值Tτ，可采用时差法计算，即将每个单位时段的混凝土绝热温升值的增量视为常量，与满足边界条件下的相应散热残留比的中值相乘，然后将各时段的积叠加求和，即为该时段水化热温升Tτ，具体计算过程祥见表5—4。表5—4时差法计算Tτ时段时间τ绝热温升绝热温升增量FOE2温度计算时段1时段2时段3…1/LE21E21E22E23…2/LE22E21E22…3/LE23E21……………∑∑∑…注：表中E2根据F0值由式5—9计算或由图5—5查得。2.1.4混凝土浇筑块平均温度计算⑴无初期通水冷却时混凝土浇筑块早期平均温度计算式为：Tm=(TU－TS)E1＋(TP－TS)E2＋Tr＋TS(5—10)在短间歇均匀上升情况下，可简化计算，令TU=Tm，得计算式为：式中：Tm----混凝土浇筑块平均温度，℃；TP----混凝土浇筑温度，℃；Tτ---混凝土水化热温升，采用时差法计算，℃；E1----新浇混凝土接受老混凝土固定热源作用并向顶面散热的残留比，可由式5—8求得，或由图5—4查得；E2----新浇混凝土固定热源向空气和老混凝土传热的残留比，可由式5—9求得，或由图5—5查得；TS----混凝土表面温度，TS=Ta+ΔT，℃；Ta----气温，℃；ΔT---混凝土表面温度高于气温的差值，当气温为常温时，可用有热源半无限体公式作近似解，即利用式5—12及式5—13求出不同τ与ΔT的对应关系，再根据确定的τ值通过内插法求得所需ΔT。也可根据实测资料，近似取ΔT=2～5℃(混凝土标号较低时取小值)；当顶部盖一层草袋或其他相当的保温材料时，ΔT≈10℃；当顶面流水养护时，T式中：X----时间为τ时，表面散热影响半无限体距表面以下的深度，m；τ时刻混凝土水化热温升，按实测胶凝材料水化热归纳计算式计算，℃。⑵有初期通水冷却时需计入通水冷却散热，浇筑层平均温度计算式为：式中：Tw----冷却水管进水口处水温，℃；X----水管散热残留比，X=ƒ〔/D2，λL/Cwλwqw〕，见图5—6。或由式5—15（朱伯芳院士建议计算式）求得：式中：k=2.08-1.174ξ+0.256ξ2S=0.971+0.1485ξ-0.0445ξ2ξ=λL/Cwρwqw≤0.75时X也可用下式计算：(表5—16)k1=2.09-1.35ξ+0.320ξ2式中：CW----水的比热，kJ/(kg·℃)；Ρw----水的密度，kg/m3；qW----单根水管通水流量，m3/h；L----单根水管长度，m；D----通水冷却等效圆直径，一般可用式5—17计算。D=2b=1.21√S1S2(式5—17)式中S1、S2----分别为冷却水管水平及竖直间距，m。图5—6是在b/c=100的条件下给出的，当b/c≠100时，可用混凝土等效导温系数a’代替a计算：a’=(a1b/0.7176)2a(式5—式中b----通水冷却等效圆半径，m；c----冷却水管半径，m。也可用近似公式式5—19直接计算等效导温系数。A’=aln100/ln(b/c)(式5—19)式5—11及式5—14即为使用计算法基本计算公式，用该公式可计算混凝土浇筑后间歇期内浇筑块平均温度过程，出现的最高温度一般为浇筑块早期最高温度。对于短间歇连续均匀浇筑上升的浇筑块，用实用法计算浇筑块早期最高温度时精度较高。但对于基岩面上浇筑层或间歇时间较长或初期通水冷却时间较长的浇筑块，用实用法计算早期高温度时精度相对稍低，一般偏高1℃左右；采用制冷水进行初期通水冷却时反映的冷却效果一般为2℃左右，比实际效果低1～2用实用计算法可快速计算某一配合比混凝土不同浇筑温度下气温与浇筑块混凝土最高温度对应关系，将其绘成曲线，即可设计允许最高温度求出相应要求的混凝土浇筑温度。图5—7即为某大坝基础约束区混凝土不同浇筑温度时气温与混凝土最高温度对应关系图。【算例】混凝土浇筑层厚为1.5m，气温为29.6℃，混凝土导温系数为0.0833m2/d，比热为959J/（kg·℃），密度为2470kg/m3，胶材用量为176kg/m3，混凝土绝热温升T=【18.48×（τ-0.54）】÷（0.709＋τ）℃（τ≤0.66d，T=1.01＋1.23τ℃混凝土表面温度与气温差值取2.5℃，Ta=29.6＋2.5=32.1℃，Tτ及Tm计算结果见表5—5，混凝土平均最高温度为查图5—7，由于气温29.6℃和混凝土浇筑温度14℃可查得最高温度为表5—5浇筑块水化热温升及平均温度计算时段F0T(℃)ΔT(℃)E1E2混凝土温度(℃)1d2d3d4d5d6d7d8d9d10d10.0184.974.970.0750.773.833.012.482.091.741.491.291.140.990.8920.0569.964.990.1350.613.843.022.502.101.751.501.301.151.0030.09312.262.300.1700.501.771.391.150.970.800.690.600.5340.13013.581.320.1930.421.020.800.660.550.460.400.3450.16714.440.860.2120.350.660.520.430.360.300.2660.20415.040.600.2290.300.460.360.300.250.2170.24115.490.450.2320.260.350.270.230.1980.27815.830.340.2390.230.260.210.1790.31516.100.270.2420.200.210.16100.37016.320.220.2450.180.173.836.857.277.006.455.855.284.784.343.9221.1727.3629.9631.3532.2532.6432.7532.9133.0532.982.2墩墙浇筑块最高温度计算2.2.1两向散热残留比如图—8所示的混凝土墙的散热，严格来讲属三向散热问题，但在实际计算中，考虑到Z方向尺寸比X、Y方向大的多，则可略去其散热作用，由此，可将墩墙结构简化为两向散热问题，如图5—9所示。数学上可以证明，两个垂直方向的综合散热残留比为：E=EXEY(式5—20)但应注意，两个垂直方向的综合倒灌残留比为：E’=1－（1－EX）（1－EY）(式5—21)2.2.2平均温度计算公式⑴中墩两个侧面及顶部散热Tm=(Tu-Ts)E11E1y+(Tp-Ts)E11E2y++Es(式5--22)式中TP----混凝土浇筑温度，℃；-----混凝土水化热温升，采用时差法计算，℃；E11----无限平板散热残留比，可由式—25求得，或由图—10查得；E1Y----新浇混凝土接受老混凝土固定热源作用并向顶面散热的残留比，可由式5—8求得，或由图—4查得；E2Y----新浇混凝土固定热源并向顶面空气和老混凝土传热的残留比，可由式5—9求得，或由图5—5查得；TS----混凝土表面温度，TS=Ta+ΔT，℃；Ta----气温，℃。⑵边墩一个侧面及顶面散热：Tm=(TU-TS)E1XE1Y+(TP-TS)E2XE2Y+Tτ+TS(式5—23)式中E1X----新浇混凝土接受老混凝土固定热源作用并向侧面散热的残留比，可由式—8求得，或由图5—4查得；E2X----新浇混凝土固定热源向侧面空气和老混凝土传热的残留比，可由式5—9求得，或由图5—5查得；【例】某电站厂房尾水墩，中墩宽2.2m，边墩宽4.0m，3月份混凝土浇筑温度为16℃，月平均气温13.4℃，层厚D=3.0m，混凝土绝热温升T=25.8τ/(1.732+τ)，混凝土比热11.38kJ/(m·【解】表面温度：TS=Ta+ΔT=13.4+5=18.4(℃)基岩温度由半无限体温度公式求得，3月份基岩以下5cm范围内平均温度(假设与混凝土性能相同)TU=12.4℃取有模板的表面热交换系数β=25.4kJ/(m·h·℃)，当量厚度为：δ=λ/β=11.38/25.2=0.45(m)则中墩的计算厚度为：L=2.2+0.45×2=4.45(m)当量时间：中墩：F0Y=/L2=0.1236τ/3.02=0.0137τF0X=/L2=0.1236τ/3.12=0.0129τ边墩：F0Y=/L2=0.1236τ/3.02=0.0137τF0X=/L2=0.1236τ/4.452=0.00624τ从图5—4和图—5查得E1X、E2X、E1Y、E2Y，由图5—10查得E11如表5—6所示。表5—6墩墙浇筑块散热残留比值τ(d)X方向Y方向中墩边墩中、边墩F0XE11F0XE1XE2XF0YE1YE2Y0.50.00650.820.00310.030.910.00690.0470.861.50.0190.680.00940.0550.840.0210.0810.762.50.0320.600.0160.070.790.0340.1060.693.50.0450.530.0220.0840.750.0480.1240.644.50.0580.450.0280.0940.720.0620.1400.58水化热温升采用时差法计算，中墩、边墩分别见表5—7和表5—8。表5—7墩墙浇筑块(中墩)两侧及顶面散热水化热及平均温度计算时段TΔTE1YE2YE11E11E1YE11E2Y1d2d2d2d2d111.8011.80.0470.860.820.0390.7058.326.104.894.003.08217.285.480.0810.760.680.0550.5173.862.832.271.86320.453.160.1060.690.600.0640.4142.231.631.31422.512.060.1240.640.530.0660.3391.451.06523.951.450.140.580.450.0630.2611.028.329.969.959.368.33Tm=(TU-TS)E11E1Y+(TP-TS)E11E2Y++TS24.8026.7926.9726.5525.73表5—8墩墙浇筑块(边墩)一侧及顶面散热水化热及平均温度计算时段ΔTE1XE2XE1YE2YE1XE1YE2XE2Y1d2d2d2d2d111.80.030.910.0470.860.00140.7839.237.536.435.664.9325.480.0550.840.0810.760.00450.6384.293.502.992.6333.160.070.790.1060.690.00740.5452.472.021.7242.060.0840.750.1240.640.01040.4801.611.3251.450.0940.720.1400.580.01320.4181.139.2311.8212.4012.2811.73Tm=(TU-TS)E11E1Y+(TP-TS)E11E2Y++TS25.7528.6629.4529.4729.05由表5—7和表5—8可知中墩及边墩最高温度分别发生在第3天及第4天，最高温度分别为27.0℃及29.53.有限元法对于计算精度要求较高，边界条件复杂的混凝土结构温度场，可用有限元法计算。由于有限元法计算较复杂，一般采用已编制好的计算机程序进行计算，这里不做具体介绍。4坝体混凝土的天然冷却混凝土浇筑后的一段时间内，由于水泥水化热的作用，混凝土温升发展很快，以后水化作用逐渐消失，混凝土将向周围散热，温度徐徐下降。一般情况下，天然冷却的过程是相当长的。坝体混凝土天然冷却的目的，主要是确定坝体长期暴露部位的内、外温差，长期间歇后再继续浇筑时的上、下层温差及天然冷却至接缝灌浆温度所需的时间等。坝体混凝土后期温度的天然冷却计算，实质是无热源的温度场计算，与周围介质的温度变化密切相关。4.1外温为常温设坝体具有初始的均匀初温T0，两侧暴露在稳定的气温Ta中，其平均温度可用下式计算：Tm=TU+(T0-Ta)E(5—24)式中Tm----混凝土平均温度，℃；Ta----平均气温，℃。To----混凝土初始温度，℃；E----温度残留比，为参数FO的函数，可由式—25求得，或由图5—10查得；a----混凝土导温系数，m2/d；τ----计算时间，d；L----坝块厚度，m。4.2外温任意变化坝体冷却过程中，边界气温会有变化，Ta是常数，可用时差法计算，即将整个冷却过程划分为若干时段，对于每一个时段，假定气温为长值，按式—26计算，然后用叠加法求出最终成果，祥见表5—9。(5—26)式中i----时段数，i=1，2，3，……，n。表5—9时差法计算平均温度时段气温温差时间F0Ei平均温度计算时段1时段2时段3时段4…1Ta1T0-Ta1a/L2E1E1(T0-Ta1)E2(T0-Ta1)E3(T0-Ta1)E4(T0-Ta1)…2Ta2Ta1-Ta22a/L2E2E1(Ta1-Ta2)E2(Ta1-Ta2)E3(Ta1-Ta2)…3Ta3Ta2-Ta33a/L2E3E1(Ta2-Ta3)E2(Ta2-Ta3)…4Ta4Ta3-Ta44a/L2E4E1(Ta3-Ta4)……TmTa1+∑Ta2+∑Ta3+∑Ta4+∑双向冷却当浇筑块具有两个散热面时，其计算原理和方法同上，只需以E’=EXEY代替E即可EX及EY分别为坝块X及Y两个方向的散热残留比。4.4温度分布计算浇筑块中任意点的温度可用与计算混凝土平均温度相同的步骤计算，只需将E值改为Eτ。当取X=L/2时，所求温度即为坝块中心点温度，混凝土表面温度可做近似估算：ΔT=TC-TS=η(TC-Ta)(5—28)式中η----折减系数，是参数λ/β和温度变化周期的函数，可查表—10，λ为混凝土导热系数，β为混凝土表面热交换系数。表5—10折减系数η值λβ瞬时降温或日变化长期气温变化λβ瞬时降温或日变化长期气温变化15d1年15d1年0.100.610.870.970.200.420.770.94坝体温度场天然冷却计算亦可采用差分法。第六节混凝土通水冷却计算1.埋设水管通水冷却的目的和布置原则1.1混凝土中埋设冷却水管的主要目的⑴削减混凝土浇筑块初期水化热温升，降低越冬期间混凝土内部温度，以利于控制混凝土最高温度和基础温差，减小内外温差。⑵将设有接缝、宽槽的坝体冷却到灌浆温度或封闭温度。⑶改变坝体施工期温度分布状况。1.2冷却水管布置的一般原则⑴平面布置。冷却水管大多采用直径2.5cm的黑铁管或钢管，在浇筑混凝土时埋入坝内。为了施工方便，水管通常埋设在每一个浇筑分层面上，也可根据需要埋设在浇筑层内。水管垂直间距一般为1.5～3.0m，水平间距一般也为1.5～3.0m。冷却水管间距主要取决于：①施工进度安排，即接缝灌浆、宽槽回填的时间。②预定要有一期冷却所削减的水化热温升幅度。有一期冷却要求时(通制冷水)水管间距可按表6—1初步估算。表6—1一期水管通水冷却的效果水管间距(m)削减的水化热温生值(℃)水管间距(m)削减的水化热温生值(℃)1.0×1.55～72.0×1.52～41.5×1.53～53.0×3.01～3⑵单根水管长度。一般控制在200～300m左右冷却效果较好。仓面较大时，可用几根长度相近的水管，以使混凝土冷却速度较均匀。⑶水管进出口位置。一般集中布置在坝外、廊道或竖井中，间距1m左右。水管管口应编号，且管口应妥当保护，以防堵塞。2.金属水管通水冷却温度计算水管通水冷却过程一般分两期，即一期冷却(初期通水冷却)和二期冷却(中、后期通水冷却)。一期冷却是在混凝土浇筑完毕后立即通水，或者在混凝土浇筑过程中即通水冷却。一期冷却的作用是削减混凝土的水化热温升，控制混凝土早期最高温度。二期冷却有可分为中期通水冷却和后期通水冷却，中期通水冷一般在入冬前进行，其目的主要是未了降低高温季节浇筑的混凝土越冬期间混凝土内外温差；后期通水冷却在坝体接缝灌浆之前进行，其目的是使坝体混凝土温度达到接缝灌浆温度。2.1中、后期通水冷却计算中、后期（无熱源）通水冷却时混凝土平均温度可用式—1计算，管长L处水温及混凝土截面平均温度可分别用式—2及式—3计算：Tm=TW+X(T0－TW)(6—1)TLW=TW+Y(T0－TW)(6--2TLm=TW+Z(T0－TW)(6—3)式中Tm----混凝土平均温度，℃；TLW----管长L处水温，℃；TLm----管长L处混凝土截面平均温度，℃；TW----冷却水管进口水温，℃；T0----混凝土初温，℃；X----水管散热残留比，与式—15(5)同，可由图—6(5)查得；Y----通水冷却函数，可由图—1查得；Y----通水冷却函数，可由图—2查得。具体计算时，可根据各时段冷却水水温用时差法计算。各时段不同水温中、后期通水冷却混凝土平均温度计算方法见表6—2。【算例】混凝土导温系数0.0833m2/d，导热系数2.50W/（m·℃），水管长度250m，水管内经2.54cm，水管间距1.5m×2.0m，通水流量20L/min。混凝土初温34℃，从10月1日开始通河水。求混凝土温度达到等效冷却直径：等效导温系数：表6--2时差法计算中、后期通水冷却混凝土温度序号时段时段水温TwiΔTi时间τF0X混凝土温度…1Tw1ΔT1=T0－TW1=a’1/D2X1X1ΔT1X2ΔT1X3ΔT1…2Tw2ΔT2=TW1－TW2=+a’2/D2X2X1ΔT2X2ΔT2…3Tw3ΔT3=TW2－TW3=+a’3/D2X3X1ΔT3………∑∑∑Tm1Tm2Tm3…F0=a’τ/D2=0.0869τ/2.102=0.0197τλL/CWPWQW=（2.5×3.6×250）÷（4.187×1000×20×60/1000）=0.448各月各旬混凝土平均温度见表6—3，中计算结果可知，12月28日左右混凝土温度将达到15℃表6--3混凝土后期通水冷却成果表TW(℃)ΔT(℃)F0X时间（月、日）10,110,1010,2010,3011,1011,2011,3012,1012,2012,3020.613.40.1970.7359.857.375.433.992.952.171.591.140.8219.70.90.3940.550.660.500.360.270.200.150.110.0818.71.00.5910.4050.740.550.400.300.220.160.1217.61.10.7880.2980.810.600.450.330.240.1816.21.60.9850.221.180.880.650.480.3514.41.81.1920.1621.320.990.730.5412.91.51.3790.1191.100.820.6111.61.31.5760.0850.960.7210.70.91.7730.0610.66∑X×ΔT9.858.036.675.715.405.325.034.484.08Tm=TW＋∑X×ΔT34.0030.4527.7325.3723.3121.6019.7217.9316.0814.782.2一期通水冷却计算不考虑混凝土表面散热时一期冷却（有热源）可用式6—4计算。Tm=TW+X（T0-TW）+X1（6--4）式中Tm----混凝土平均温度，℃；T0----开始冷却时混凝土初温，℃；TW----冷却水水温，℃；----混凝土绝热温升，；X----无内热源水管散热残留比，与式—14(5)同；X1----有内热源水管散热残留比，见图--3；a----混凝土导温系数，m2/d；τ----混凝土浇筑后历时，d；b----冷却圆柱体的半径、直径，m；λ---混凝土导热系数，kJ/（m·h·℃）；L----单根水管总长，m；CW----水的比热，kJ/（kg·℃）；PW----水的密度，kg/m3；qW----水管通水流量，m3/h；m----水泥水化热发散系数，d-1；c----冷却水管半径，m。一期通水冷却计算混凝土层面散热时，可以用式5—14计算（见《施工期混凝土温度计算》），或将式—4计算结果作为混凝土绝热温升代入差分法计算式中计算混凝土温度场。也可用原SDJ21—1978《水工重力坝设计规范》中所列双向差分法计算，即在浇筑块中取一长条，其宽度取冷却水管水平间距的一半，两侧面做对称处理，埋设冷却水管处计算点取水温。期通水冷却过程中，水管内平均水温可先用有限元法计算冷却水管在一定的导热系数、水管内外经、通水流量及进口水温等条件下混凝土平均温度与水管平均水温（非金属水管可取水管外壁平均温度）的关系，用双向差分法计算有通水冷却混凝土温度时，根据各时段水管冷却范围内混凝土平均温度，通过插值计算得出水管内水温（或水管外壁平均温度），将此温度作为水管处计算点温度进行下一时段温度计算。3.非金属水管通水冷却温度计算坝体采用黑铁管通水冷却施工经验较多，施工方法成熟，水管导热性能好，……软冷却水管的材料一般有塑料、橡胶等。由于软冷却水管导热性能差，其内外壁存在一定温差，则通水冷却计算时不能用金属水管的方法。较精确的计算可用平面有限元法进行，在计算混凝土中、后期通水冷却各时段温度时，沿水管长度方向截取若干个横断面（断面越多，计算越精确，一般取100个左右可满足要求），依次计算各断面从初始温度开始降温过程中各时段温度，将各段加权平均即为混凝土各时段的平均温度。其计算模型见图6—4。软冷却水管降温计算也可近似用等效法，用一个等效内半径为r1的金属冷却水管代替原水管进行计算，r1的计算式为：式中r1----等效金属水管内半径，cm；r0----非金属水管内半径，cm；c----非金属水管外半径，cm；λ----混凝土导温系数，kJ/（m·h·℃）；----非金属水管导温系数，kJ/（m·h·℃）。4.水管通水冷却一般要求⑴初期冷却用水一般采用6～8℃制冷水，也可采用河水，但削减水化热温升效果较差，冷却持续时间一般10～15d。⑵冷却水的温度应按混凝土的温度适时变更以加快冷却速度。冷却水管内的冷却水流向1～2d变换一次，使混凝土均匀冷却。⑶中期通水冷却一般采用河水，后期通水冷却水温可根据坝体接逢灌浆时间及坝体接逢灌浆温度等确定。通水时间较短及坝体接逢灌浆温度较低时可采用制冷水；通水时间较长及坝体接逢灌浆温度较高时可采用河水。冷却水温与混凝土温度之差控制在20～25℃，通水降温速度不宜大于1℃⑷冷却水应为含泥沙量很少的清水，其流量、流速应保证在管内形成紊流。直径为2.5cm左右的水管，流量以18～25L/min左右为宜。⑸为了充分掌握混凝土冷却降温情况，浇筑块内应埋设适量的温度计，也可有计划的利用冷却水管进行闷水测量，闷温时间一般5～7d，软冷却水管适当延长。第七节混凝土温度控制及防裂综合措施1.防止混凝土裂缝在结构方面的措施

1.1选择合理的结构型式

实践经验表明，现有的混凝土结构裂缝，绝大多数与温度应力有关，结构型式选择恰当，就可能减少温度应力，从而减少裂缝。在寒冷地区修建薄拱坝和支墩坝，由于厚度较小，受外界气温的影响较大，容易产生温度裂缝，对防止裂缝是不利的，如响水薄拱坝和桓仁支墩坝就是例证。大头坝和宽缝重力坝，由于在施工中暴露面较多，遇不利的气候条件，也容易裂缝，如湖南镇"T形坝"，虽处浙江气候温和地区，也产生了大量裂缝。1.2适当的分缝分块根据坝址气候条件、坝体结构特点、施工机械及施工温控水平，并考虑温控措施合理配套，对大坝进行合理分缝分块，在混凝土结构内设置一系列纵横缝。根据已有经验，横缝间距以15~20m为宜。纵缝是平行于坝轴线的接缝，有直缝、斜缝和错缝等几种型式。实际经验表明，错缝在坝体降温过程中容易被拉开，一般不宜采用。斜缝只用于低坝。总的来说，纵缝以直缝为宜，其间距通常为20~35m。电站厂房一般设置错缝、封闭块及宽槽等型式。

合理的分层分块对防止混凝土温度裂缝具有重要作用。在选择分块尺寸时应考虑下列因素：

(1)分块大小必须与混凝土生产、浇筑系统的能力相适应，避免出现施工冷缝。

(2)分块大小必须与温控能力和当地气候关件相适应，采用通仓浇筑应经过充分论证。

(3)分块尺寸不宜过小，应保证冷却后接缝张开度不小于0.5mm(4)分块大小还与立模、浇筑、接缝灌浆和工期要求等有关，应通过技术经济分析比较后确定。

1.3配置钢筋

大体积混凝土的裂缝，主要由温度应力和干缩应力产生。由于钢筋不会干缩，钢筋的存在会阻止混凝土的干缩变形，使混凝土内干缩应力增加，所以不能用钢筋来防止干缩裂缝。在坝块常温和允许应力范围内，当混凝土达到极限变形时，混凝土中钢筋的应力仅约为20MPa。因此要配置大量钢筋方可防止温度裂缝，这在经济上显然是不能接受的，但配筋可以限裂，例如对预计要长期暴露的混凝土层面或过水度汛的混凝土面，在其表面配置适当数量的钢筋网，可防止贯穿性或深层裂缝的产生。也有一些混凝土坝为加强上游面的抗裂能力，在上游面布设钢筋网。

2.防止混凝土裂缝在材料方面的措施

2.1提高混凝土抗裂能力

混凝土配合比设计和混凝土施工应保证混凝士设计所必需的极限拉伸值或抗拉强度、施工匀质性指标和强度保证率，有条件时宜优先选用热膨胀系数较低的砂石料。由于温控防裂设计的安全储备远小于结构设计，而实际施工中混凝土施工匀质性有时较差，所以在施工过程中，除满足前述设计要求的混凝土抗裂能力外，还应改进混凝土施工管理和施工工艺，改善混凝土性能，提高混凝土抗裂能力。

2.2控制混凝土水化热控制混凝土水化热主要通过采用发热量低的中热硅酸盐水泥或低热矿渣硅酸盐水泥，选择较优骨料级配和掺粉煤灰、外加剂，以减少水泥用量和延缓水化热发散速率等措施。采用发热量较低的水泥和减少单位水泥用哇，是降低混凝土水化热的最有效措施。有关计算表明，不同品种水泥单位发热量相差4J/g，若单位水泥用量以200kg/m3计，则混凝土绝热温升相差约3~4℃；而每立方米混凝士少用lokg水泥，则可降低混凝土绝热温升1℃左右。因此，在设计时应优先选用发热壁较低的中减少单位水泥用量的主要措施有以下几个方面：(1)做好级配设计：尽量采用较大骨料粒径，改善骨料级配。(2)采用低流态混凝土：各种级配不同塌落度的混凝士的水泥用量应通过试验确定。一般试验表明，1m3混凝土每增加一个级配(由1级到4级)可少用20~40kg水泥，每降低1cm塌落度可少用4~6kg水泥。(3)加掺合料：混凝土中加粉煤灰等掺合料可以降低水泥用量和混凝土的水化热温升，其降低的数值与掺合料的品种、活性和掺量有关(图7---1)坝混凝土中掺加Ⅰ级粉煤灰不同掺量对混凝土最高温度的影响。(4)采用减水缓凝型外加剂：可通过混凝土性能试验寻求满足混凝土和易性和混凝土有关设计指标的外加剂及其掺量，达到适当减少水泥用量的目的。2.3控制混凝土自生体积变形采用微膨胀混凝土能补偿部分混凝土温降引起的收缩变形，与此相反，混凝土自生体积变形为收缩者将增大混凝土出现裂缝的可能性。日前控制混凝土自生体积变形使其具有一定膨胀性，主要有以下措施：(1)低热微膨胀水泥混凝土。由于低热微膨水泥混凝土的低热和微膨胀的作用，比一般常规混凝土约可放宽基础温差2~4℃左右，因此可简化温度控制，或在同等温控条件下加大浇筑块长度和浇筑层厚度，从