大體積混凝土溫度裂縫控制技術(shù)研究

王曉明

1 溫度應(yīng)力與溫度裂縫

1.1 溫度應(yīng)力的定義

對(duì)于大體積混凝土的定義，迄今為止尚無統(tǒng)一的說法。美國(guó)混凝土學(xué)會(huì)（ACI）、日本建筑學(xué)會(huì)、大體積混凝土施工規(guī)范（GB50496-2009）》均根據(jù)自己的研究成果對(duì)其進(jìn)行了定義，但由于闡述側(cè)重點(diǎn)不一樣，導(dǎo)致定義不是很全面。僅用混凝土的幾何尺寸來定義和用混凝土內(nèi)部溫度與環(huán)境溫度之差達(dá)到某規(guī)定值來定義大體積混凝土，也是不夠嚴(yán)謹(jǐn)?shù)?。所以綜合闡述，從幾何尺寸、溫度差導(dǎo)致溫度應(yīng)力、裂縫控制措施等三方面去定義較為全面，即：大體積混凝土結(jié)構(gòu)為現(xiàn)場(chǎng)澆筑的幾何尺寸較大，且采取了相應(yīng)的技術(shù)措施去處理溫度差值、解決溫度應(yīng)力，最大限度地減少混凝土開裂的混凝土結(jié)構(gòu)。從上述對(duì)大體積混凝土定義的闡述可知，在大體積混凝土結(jié)構(gòu)中，裂縫的產(chǎn)生大都與溫度應(yīng)力有關(guān)?；炷翜囟葢?yīng)力一般約為30d。該階段混凝土的絕熱溫升與混凝土單位體積中水泥用量和水泥使用品種有關(guān)，并隨混凝土的齡期按指數(shù)關(guān)系遞增，該階段彈性模量隨混凝土齡期的增長(zhǎng)而逐漸增高。中期應(yīng)力為自早期結(jié)束至混凝土冷卻到穩(wěn)定溫度時(shí)止，該階段混凝土性能趨于穩(wěn)定，其彈性模量變化不大。晚期應(yīng)力為中期結(jié)束至后期使用階段，這時(shí)溫度應(yīng)力主要是由外界氣溫和水溫的變化所引起。

1.2 溫度應(yīng)力的危害

混凝土為脆性材料，抗拉強(qiáng)度只是抗壓強(qiáng)度的1/10～1/20左右，其拉伸能力也很小，在短期加載過程中的極限拉伸變形更加小，所以大體積混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中通常要求不出現(xiàn)拉應(yīng)力或出現(xiàn)很小的拉應(yīng)力，而大體積混凝土結(jié)構(gòu)基本不配置鋼筋的，或僅僅在其表面或孔洞位置處配置少量鋼筋，所以一旦出現(xiàn)了拉應(yīng)力（水化熱溫度應(yīng)力）就只能依靠混凝土自身來承受，抗拉性能差的脆性混凝土很容易產(chǎn)生裂縫?；炷两Y(jié)構(gòu)開裂不僅直接影響結(jié)構(gòu)外觀，還會(huì)造成鋼筋銹蝕、混凝土碳化、降低強(qiáng)度，縮短結(jié)構(gòu)耐久性，影響其正常使用，所以采取相應(yīng)的技術(shù)措施去處理和解決溫度應(yīng)力、并按裂縫開展去處理以最大限度地減少混凝土開裂顯得尤其重要。

2 溫度裂縫控制方法

2.1 材料控制方法

根據(jù)影響大體積混凝土開裂的因素，逐個(gè)分析裂縫產(chǎn)生的原因，然后提出確實(shí)可行的一套裂縫緩解技術(shù)方法是非常重要的。溫度裂縫控制首要應(yīng)該從基礎(chǔ)方法-材料的選擇方面去考慮。由前可知，大體積混凝土裂縫的產(chǎn)生大都與溫度應(yīng)力過大有關(guān)，而溫度應(yīng)力主要來源于水泥水化熱，所以：①合理選用低或者中水化熱的水泥，以降低混凝土溫度峰值；②在混凝土中添加適當(dāng)?shù)幕旌喜牧希ㄖ饕欠勖夯遥┛梢詼p少水泥的用量，降低混凝土的絕熱溫升；③在混凝土材料中摻加緩凝劑或高效減水劑，減少拌合混凝土?xí)r的用水量和減少水泥用量；④選擇粒徑較大、顆粒形狀較好、熱學(xué)性能好且級(jí)配良好的骨料。例如，王嘉楊在參考大量文獻(xiàn)的基礎(chǔ)上，提出材料控制的方法為：適當(dāng)選擇降低混凝土水化熱的材料，降低混凝土成型時(shí)的溫度，在混凝土拌合物中添加纖維的措施來提高混凝土的抗裂性，以達(dá)到阻止混凝土裂縫發(fā)展的目的。劉偉通過試驗(yàn)對(duì)摻加粉煤灰、乳化瀝青和聚丙烯纖維等改性材料混凝土的力學(xué)性能進(jìn)行了研究，對(duì)多摻改性材料大體積混凝土抵抗溫度應(yīng)力的能力進(jìn)行了驗(yàn)證。

2.2 水管冷卻法

由于水泥用量大，水泥水化時(shí)大量的熱量匯集導(dǎo)致混凝土內(nèi)部溫度急劇上升（內(nèi)部溫度可達(dá)60～90℃左右），而混凝土是熱的不良導(dǎo)體，自身溫降速度較慢，為了保證工程質(zhì)量，加快工程施工進(jìn)度，冷卻水管法是大體積混凝土溫控常用措施之一，即：在混凝土中預(yù)埋一些網(wǎng)狀水管，利用管中循環(huán)冷水（可用地下水、江、河、湖泊、自來水等各種水源）的流動(dòng)來降低混凝土內(nèi)部的溫度。20世紀(jì)中期，美國(guó)設(shè)計(jì)的胡佛壩為當(dāng)時(shí)世界上最高的混凝土壩體，就選用了水管冷卻降溫的方法，進(jìn)行了現(xiàn)場(chǎng)大量試驗(yàn)，表明水管冷卻對(duì)混凝土壩體降溫效果十分明顯，由此成為大體積混凝土溫控方面的一項(xiàng)重要的措施。

2.3 設(shè)置永久變形縫

為了降低地基不均勻沉降、地震作用以及溫度應(yīng)力和收縮變形等因素對(duì)建筑物的影響，在建造建筑物之前預(yù)先將變形敏感部位的結(jié)構(gòu)斷開，留出一定變形縫，以保證各部分建筑物相互之間有足夠的寬度，從而在變形過程中降低建筑破壞的可能性。大體積混凝土地下室永久變形縫的設(shè)置，一般要求整個(gè)結(jié)構(gòu)體系在設(shè)縫處完全脫開，特別要使高層與裙房徹底脫開，防止各自沉降對(duì)整體結(jié)構(gòu)變形產(chǎn)生較大的影響。

3 結(jié)論

①材料控制方法作為一種基礎(chǔ)的裂縫控制方法，通過選用低或者中水化熱的水泥、添加適當(dāng)?shù)姆勖夯摇郊泳從齽┗蚋咝p水劑、選擇性質(zhì)合適且級(jí)配良好的骨料等手段，可以有效減少水或水泥的用量、降低混凝土的絕熱溫升，降低裂縫的開展。②冷卻水管、設(shè)置永久變形縫、設(shè)置溫度后澆帶、跳倉(cāng)法為傳統(tǒng)和新興的施工控制技術(shù)，同樣為大體積混凝土在施工和使用過程中起到了較好的抗裂作用。

[1]楊超杰.大體積混凝土施工與溫度控制技術(shù)[J].建材與裝飾，2017（51）：52.

[2]黃 斌.大體積混凝土風(fēng)冷卻溫度控制技術(shù)試驗(yàn)研究[J].公路，2017，62（10）：240～245.