大體積混凝土溫度裂縫的成因分析及控制技術

王春福 王瑜玲

近年來，現(xiàn)代化建設迅猛發(fā)展，高層建筑、特大型橋梁、港口、碼頭、大壩、高速公路、大型鍋爐基礎、特種防護設施的建設越來越趨于大型化。大體積混凝土在工程中的應用越來越普遍。與普通混凝土相比，大體積混凝土結構厚、體形大、混凝土數(shù)量多、工程條件復雜、施工技術要求高，且大體積混凝土經(jīng)常出現(xiàn)的問題，不是力學上的結構強度，而是以控制混凝土溫度變形裂縫，從而提高混凝土抗?jié)B、抗裂、抗侵蝕性能，提高建筑結構的整體性和耐久年限為突出任務。

本文針對大體積混凝土的特點，分析了溫度裂縫產(chǎn)生的原因，并從設計、材料和施工三個方面介紹了溫度裂縫的控制措施。

1 大體積混凝土溫度裂縫產(chǎn)生的原因及影響因素分析

1.1 大體積混凝土溫度裂縫產(chǎn)生的原因

實驗和研究表明，混凝土是熱的不良導體，導熱性能差。水泥加水拌和后立即放熱，水化熱的釋放主要集中在早期，由于大體積混凝土結構本身體積大，且一般要求一次性整體澆筑，短期內混凝土內部積聚了大量的熱量不易散發(fā)，內部溫度在一定的時間內不斷上升，而混凝土表面散熱較快，造成混凝土內外溫差梯度過大，使混凝土表面受到很大的拉應力，當混凝土表面拉應力超過其抗拉強度時，就會在結構表面出現(xiàn)溫度裂縫?；炷翆俅嘈圆牧希谟不跗?，齡期短，抗拉強度低，此時如果加上施工操作缺陷，便會在混凝土結構中引起抗拉強度不均，造成一些抗拉強度偏低的部位，從而成為裂縫出現(xiàn)的薄弱環(huán)節(jié)。故而在混凝土凝結硬化過程中，必須采用相應的技術措施，控制混凝土硬化時的溫度，保持混凝土內外合理溫差，避免混凝土出現(xiàn)溫度裂縫。

1.2 大體積混凝土溫度裂縫的影響因素分析

大體積混凝土溫度裂縫的影響因素主要包括水泥品種，水泥用量，摻合料品種，摻合料用量，化學外加劑，施工環(huán)境及工藝流程，骨料溫度，養(yǎng)護條件等［2］。

2 大體積混凝土溫度型裂縫預防控制措施

實踐證明，大體積混凝土的溫度裂縫是不可避免的，只有通過合理的預防措施防治和控制裂縫的發(fā)展。防止大體積混凝土出現(xiàn)溫度裂縫應從三方面出發(fā):設計、材料和施工。首先應做到控制溫度、改善約束，即減小溫度應力;再則應盡可能提高混凝土抗裂能力，改善混凝土自身性能。這些措施不是孤立的，而是相互聯(lián)系、相互制約，必須結合實際，全面考慮，合理采用。

2.1 設計措施

1 )根據(jù)結構物的實際情況選擇結構方案和使用材料，降低拉應力，預防裂縫。2)在易產(chǎn)生應力集中的薄弱環(huán)節(jié)采取加強措施。3)在大體積混凝土基礎表面及內部設置必要的溫度配筋，以改善應力分布，防止裂縫的出現(xiàn);配設構造鋼筋提高混凝土的抗裂性能，配筋應采用小直徑、小間距。4)采用補償收縮混凝土技術，如在混凝土中摻用膨脹劑來補償收縮，防止收縮產(chǎn)生的裂縫。

2.2 配合比及原材料控制措施

合理選擇原材料，優(yōu)化混凝土配合比。根據(jù)國內外經(jīng)驗主要有以下幾條:1)優(yōu)化混凝土配合比設計，在保證混凝土強度及工作性能的情況下，盡可能降低混凝土的用水量和水泥用量，降低水灰比，并在混凝土中摻加礦物摻合料和化學外加劑等，減少水化熱和收縮，預防混凝土的開裂。2)水泥的礦物組成中C3A的水化熱和水化放熱速率最大，C3S次之，接著是C4AF，C2S的水化熱最小，放熱速率最慢。因此為降低水化熱可選用C3A或C3S含量低，C4AF和C2S含量高的水泥，如中熱硅酸鹽水泥、礦渣硅酸鹽水泥、粉煤灰硅酸鹽水泥、火山灰質硅酸鹽水泥等。C4AF在四種礦物組分中收縮最小，增加其含量可減少混凝土的收縮，改善溫度裂縫問題。3)嚴格按照規(guī)范要求，控制骨料的含泥量，選擇級配良好的砂石原料。粗骨料應選級配連續(xù)、較大粒徑的;細骨料應選用級配良好的中砂和中粗砂。夏季高溫施工時，在拌制混凝土前可用水將粗骨料濕潤冷卻，降低混凝土的澆筑溫度。4)摻加礦物摻合料不僅可以減少每立方米混凝土中的水泥用量，還可以有效地降低水化的峰值溫度，推遲水化熱溫峰的出現(xiàn)時間，同時可以改善混凝土的耐久性。摻礦物摻合料降低水化熱的數(shù)量和延長溫峰出現(xiàn)時間與其摻量有關。礦物摻合料的摻量越大，水化熱的降低越多，延長溫峰出現(xiàn)的時間也越長。混凝土中摻加礦物摻合料后，取代了一部分水泥，減少了水泥用量，同時減少了發(fā)熱量最大的C3S和C3A，降低了水化溫升。目前主要使用的礦物摻合料有粉煤灰、礦粉和硅灰等。5)在混凝土拌制過程中，摻加一定類型的減水劑，不僅可以改善新拌混凝土的工作性，還可以降低水化放熱溫峰、延遲放熱峰值的出現(xiàn)，減少裂縫的出現(xiàn)。隨著減水劑摻量增加，水化熱降低的越多，延長溫峰出現(xiàn)的時間越長。摻入減水劑后，28 d內水泥總的放熱量與不摻者大致相同，不同之處在于改變了水化放熱過程。普通減水劑均能不同程度地推遲水泥水化熱峰值出現(xiàn)的時間與高度，這主要是因為推遲了水泥熟料中C3A和C3S的水化，延緩了放熱過程。6)在混凝土中摻加聚丙烯纖維，可以增強混凝土的抗裂強度。在早期混凝土結構形成過程中，聚丙烯纖維可以減少混凝土的收縮、泌水和離析，提高混凝土內部結構的密實性，增強抗裂強度。

2.3 施工技術措施

1 )加強對原材料的檢驗、試驗工作，所有進場材料檢驗合格后方可使用。2)混凝土的拌制過程中，嚴格控制原材料計量準確，嚴格控制攪拌時間和出機時的坍落度，一般控制混凝土的出機溫度在6℃左右。對混凝土出機溫度影響最大的是石子及水的溫度，高溫時可考慮降低石子的溫度來保證混凝土的出機溫度。3)澆筑大體積混凝土時應盡量避開炎熱天氣，較適宜的施工氣溫為5℃～28℃。高溫環(huán)境下操作時，可采用溫度較低的地下水，或在水中加冰塊來降低新拌混凝土的溫度，同時骨料等應進行遮陽、灑水降溫處理，選擇泵送混凝土時，泵管上須遮蓋濕麻袋，并經(jīng)常淋水散熱。在混凝土入模時，還可以采取強制通風措施，加速模內熱量的散發(fā)，降低混凝土入模溫度。4)根據(jù)季節(jié)選用不同的施工方法，保溫法或降溫法;在高溫下澆筑混凝土時，嚴格控制分層澆筑厚度，利用澆筑層面進行散熱;根據(jù)現(xiàn)場情況制定合理的拆模時間，及時對結構表面進行覆蓋保溫，避免發(fā)生急劇的溫度梯度，防止表面裂縫。5)根據(jù)現(xiàn)場情況，對結構進行分塊、分層、分期澆筑或者在適當位置設置施工后澆帶。6)加強早期養(yǎng)護，提高混凝土早期及相應齡期的抗拉強度和彈性模量。為了降低大體積混凝土的內外溫差，可用表面保溫保濕養(yǎng)護的方法，使混凝土緩慢降溫，降低內外溫差，充分發(fā)揮其徐變特性，減小溫度應力。7)在有代表性的部位設溫度監(jiān)測裝置，及時掌握混凝土內部溫升與表面溫度的變化值，加強測溫和施工溫度監(jiān)測。8)根據(jù)規(guī)范和圖紙，嚴格依照施工方案和交底要求進行施工。9)與時俱進，在保證混凝土質量的前提下，適時采用新技術、新材料與新工藝，減少混凝土的開裂。

3 結語

混凝土的自身性質決定了大體積混凝土溫度裂縫的不可避免性。只有了解了大體積混凝土溫度裂縫的產(chǎn)生原因才能合理的進行結構設計和施工。從設計、材料及施工等方面采取措施綜合治理，提高混凝土結構的耐久性，使其更安全、更持久。

［1］ 羅建平.大體積混凝土施工溫度裂縫控制技術措施［J］.科技創(chuàng)業(yè)月刊，2006(12)：99.

［2］ 陳 輝，韓芳垣.大體積混凝土溫度裂縫的成因分析及控制措施［J］.混凝土，2006(2)：3.

［3］ 王瑜玲.膠凝材料水化熱及混凝土絕熱溫升數(shù)學模型研究［Z］.2008.

［4］ 戴鎮(zhèn)潮.大體積混凝土的防裂［J］.混凝土，2001(9)：35-36.

［5］ 王戰(zhàn)堂.大體積混凝土材料型裂縫成因與預防控制［J］.山西建筑，2006，32(23)：148-149.

［6］ 高勇明.大體積混凝土溫度裂縫控制的技術探討［J］.西部探礦工程，2006(6)：210-211.