大體積混凝土的溫度裂縫控制和防治方法

謝翔

《大體積混凝土施工規(guī)范》（GB 50496-2009）中對大體積混凝土給出的釋義包含性質與體積兩個維度：從體積上來說，大體積混凝土是指結構物實體最小幾何尺寸不低于1m的混凝土；從性質上來說，指的是因含有膠凝材料水化引起的收縮和溫度變化而造成的有裂縫的混凝土。隨著社會經濟的快速發(fā)展，現(xiàn)代各類建筑工程（如高層建筑、水利工程、大型設備基礎等）中運用到大體積混凝土來進行施工的概率越來越高。大體積混凝土的主要特點在于體積大、內部溫度升溫迅速、水泥水化熱釋放比較集中，而當其內外溫差較大時，很容易引發(fā)溫度裂縫，這種裂縫輕則影響建筑項目的外觀、重則影響其抗?jié)B性能和整體安全，埋下諸多隱患，甚至誘發(fā)坍塌事故，造成難以預估的損失?；诖?，我們必須慎重分析大體積混凝土溫度裂縫生成的原因，并采取有效措施進行合理控制與防治，保證施工質量。

1 溫度裂縫產生的原因

因為大型混凝土結構要求整體性，所以通常情況下，施工時一般要求一次性整體澆筑。完成澆筑后，水泥因為水化反應引起水化熱，但是因混凝土體積較大，所以其內部與外部的散熱率會明顯不同（混凝土表面散熱較快，但是內部因為水泥水化熱不容易發(fā)散），進而致使內部與外部產生較大的溫度差，表面產生拉應力（混凝土對使混凝土有拉伸趨勢的外力的反作用力）。另一方面，澆筑初期混凝土的強度和彈性模量、對水化熱急劇升溫所引發(fā)的變形約束能力都比較低，溫度應變能力也不大，但隨著混凝土“年齡”的增長，其強度和彈性模量會相應提高，原本較小的溫度應變能力會隨之增強，會逐漸超過混凝土本有的抗拉強度，造成溫度裂縫。

1.1 外界氣溫變化

大體積混凝土裂縫的產生受制于外界氣溫的變化。一方面混凝土的澆筑溫度與外界氣溫有直接關系，而澆筑溫度本身又影響著混凝土的內部溫度；另一方面，大體積混凝土由于不易散熱（部分施工項目在進行混凝土澆筑時，其內部溫度甚至超過90℃），一旦外界發(fā)生降溫（特別是驟然降溫），會陡然間加劇混凝土的內外溫差，且溫差越大、溫度應力也越大。這時混凝土的內部和外部會分別產生應壓力和拉應力，而當應壓力超過混凝土自身的抗壓強度時，其表面就會產生裂縫。

1.2 內外約束力影響

大體積混凝土一般與地基整體澆筑在一起，因此混凝土的溫度變化會因為受到地基的限制而產生外部約束應力。當混凝土剛開始升溫時，其所產生的膨脹變形會因約束面的影響，產生一定的壓應力，但此時混凝土的彈性模量小，徐變（物體在荷載作用下，隨時間增長而增加的變形）和應力松弛反而大，外加與基層鏈接不夠牢固，故而應壓力較??；但溫度下降時，將產生較大的拉應力——若這種拉應力超過混凝土自身的抗拉強度，則會產生垂直裂縫。多起工程實踐證明，在混凝土內外溫差小于25℃的情況下，溫度裂縫產生的概率就會小很多。

1.3 水泥水化熱影響所致

水泥水化熱會導致混凝土內部的升溫，而由于大體積混凝土本身界面的厚度大，這種熱量一旦聚集、便不容易發(fā)散，隨即引發(fā)與外界的巨大溫差，從而產生溫度裂縫。

除卻上述三方面原因外，混凝土收縮變形也有可能誘發(fā)裂縫的產生。這是因為其在硬化過程中，受水化作用和水分蒸發(fā)因素的影響，體積變小，進而產生干縮、收縮，但結構邊界和地基既定的條件促使其并不能自由的移動和收縮，最終產生溫度裂縫。

2 大體積混凝土的溫度裂縫的控制和防治

根據(jù)大體積混凝土的主要特征及溫度裂縫生成的原因，裂縫的類型可以劃分為微觀裂縫（混凝土本身就存在的、肉眼不可見的極小裂縫）和宏觀裂縫（肉眼可見）兩類。大體積混凝土的施工技術要求頗為嚴格，尤其要注意混凝土因為水泥化熱引發(fā)的溫度差，為了確保施工進度與質量，工作人員要從材料、技術及養(yǎng)護多個方面，做好充分的準備工作。

2.1 原料控制

大體積混凝土施工過程中加強原料控制，能夠實現(xiàn)抑制溫差、控制成本，提高水泥表面應壓力等多方面作用。更重要的是，其對于因溫度等方面原因生成的裂縫，能起到一定的防護和控制作用。

巧用水泥，有效抑制溫差。盡可能選擇發(fā)熱量低、初凝（水泥開始失去塑性）時間較長的水泥，因為降低混凝土中的水泥用量、就等于間接降低了水化反應所生成的熱量，對于抑制混凝土內部溫度的升高、控制溫差，提升混凝土硬化后的穩(wěn)定性具有一定的作用。而為了來保證減少水泥用量后不至于出現(xiàn)混凝土強度、坍落度受損的情況，還可在混凝土中添加一定比例的活性細摻料（如粉煤灰等）來代替水泥，但摻量不能超過30%。

級配良好的粗細骨料，提高混凝土抗壓強度。在混凝土澆筑前，要通過實驗選擇合理的石砂級配，其要符合兩方面原則：①滿足混凝土的強度；②要嚴格控制石砂中的含泥量。此外在骨料的選擇上，要盡可能選用粒徑在5～40mm區(qū)間的顆粒；石砂中砂的含量要控制在2%以下，才能保證混凝土擁有較好的抗壓強度，并且有力控制水泥和水的使用成本。

適用緩凝劑，推遲溫峰。適當加入諸如木質素磺酸鈣類的緩凝劑，既有助于延緩水化熱的釋放速度，還能有效推遲溫峰、延長混凝土的凝結時間，對于改善混凝土的和易性，進而減少水泥及水的用量、降低水化熱效果顯著。

適度使用合成纖維，推動塑性冷縮?？梢栽诨炷廉斨袚饺胍欢ū壤暮铣衫w維，讓其均勻地分散在混凝土內部，從而讓混凝土在塑形階段冷縮及干縮產生的表面在接觸到合成纖維后，便可以停止發(fā)展。

適用引氣劑與減水劑，提高水泥質感。其對于減少大體積混凝土單位膠凝劑和用水量，改善新拌混凝土的質感，提高混凝土耐久、變形、熱學及力學的各方面性能具有十分重要的作用。

巧用煤灰，提高混凝土的抗拉強度。大體積混凝土中適度加入煤灰，可以提升混凝土的耐久性、抗?jié)B性，降低膠凝材料的水化熱概率、減少收縮，有效提高混凝土的抗拉強度，進而減少新拌混凝土泌水等現(xiàn)象的發(fā)生。

墻板混凝土的選擇。應選用非泵送混凝土，利用塔吊及人力推車連續(xù)進行，以防止施工過程中裂縫的出現(xiàn)。

原料校驗。所有拌制大體積混凝土所使用的原料，均需經過嚴格的檢驗且合格后方可使用。

2.2 技術控制

大型混凝土在施工過程中自有其流程與實施要點，但若在以下幾個方面予以把握，將對裂縫的產生起到很好的控制和防治作用。

夏季降溫策略。①在夏季施工時，應提前一周（或更早）將水泥入庫降溫，并保證存儲倉庫擁有良好的通風條件；②避免陽光直接照射砂石堆，可以用耐熱材料進行覆蓋，必要時可直接噴灑冷水；③為了避免澆筑用攪拌機長時間在陽光下照射升溫，可為其搭建涼棚；④混凝土澆筑現(xiàn)場一定要用冷水攪拌混凝土。

過程控溫技術。①在正式進行混凝土澆筑前，一定要清理基槽內的雜物；②混凝土的澆筑不能連續(xù)進行（間歇時間以3～5h為宜）；③嚴格控制混凝土的入模溫度（澆筑時溫度不得超過28℃）；④澆筑過程中，要適時投入一定量的毛石（起節(jié)約混凝土及吸收熱量的雙重作用），也可以在澆筑混凝土內部事先埋入冷卻管（利用循環(huán)的冷水來降溫、延緩混凝土內部的升溫）。

速度控制策略。一次澆筑的混凝土不宜過厚、過高，針對斷面相差較大的工程結構（或剪力墻的洞、口、孔等部位），應采用現(xiàn)澆筑較深的部位，待靜止1～2h、混凝土沉降后，再與斷面或剪力墻的洞、口、孔等部位所需的混凝土一同澆筑。

過程校驗策略。施工現(xiàn)場要對商品混凝土進行嚴格檢查（測定混凝土的溫度和坍落度），檢驗混凝土量是否符合計算值，同時逐車檢查混凝土攪拌車，禁止其在施工現(xiàn)場臨時加水。出于控制澆筑溫度的需要，可以在混凝土攪拌車到達現(xiàn)場等待的間隙，向攪拌罐噴灑一定量的冷水。

工序控制策略。大體積混凝土澆筑過程中，要遵循“同時澆搗、分層推進，一次到位、循序漸進”的原則。從利于散熱的視角出發(fā)，保證薄層澆搗，并且勻速上升。此外要盡可能擴大澆筑的橫截工作面，秉承“分層澆搗、逐步推進”的原則，嚴格控制振搗的時間及插入的深度，防止過程中出現(xiàn)“漏振”（因多方面原因導致混凝土局部出現(xiàn)表層輸送、缺損等狀況）現(xiàn)象。

2.3 養(yǎng)護控制

養(yǎng)護也是大體積混凝土施工過程中需要把握的關鍵點，一方面其要考慮溫度及濕度等外在因素，有效控制混凝土的內部及外部溫差，確保混凝土的強度能夠正常發(fā)展、并有效防控溫度裂縫的產生；另一方面，結合具體的工程進度、施工周期及施工季節(jié)，養(yǎng)護要保證持續(xù)性——混凝土拆模后應立即以回填土或覆蓋的方式進行保護，在遇到干旱、寒潮等情況時，要及時控制溫差、防止干旱、寒冷引發(fā)的各種裂縫。

除此之外，養(yǎng)護工作還有這樣幾個技巧可以掌握：

（1）表層溫度控制。大體積混凝土澆筑2h后，使用塑料膜覆蓋表層，可以提升混凝土的表面溫度（減少內外部的溫差）；若在冬季施工，則可以在塑料膜上加一層草墊進行增溫保護。

（2）帶水養(yǎng)護。大體積混凝土澆筑且終凝（水泥完全失去可塑性）2h后，便要開始帶水養(yǎng)護（養(yǎng)護期不得低于14d）。若在夏季施工，可以采用積“水養(yǎng)護法”，也就是通過在混凝土的表面用磚砌壘潛水池，放入300mm深的水——這樣一種方式來達到養(yǎng)護和保護的雙重目的。

3 結論

大體積混凝土在具體項目工程施工過程中，其原料的選擇、技術的運用和養(yǎng)護措施的采納都與后續(xù)的機構性能及項目質量有著重要關系。倘若不能洞悉大體積混凝土溫度裂縫產生的原因并及時破解，其后續(xù)的施工質量就難以得到最為充分的保證。多起項目實踐及諸多成功的工程案例充分表明，溫度裂縫雖然容易產生，但也可以通過多種渠道進行預防，施工人員需要在具體操作中，做好記錄、適時檢驗，以便為日后的其它項目工程積累寶貴的經驗。

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