大體積混凝土溫度裂縫及其控制技術(shù)

張宗林

七冶海百合建設(shè)有限責任公司 貴州安順 561300

新時期，社會主義市場經(jīng)濟的快速運行促進了我國建筑業(yè)的技術(shù)創(chuàng)新。新的大體積混凝土施工技術(shù)已逐步應(yīng)用于現(xiàn)代施工環(huán)節(jié)。然而，值得注意的是，澆注過程中的溫度控制困難和頻繁的墻體開裂嚴重威脅著建筑居民的生命和財產(chǎn)安全，應(yīng)該在建筑領(lǐng)域受到高度重視[1]。

1 溫度應(yīng)力的定義

到目前為止，大體積混凝土還沒有統(tǒng)一的定義。美國混凝土學(xué)會( ACI )、日本建筑學(xué)會和大體積混凝土建筑規(guī)范( GB 50496- 2009)都根據(jù)自己的研究成果對其進行了定義，然而，由于側(cè)重點不同，定義并不十分全面。僅僅通過使用混凝土的幾何尺寸以及通過使用混凝土內(nèi)部溫度和環(huán)境溫度之間的差異達到某一特定值來定義大體積混凝土并不嚴格。因此，從幾何尺寸、溫差引起的溫度應(yīng)力和裂縫控制措施三個方面來看，這一定義更加全面。也就是說，大體積混凝土結(jié)構(gòu)是現(xiàn)場澆筑的大幾何尺寸混凝土結(jié)構(gòu)，并采取相應(yīng)的技術(shù)措施來處理溫差和解決溫度應(yīng)力，從而將混凝土結(jié)構(gòu)的開裂降至最低。

從以上對大體積混凝土定義的描述可以看出，在大體積混凝土結(jié)構(gòu)中，裂縫主要與溫度應(yīng)力有關(guān)。混凝土溫度應(yīng)力通常約為30天。這個階段混凝土的絕熱溫升與每單位體積混凝土使用的水泥量和使用的水泥類型有關(guān)，并且隨著混凝土的老化呈指數(shù)增長。這個階段的彈性模量隨著混凝土的老化而逐漸增加。中期應(yīng)力是從早期階段結(jié)束直到混凝土冷卻到穩(wěn)定的溫度。在這個階段，混凝土性能趨于穩(wěn)定，彈性模量變化不大。后期壓力是從中期結(jié)束到后期使用結(jié)束。此時，溫度應(yīng)力主要由外部空氣溫度和水溫的變化引起。每個階段的上述溫度應(yīng)力是該階段產(chǎn)生的溫度應(yīng)力和前一階段殘余應(yīng)力疊加的結(jié)果。由于溫度應(yīng)力的總和，產(chǎn)生了大的拉伸應(yīng)力，溫度裂紋開始出現(xiàn).

2 大體積混凝土溫度裂縫成因

2.1 設(shè)計因素

設(shè)計因素引起的大體積混凝土溫度裂縫尤為嚴重。也就是說，在溫度的影響下，大體積混凝土具有應(yīng)力集中，并通過內(nèi)部結(jié)構(gòu)的作用誘發(fā)結(jié)構(gòu)裂縫。同時，鋼筋數(shù)量不合理，例如，過多或過少都會影響混凝土結(jié)構(gòu)，導(dǎo)致結(jié)構(gòu)開裂。如果我們想從根本上避免這類問題的發(fā)生，我們應(yīng)該全面考慮混凝土構(gòu)件的變形和收縮問題。只有結(jié)合科學(xué)合理的設(shè)計程序，我們才能有效避免溫度裂縫的發(fā)生。在這個過程中，混凝土等級超過標準也是導(dǎo)致溫度裂縫的主要原因，究其根本為大體積混凝土結(jié)構(gòu)內(nèi)灰量過大，和預(yù)期比例間存在偏差[2]。

2.2 施工因素的影響

（1）施工方案及工藝的影響。大體積混凝土結(jié)構(gòu)體的長度對裂縫有很大影響，因為溫度應(yīng)力的大小與澆筑時混凝土塊的長度有關(guān)，如果結(jié)構(gòu)越長，就越容易產(chǎn)生裂縫。

（2）入模溫度的影響。模具溫度越高，混凝土的峰值溫度將不可避免地越高。例如，在工程實踐中，在高溫季節(jié)，大體積混凝土澆筑中經(jīng)常使用骨料預(yù)冷法和冰拌法。目的是降低澆筑溫度，從而控制混凝土的最高溫升。

（3）混凝土的早期養(yǎng)護。在新澆混凝土中，含水量足以滿足水泥水化反應(yīng)的需要，并且有大量剩余。如果澆筑后不進行養(yǎng)護，混凝土表面附近的水分會由于蒸發(fā)而迅速流失，這不僅會影響混凝土強度的發(fā)展，還會導(dǎo)致收縮裂縫。此時，通過養(yǎng)護，混凝土表面可以一直保持濕潤，從而確保水泥充分水合，并不斷提高混凝土表面的抗拉強度。

3 大體積混凝土施工的溫度裂縫控制

3.1 材料選擇

要做好混凝土材料的選擇，選擇合適的混凝土材料。對于大體積混凝土，由于對原材料的澆筑特性要求很高，材料應(yīng)符合相關(guān)標準，以確?；炷潦┕さ母哔|(zhì)量。根據(jù)大體積混凝土的結(jié)構(gòu)特點和實際情況，有必要選擇合理、科學(xué)的水泥品種，優(yōu)選低水化熱、低收縮的水泥。有必要充分利用材料中的減水劑。也可以使用粉煤灰以合適的方式制造水泥材料，并節(jié)省一些水泥；同時應(yīng)當選擇合理骨料，最好采用彈性模量較低的骨料及吸水率較小的沙石，將其收縮性控制在最佳水平。

3.2 降溫處理

水管嵌入混凝土中。當澆注大體積混凝土時，通過冷水進出可以有效降低混凝土內(nèi)部的溫度。冷卻水管通常由鋼管、鋁管、聚乙烯塑料管和其他耐熱耐腐蝕材料制成。建設(shè)單位應(yīng)根據(jù)實際情況選擇合適的冷卻水管?；炷翝仓?，為了防止事故的發(fā)生，應(yīng)先進行水壓試驗。在進入下一個過程之前，管道應(yīng)顯示良好的密封和流暢的水流。大體積混凝土對溫度很敏感，混凝土澆筑之后要密切關(guān)注混凝土溫度變化情況，將混凝土實際溫度控制在合理范圍之內(nèi)。冷卻水在混凝土澆筑至水管高程后立即循環(huán)，混凝土內(nèi)外溫差控制在25℃內(nèi)，水溫3-4h監(jiān)測一次，測量進、出水口溫度，一般出水口溫度較進水口溫度高5-6℃，應(yīng)持續(xù)到澆筑完7d以后。指派專業(yè)技術(shù)人員，設(shè)置溫度檢測點，做好標記方便以后使用，收集混凝土溫度變化數(shù)據(jù)，將檢測的數(shù)據(jù)繪制成溫度變化曲線進行對比，以便采取有效措施，降低或保護混凝土溫度。冷卻完畢后，冷卻管壓入同強度的水泥漿，水泥漿中加入微膨脹劑。

4 結(jié)語

建筑業(yè)不僅在社會經(jīng)濟中占據(jù)主導(dǎo)地位，而且促進了社會經(jīng)濟的可持續(xù)發(fā)展。在這個過程中，雖然大體積混凝土的應(yīng)用可以簡化施工過程，但是由于混凝土溫度裂縫的出現(xiàn)，不僅會增加施工難度，還會威脅施工質(zhì)量，甚至在一定程度上制約建筑業(yè)的發(fā)展。對此，筆者建議可從大體積混凝土溫度裂縫成因的角度入手，通過溫差控制、降低降溫速率、強化混凝土拉伸值、優(yōu)化構(gòu)造設(shè)計等策略的施行，將混凝土溫度裂縫控制的重要性落實于實處。