大體積混凝土施工溫度裂縫控制研究及進(jìn)展

邰俊凱

（中煤中原(天津)建設(shè)監(jiān)理咨詢有限公司， 天津 300120）

隨著建筑市場的不斷升溫，對大體積混凝土的需求也逐漸增加了。但是溫度裂縫問題，一直是困擾大體積混凝土澆筑的一個難題。包括美國的劍石大壩、前蘇聯(lián)的托克托古爾水電站、和中國的三峽大壩這些世界矚目的大型建筑工程，在施工中都遇到了類似的問題，所以說溫度裂縫問題成了世界性的大體積混凝土澆筑的通病。當(dāng)混凝土內(nèi)部和表面的溫度有一定溫差的時候，就會產(chǎn)生一種張力這種力量達(dá)到一定程度就會使混凝土表面出現(xiàn)裂紋這就是溫度裂縫，國內(nèi)外學(xué)者都為此進(jìn)行了大量的研究，本文將總結(jié)國內(nèi)外的研究成果并加入自己的觀點進(jìn)行分析。

1 大體積混凝土

1.1 國外對于大體積混凝土的定義

日本的建筑會社提出橫截面積在80cm以上，混凝土內(nèi)外溫差由于水化熱引起的超過25°的叫做大體積混凝土，美國混凝土協(xié)會沒有給一個具體的定義，他們是這樣說的：這種混凝土體積要大到不采取措施就會因為水化熱而產(chǎn)生裂縫。前蘇聯(lián)對大體積混凝土的描述基本和美國一樣，還有一些發(fā)達(dá)國家也都解釋了大體積混凝土的開裂現(xiàn)象。

1.2 國內(nèi)對大體積混凝土的定義

現(xiàn)在國內(nèi)對大體積混凝土給出了規(guī)范的定義，相對應(yīng)的規(guī)范是《大體積混凝土施工規(guī)范》、《普通混凝土配合比設(shè)計規(guī)范》，這兩個規(guī)范的描述不是一樣的前者這樣寫道：“混凝土結(jié)構(gòu)物實體最小幾何尺寸不小于1m的大體積混凝土，或預(yù)計會因混凝土材料水化引起的溫度變化和收縮而導(dǎo)致有害裂縫產(chǎn)生的混凝土”，后者則定義為：“體積較大的、可能由膠凝材料水化引起的溫度變化和收縮而導(dǎo)致有害裂縫產(chǎn)生的混凝土”現(xiàn)在第一種描述被大家所接受，還有一些專家提出了自己的看法。有的專家說：“在工民建中一些現(xiàn)澆的連續(xù)墻式結(jié)構(gòu)、地下的大型建筑物、和設(shè)備的基礎(chǔ)容易由熱脹冷縮引起裂縫的結(jié)構(gòu)，都叫做大體積混凝土”這個結(jié)論類似于美國的說法。

如果把國內(nèi)外大體積混凝土的文獻(xiàn)加以對比可以看到，現(xiàn)在國內(nèi)國際都沒有對大體積混凝土給出一個準(zhǔn)確的定義，這些對這個概念進(jìn)行了解釋的也只是描述了一下它的狀態(tài)，比如說尺寸大于1m的是大體積混凝土，有的尺寸小于1m也出現(xiàn)了裂縫，那么是不是大體積混凝土呢？對于這個概念要定量、定性的加以分析。

2 研究發(fā)展歷史

2.1 國外大體積混凝土的發(fā)展歷程

在水利工程修建混凝土水壩的時候產(chǎn)生了大體積混凝土，然后隨著應(yīng)用的推廣就發(fā)展到修橋、筑路、土木工程等方方面面中去了，美國從很早以前就開始研究大體積混凝土，美國的一座大壩在施工中發(fā)現(xiàn)了很多的大體積混凝土裂縫，大量的學(xué)者開始研究這一現(xiàn)象?？茖W(xué)家看到混凝土內(nèi)部的溫度是來自水泥水化熱所產(chǎn)生的，然后美國再建大壩的時候就采用了低溫水泥，希望可以降低水化熱，美國在建造 Hoove大壩時候減少了很多水泥量后來證明了這一做法可以減少裂紋，這時候美國就開始全面研究大體積水泥，提出了很多方法，其中有預(yù)埋倒流水管來降溫這樣的裝置，后來美國建立了一個比較大型的混凝土控制開裂的體系。前蘇聯(lián)也出臺了一套辦法來控制裂紋，這些措施到現(xiàn)在還在使用?，F(xiàn)在的國際上沒有多少研究大體積水泥的專家，日本有個學(xué)者提出用高爐礦渣水泥來讓混凝土內(nèi)的水化熱得到控制。他的實驗也宣告成功，表明高爐礦渣水泥可以防止裂紋。韓國的學(xué)者也不甘落后，研究出了一套自動溫控設(shè)施在實踐中用了之后也能起到一定作用。美國的學(xué)者通過實驗和實地踏查，研究出了辦法可以用有限元方法來預(yù)測大體積內(nèi)幕溫度。

2.2 國內(nèi)大體積混凝土的發(fā)展歷程

以前我國大型建筑工程不多，所以很少用到大體積混凝土在這方面的研究也比較晚。1950年朱博芳為首的專家才開始研究大體積裂縫，1958年在丹江口水庫工程中就發(fā)現(xiàn)了大量裂縫，然后就經(jīng)過了多年的研究終于初見成效，為三峽大壩的順利建成積累了寶貴經(jīng)驗。

在大工程水電站大壩，這些比較大的樞紐工程中就會用到大型混凝土材料。對這些大型混凝土的研究很多，但是對于老百姓用的一般小工程用的大體積混凝土，卻少有問津那么對這一塊也就沒什么經(jīng)驗可談了。專家們研究了大體積混凝土的膨脹劑還有的分析了膨脹劑在混凝土中的使用方法。

3 施工溫度裂縫控制方法

現(xiàn)在對于大體積混凝土控制裂縫有很多妙招，其中有比較簡單的覆蓋法，還有預(yù)埋管線降溫，還有循環(huán)水控制溫度等，這些辦法都有自己的特點，可以再具體的工程里面進(jìn)行應(yīng)用。

3.1 保溫材料覆蓋法

這個方法其實計較簡單，就是采用一些建中比較常見的材料，要是找不到的話就去買個汽車苫布，給大體積混凝土覆蓋起來，保溫材料也很多要比較謹(jǐn)慎的選擇。在體積不是很大的大體積混凝土，可以用這個方法。但是這個辦法效果不是很好，還會產(chǎn)生環(huán)境污染以后采用綠色環(huán)保的材料就可以避免這樣了。現(xiàn)在國內(nèi)西安理工大學(xué)對這個方法進(jìn)行了研究。

3.2 預(yù)埋冷卻水管法

這個方法是在大體積混凝土還沒有板結(jié)的時候，在其內(nèi)部安裝上通水的水管，然后進(jìn)行防水降溫這個方法降溫比較明顯，現(xiàn)在很多工程都會采用這種方法來降溫。這個方法的不妥之處在于，它的造價比較高預(yù)埋的管線基本上都是鋼管，具體施工也比較復(fù)雜，由于增加了預(yù)埋管線的過程就會增加施工量也就延誤了工期，如果管線漏水就會使混凝土產(chǎn)生質(zhì)量問題，影響他的使用壽命和安全系數(shù)，所以這種方法的缺點也不少。

3.3 相變材料（PCM）控制法

科技進(jìn)步帶動新型材料的出現(xiàn)，現(xiàn)在外國的學(xué)者開始研究用一些材料來給大體積混凝土降降溫。外國學(xué)者對相變材料產(chǎn)生了興趣，這些相變材料是：石蠟、石墨、硅酸等很多材料，他們在溫度高于相變點時吸收熱量，當(dāng)溫度下降時又會釋放熱量，學(xué)者們研究利用這種特點為大體積混凝土服務(wù)，也就是說它們這種隨著溫度的變化開始釋放熱量和吸收熱量的變化，要被大體積混凝土抓住他的這個特點來做文章，因為大體積混凝土就是受到溫度的困擾，所以所有和溫度有關(guān)的話題都是我們所關(guān)心的。有學(xué)者研究到變相材料可以降低大體積混凝土的內(nèi)部溫度，還可以控制大體混凝土升溫的節(jié)奏，然后就可以避免出現(xiàn)裂縫了。學(xué)者對單一變相材料、復(fù)合變相材料的控制溫度性能和材料性能進(jìn)行了分析。通過研究確認(rèn)了變相材料確實解決了裂縫問題。韓國的專家研究了 7種不一樣類型的無極相變材料，對大體積混凝土水熱化的影響，他的研究表明由于變相材料的儲能特點，可已應(yīng)用到很多方面現(xiàn)在用到變相技術(shù)來控制大體積混凝土的水化熱，現(xiàn)在這種技術(shù)還不成熟，現(xiàn)在是摸著石頭過河階段。

3.4 循環(huán)蓄水控制法

這種方法是針對大體積混凝土的工程的基礎(chǔ)底層溫度裂縫控制，比如一個水槽降溫可以將循環(huán)水引進(jìn)來，調(diào)節(jié)水的溫度然后把水引導(dǎo)基礎(chǔ)底板混凝土進(jìn)行表面降溫，經(jīng)過實踐得到答案，循環(huán)水系統(tǒng)可以計較有效的進(jìn)行降溫?；A(chǔ)底部混凝土由于保溫作用溫度下降緩慢，混凝土中心的水化熱現(xiàn)象得到了控制。

3.5 大體積混凝土配合比控制

大體積混凝土開裂的原因比較復(fù)雜，因為配合比掌握不好出現(xiàn)裂縫占比很大，通過實踐經(jīng)驗和多次優(yōu)化試驗得出了比較理想的大體積混凝土配合比例，在配比中水泥的含量不要太大，粉煤灰和砂石也要合理控制。其中水灰的比例要控制在很小的范圍內(nèi)其占比只在0.4左右；砂的用量在35%左右；攪拌用的水一立方米要用175公斤；混凝土的初凝時間在12小時以上；還要摻入一級粉煤灰和一些礦粉；堿的含量不要大于每立方米 3公斤?；炷恋拈_裂和配合比有直接原因，這個配合比也不一定是絕對的只有一定的指導(dǎo)意義，在混凝土澆筑中要根據(jù)材料的指標(biāo)和性能特點，進(jìn)行具體的試驗才可以得到適合這次澆筑的準(zhǔn)確的配合比。

4 結(jié)論

本文分析了大體積混凝土產(chǎn)生裂縫的問題，具體分析了裂縫產(chǎn)生的原因，和處理方法以及避免發(fā)生的方案，對于大體積混凝土的最佳配合比的計算除了理論分析之外，還要經(jīng)過試配才能找到最佳答案。在施工中要通過精心的養(yǎng)護和科學(xué)的管理才能控制大體積混凝土裂縫問題。