大體積砼溫度裂縫產(chǎn)生的因素及控制措施

郭永剛

【摘 要】隨著建筑行業(yè)的發(fā)展，建筑物以及建筑構(gòu)造物的規(guī)模與體量都在不斷增加，所以，大體積混凝上的應(yīng)用范圍越來越廣，其已經(jīng)涉及到很多工程，比如城市建設(shè)、橋梁工程、水利工程等方面。據(jù)工程實(shí)踐表明，在大體積混凝土的施工階段，如果沒有運(yùn)用合理的措施，很容易出現(xiàn)裂縫，從而引起工程事故。在現(xiàn)實(shí)生活中，盡管施工人員小心謹(jǐn)慎，但裂縫問題還是不斷出現(xiàn)，其根本原因是，對(duì)混凝土溫度應(yīng)力的控制不夠。所以，在大體積混凝土施工中，對(duì)溫度的控制具有重要意義。

【關(guān)鍵詞】大體積混凝土；溫度裂縫；控制

引言

混凝土在現(xiàn)代工程建設(shè)中占有非常重要的地位，而混凝土（特別是大體積混凝土）的裂縫問題是一個(gè)長期困擾建筑界的難題。混凝土裂縫的產(chǎn)生在很大程度上取決于溫度應(yīng)力。首先，在施工中混凝土常常出現(xiàn)溫度裂縫，影響到結(jié)構(gòu)的整體性和耐久性；其次，在運(yùn)轉(zhuǎn)過程中，溫度變化對(duì)結(jié)構(gòu)的應(yīng)力狀態(tài)具有顯著的不容忽視的影響。下面筆者結(jié)合多年來從事施工與管理方面的經(jīng)驗(yàn)，就混凝土工程在施工中溫度裂縫的成因和預(yù)防控制措施進(jìn)行分析探討。

一、溫度裂縫產(chǎn)生的機(jī)理和特征

1、溫度裂縫產(chǎn)生機(jī)理

大體積混凝土在硬化過程中，水泥水化產(chǎn)生大量的水化熱（當(dāng)水泥用量在350～550kg/m3，每立方米混凝土將釋放出17500～27500KJ的熱量，從而使混凝土內(nèi)部溫度升達(dá)70℃甚至更高）。水化熱聚積在混凝土內(nèi)部而不易散發(fā)，導(dǎo)致內(nèi)部溫度急劇上升，而混凝土表面散熱較快，這樣就形成內(nèi)外的較大溫差，從而使混凝土表面產(chǎn)生一定的拉應(yīng)力（當(dāng)混凝土本身溫差達(dá)到25℃-26℃時(shí)，混凝土內(nèi)部便會(huì)產(chǎn)生大致10MPa左右的拉應(yīng)力）。后期伴隨熱量的散發(fā)，混凝土內(nèi)外溫度開始緩慢下降，同時(shí)體積收縮，由于受到基礎(chǔ)或老混凝土上的約束，又會(huì)在混凝土內(nèi)部出現(xiàn)拉應(yīng)力，當(dāng)這些拉應(yīng)力超過混凝土的抗拉強(qiáng)度時(shí)，混凝土即會(huì)出現(xiàn)裂縫，此裂縫稱為溫度裂縫。

2、溫度裂縫的特征

溫度裂縫的走向通常無一定規(guī)律，大面積結(jié)構(gòu)裂縫多為縱橫交錯(cuò)，梁板類長度尺寸較大的結(jié)構(gòu)，裂縫多平行于短邊，深入和貫穿的溫度裂縫一般與短邊方向平行或接近平行，裂縫沿著長邊分段出現(xiàn)，中間較密，裂縫寬度大小不一，受溫度變化影響較為明顯，冬季較寬，夏天較窄。高溫?zé)崦浺鸬幕炷翜囟攘芽p通常是中間粗兩端細(xì)，而冷縮裂縫的粗細(xì)變化不明顯。

二、體積混凝土產(chǎn)生溫度裂縫的原因

1、水泥水化熱原因

水泥在水化過程中，會(huì)產(chǎn)生熱量，由于大體積混凝土的斷面較厚，水泥的水化熱量聚在混凝土結(jié)構(gòu)內(nèi)不易散失，引起內(nèi)部的急劇升溫，在具體的建筑工程里溫度一般在20℃到30℃左右。水泥水化熱將帶來絕熱溫升，這和混凝土中水泥的用量與品種有關(guān)，并且隨混凝土齡期增長，一般在10d-12d達(dá)到絕熱溫升。但實(shí)際混凝土在自然條件下，內(nèi)部達(dá)到最高溫是在混凝土澆筑后的3d-5d?；炷笼g期增加，彈性模量會(huì)隨之增高，為內(nèi)部降溫收縮帶來愈來愈大的約束，以致于產(chǎn)生了強(qiáng)大的拉應(yīng)力，在混凝土強(qiáng)度不能抵抗拉應(yīng)力時(shí)，就會(huì)產(chǎn)生溫度裂縫。

2、外界溫度的差異

在大體積混凝土施工過程中，其澆筑溫度常受到外界氣溫的變化影響。外界氣溫越高，混凝土的結(jié)構(gòu)溫度也就越高；若外界溫度下降，將會(huì)增加混凝土降溫幅度，特別在外界氣溫突然降低時(shí)，會(huì)增加混凝土內(nèi)外溫差。而溫度應(yīng)力是由溫差引起的變形造成，溫差越大，溫度應(yīng)力也就越大。在外界溫度較高時(shí)，大體積混凝土內(nèi)部不易散熱，有時(shí)溫度高達(dá)60～65℃，此外還有很大的延續(xù)時(shí)間。由此可見，防止混凝土內(nèi)外溫差過大引起的溫度應(yīng)力非常重要。

3、混凝土的收縮變形

混凝土中的水分一般包括：化學(xué)結(jié)合水、物理-化學(xué)結(jié)合水以及物理力學(xué)結(jié)合水。其中大部分的水分需要蒸發(fā)掉，水泥硬化只需一小部分水分。大體積混凝土在水泥水化的過程中，多余的水分蒸發(fā)將會(huì)引起混凝土體積變形，大部分屬于收縮變形，一小部分為膨脹變形，這跟所采用的膠凝材料的性質(zhì)有關(guān)。引起混凝土體積收縮的一個(gè)重要原因就是多余水分的蒸發(fā)。這種干燥收縮變形不受約束條件的影響，如果存在約束，那么產(chǎn)生收縮應(yīng)力即可引起硅的開裂，而且還會(huì)隨齡期的增加而發(fā)展。

三、大體積混凝土溫度裂縫的控制

1、合理的原料選擇和配比

混凝土是由水泥，骨料和水混合而成，控制裂縫的關(guān)鍵是控制混凝土的組成成分。

（1）水泥的選擇

為了進(jìn)行大體積混凝土內(nèi)部的溫度控制，應(yīng)該選用低水化熱的水泥，并盡可能的降低水泥用量。與此同時(shí)，要加入混凝土摻合材料，以減緩混凝土的終凝時(shí)間。所以，礦渣水泥應(yīng)是大體積混凝土工程中的首選材料，但需要注意的是礦渣水泥收縮量較大，應(yīng)考慮到其收縮應(yīng)力的問題。另外，要盡量減少水泥的用量，如有必要應(yīng)該增加粉煤灰的用量，使混凝土可以達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度要求。水泥的用量直接影響了水化熱量與混凝土收縮程度，而且還和經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo)聯(lián)系密切，減少水泥用量即是一種裂縫控制措施，也是一種降低工程投資的措施。在混凝土凝固時(shí)間方面，初凝時(shí)間一般在2-3小時(shí)以上，因?yàn)樵诔跄郧?，混凝土?nèi)部溫度上升是不會(huì)產(chǎn)生溫度應(yīng)力的，因此適當(dāng)加長初凝時(shí)間，可以使溫度應(yīng)力降低。

（2）骨料的選擇

應(yīng)該選擇熱膨脹系數(shù)低、含泥量小的骨料，強(qiáng)調(diào)連續(xù)級(jí)配。這是因?yàn)?，一方面骨料本身?qiáng)度就要比水泥膠體大，而另一方面，連續(xù)級(jí)配的骨料，可以使混凝土中骨料的所占體積提高，減少水泥用量，從而降低水化熱量。

在進(jìn)行大體積混凝土的澆筑施工作業(yè)時(shí)，可根據(jù)設(shè)計(jì)拋埋一定量的毛石，摻加時(shí)應(yīng)選用無裂縫、規(guī)格為150-25Omm的堅(jiān)固石塊，這樣可以降低水泥的用量，減小水化熱量，而且石塊本身的吸熱的功能，能夠進(jìn)一步減小水化熱量，這對(duì)控制裂縫發(fā)展非常有利。

2、降低溫度的施工方法

施工方法的不同不僅可以降低混凝上內(nèi)部最高溫度，也可以使混凝土的內(nèi)外溫差減小，可以有效地防止出現(xiàn)溫度裂縫，起到了控制裂縫的作用。降低溫度的施工措施主要分為三個(gè)方面：

（1）降低澆筑溫度

澆筑應(yīng)該盡可能安排在低溫季節(jié)里進(jìn)行，如果必須在高溫季節(jié)下施工，那么必須采取一定的措施來降低混凝土溫度。混凝土輸送管道，應(yīng)進(jìn)行覆蓋和撒水，以減少混凝土輸送過程中產(chǎn)生過多的熱量，盡可能降低混凝土入模時(shí)的溫度。

（2）減小水化熱溫升

在此方面主要有預(yù)埋水管法與分塊澆筑法兩種措施，也可以采用攪拌混凝土?xí)r加入冰屑或冰水等措施。盡可能降低原料溫度，從而降低混凝土入模時(shí)的溫度，最好使其低于環(huán)境溫度，與外部環(huán)境形成負(fù)溫差。

（3）對(duì)混凝土內(nèi)外溫差進(jìn)行調(diào)節(jié)

首先，可以采取外蓄內(nèi)散的措施，提高表面溫度，減小內(nèi)部溫度。其次，要減少澆筑時(shí)的暴露時(shí)間，利用提高表面保溫的方法，減少內(nèi)外溫差。

3、摻用外加劑

泵送混凝土需要混凝土有較高的坍落度和流動(dòng)性，而坍落度和流動(dòng)性較高的混凝土其抗裂性往往較差，故大體積混凝土結(jié)構(gòu)物選用泵送混凝土應(yīng)在滿足最小坍落度要求的條件下盡可能降低水灰比。減水劑在混凝土保持配合比不變的情況下可以大幅度的提高混凝土坍落度。大體積混凝土常用M型減水劑作為外加劑，其可以在保持混凝土抗壓強(qiáng)度和坍落度不變的情況下，節(jié)約水泥用量，降低水化熱，延長水化熱的釋放速度，對(duì)混凝土具有緩凝的作用，降低了大體積混凝土施工過程中出現(xiàn)溫度裂縫的可能性。

4、優(yōu)化配合比

提高混凝土材料的抗裂性能，減少混凝土的絕熱溫升是大體積混凝土配合比優(yōu)化的目的。對(duì)于泵送混凝土，在滿足混凝土設(shè)計(jì)要求和泵送的坍落及流動(dòng)性的條件下，最大程度的減小混凝土中水泥的用量，降低混凝土的砂率，控制混凝土中的含泥量是減少大體積混凝土結(jié)構(gòu)物溫度裂縫的有效措施。

5、大體積混凝土施工過程中的控制

（1）合理選擇施工工藝

大體積混凝土結(jié)構(gòu)物體積過大時(shí)，為了避免熱量積聚在結(jié)構(gòu)內(nèi)部，降低水化熱，方便振搗混凝土，保證其澆筑質(zhì)量，常采用分層或分段澆筑的方法。

（2）控制混凝土澆筑溫度

混凝土的澆筑溫度越高，混凝土澆筑后內(nèi)部所達(dá)到的最高溫度也越高，則會(huì)造成大體積混凝土內(nèi)部和表面的溫差變大，使混凝土的表面開裂。降低混凝土的澆筑溫度是在施工過程中控制混凝土溫度裂縫的有效手段。影響混凝土澆筑溫度的因素有：混凝土的出機(jī)溫度、運(yùn)輸途中混凝土的溫度變化、泵送過程中混凝土的溫度升高等。降低砂石的溫度是降低混凝土出機(jī)溫度的有效方法，夏季施工可對(duì)砂石采用覆蓋、避免陽光直射、用冷水沖淋等方式來降低砂石的溫度。必要時(shí)還可用加冰水為拌合水來降低混凝土的出機(jī)溫度。在運(yùn)輸?shù)倪^程中可以采取在運(yùn)輸車的儲(chǔ)藏罐上噴淋冰水，在泵送管道上覆蓋草席淋灑冰水可以有效的降低混凝土在運(yùn)輸過程中的升溫，保證混凝土的澆筑入模溫度。

（3）加強(qiáng)養(yǎng)護(hù)措施

大體積混凝土在澆筑的過程中，一定要注意集中澆筑，及時(shí)的澆筑，避免使未完成的混凝土長時(shí)間停止?jié)仓?，這樣，混凝土的干濕，硬度，質(zhì)地都完全的不同，很容易產(chǎn)生裂縫。在澆筑完成后，也不可以掉以輕心。剛剛澆筑完還沒有初凝的混凝土是極度脆弱的，一定要注意保養(yǎng)，密切測(cè)量溫差等因素。剛剛澆筑好的混凝土在潮濕環(huán)境下，可以有效的防止產(chǎn)生干裂。所以，不但要注意周邊溫度，也要注意周邊的濕度。在澆筑之后一定要及時(shí)的進(jìn)行養(yǎng)護(hù)，不然很容易出現(xiàn)龜裂的狀況，這樣就會(huì)影響到混凝土的整體質(zhì)量。大體積混凝土在完全的終凝之后，也要注意養(yǎng)護(hù)，因?yàn)橥饨鐪夭钍冀K會(huì)影響它的成型。如果外界有霜雪天氣，一定要及時(shí)地用塑料薄膜等保溫措施將混凝土覆蓋起來，不然，混凝土就會(huì)因?yàn)闇夭钸^大而起泡、龜裂。進(jìn)而影響整個(gè)建筑物的質(zhì)量。增添整個(gè)工程的難度，因?yàn)榇篌w積混凝土的體積龐大，要返工難度極大。此外還會(huì)為整個(gè)工程建筑帶來不可挽回的損失。

結(jié)束語

大體積混凝土溫度裂縫控制非常復(fù)雜，它是一項(xiàng)技術(shù)性強(qiáng)的系統(tǒng)工程，涉及到很多因素。因此，在以后的大體積混凝土施工中，應(yīng)因地制宜，采取完善的技術(shù)措施，認(rèn)真做好每一個(gè)施工環(huán)節(jié)，就能更好的控制混凝土裂縫問題的出現(xiàn)。

參考文獻(xiàn)：

[1]姜偉思.阜新恒盛國際基礎(chǔ)大體積混凝土溫度場(chǎng)實(shí)測(cè)與分析[D].遼寧工程技術(shù)大學(xué)，2012（23）.

[2]梁嘉彬.高原環(huán)境下冬季大體積混凝土防裂技術(shù)研究[D].蘭州交通大學(xué)，2012（01）.

[3]余江平.某辦公大樓基礎(chǔ)大體積混凝土施工技術(shù)研究與應(yīng)用[D].南昌大學(xué)，2013（15）.

[4]朱麗麗.ABAQUS顯式分析梁?jiǎn)卧幕炷?、鋼筋本?gòu)模型研究[D].沈陽建筑大學(xué)，2013（19）.