大體積混凝土溫度裂縫初探

文/苗戰(zhàn)偉、羅凡 96786 部隊(duì) 北京 100094

王靜、李軍 軍事科學(xué)院國防工程研究院 北京 100094

在大體積混凝土施工過程中，因?yàn)樗療釋?dǎo)致混凝土內(nèi)外溫差大，因而產(chǎn)生的溫度應(yīng)力使混凝土出現(xiàn)裂縫。大體積混凝土裂縫，不但會(huì)影響混凝土結(jié)構(gòu)的使用時(shí)間，甚至?xí)驗(yàn)閮?nèi)部的裂縫導(dǎo)致結(jié)構(gòu)破壞，造成嚴(yán)重的安全質(zhì)量問題，因此，應(yīng)采取措施解決大體積混凝土施工溫度裂縫問題。

1、溫度裂縫產(chǎn)生的原因

1.1 水泥水化過程的水化熱

大體積混凝土中主要溫度升高因素是水泥水化熱。混凝土在硬結(jié)過程中，由于水化反應(yīng)會(huì)產(chǎn)生大量的熱量，從而導(dǎo)致混凝土溫度升高。由于大體積混凝土主要特點(diǎn)即截面尺寸大，水化熱聚集在結(jié)構(gòu)內(nèi)部不容易散發(fā)出去，所以會(huì)引起混凝土結(jié)構(gòu)內(nèi)部急驟升溫。

1.2 外界氣溫的變化

在施工階段，外界氣溫的變化對防止大體積混凝土開裂也有較大影響。外界氣溫愈高，混凝土的澆筑溫度也需愈高；如果外界溫度下降，又增加混凝土降溫的幅度，特別是氣溫驟降，會(huì)大大加大混凝土內(nèi)、外的溫度梯度，因而會(huì)導(dǎo)致過大的溫度應(yīng)力，容易使大體積混凝土結(jié)構(gòu)出現(xiàn)裂縫。

1.3 混凝土收縮

混凝上中含有大量空隙、粗孔及毛細(xì)孔，孔隙中存在水分，而水分的活動(dòng)將影響到混凝土的一系列性質(zhì)，這種由于“濕度變形”引起的收縮與裂縫的產(chǎn)生有很大關(guān)系?；炷恋氖湛s變形主要有自由收縮、塑性收縮、碳化收縮、干縮幾種形式。

1.4 內(nèi)外約束的影響

各種結(jié)構(gòu)物在變形變化中，必然會(huì)受到一定的約束或抑制而阻礙變形，這就是指的約束條件。約束種類一般可概括為兩類：即外約束和內(nèi)約束（亦稱自約束）。外約束指結(jié)構(gòu)物的邊界條件，一般指支座或其他外界因素對結(jié)構(gòu)物變形的約束。內(nèi)約束指較大斷面的結(jié)構(gòu)，由于內(nèi)部非均勻的溫度及收縮分布，各質(zhì)點(diǎn)變形不均勻而產(chǎn)生的相互約束。具有大斷面之結(jié)構(gòu)，其變形還可能受到其他物體的宏觀約束。大體積混凝土由于溫度變化會(huì)產(chǎn)生變形，而這種變形又受到約束，便產(chǎn)生了應(yīng)力，這就是溫度變化引起的應(yīng)力狀態(tài)。而當(dāng)應(yīng)力超過某一數(shù)值，便引起裂縫。

2、溫度裂縫的控制措施

基于以上原因，溫度裂縫的控制，主要從控制自身水化熱和調(diào)節(jié)外部因素著手采取適當(dāng)措施。

2.1 降低水化熱導(dǎo)致的內(nèi)外溫差

混凝土的絕熱溫升可按下式計(jì)算：

式中：T（t）——混凝土齡期為t 時(shí)的絕熱溫升（℃）；

W——每m3 混凝土的膠凝材料用量（kg/m3）；

C——混凝土的比熱，一般為0.92～1.0〔kJ/（kg.℃）〕；

ρ——混凝土的重力密度，2400～2500（kg/m3）；

m——與水泥品種、澆筑溫度等有關(guān)的系數(shù)，0.3～0.5（d-1）；

t——混凝土齡期（d）。

所以，混凝土絕熱最高溫度：

由上式可知，影響混凝土絕熱溫升的因素包括：水泥品種、水泥用量、混合材料品種、用量和澆筑溫度。

2.2 控制外界氣溫影響，降低混凝土入模溫度

控制砂石料溫度，避免夏季太陽直曬，必要時(shí)用冷水或冰水?dāng)嚢杌炷?；混凝土運(yùn)輸過程中避免日曬；同時(shí)，保證模內(nèi)通風(fēng)，加速模內(nèi)熱量散發(fā)。

2.3 加強(qiáng)施工中的溫度控制

（1）合理預(yù)設(shè)測溫探頭和混凝土內(nèi)外降溫設(shè)施；（2）混凝土澆筑完成后，及時(shí)做好保溫保濕養(yǎng)護(hù)；（3）加強(qiáng)測溫控溫，控制降溫速率和混凝土內(nèi)外溫差，使降溫速率和內(nèi)外溫差保持在合理范圍內(nèi)（低于25℃）。

2.4 改善約束條件

合理設(shè)置施工縫和后澆帶，分層分塊施工，減輕約束力，以放松約束條件并減少水化熱的聚集。同時(shí)，合理安排施工順序，避免出現(xiàn)過大高差。

3、××隧道大體積混凝土施工實(shí)例

××隧道斷面面積542m2，毛洞跨度24.3m，高度20.2m，被復(fù)厚度2m，采用P8的C30 混凝土。本工程在合理選材、科學(xué)配比的基礎(chǔ)上，對測溫控溫措施進(jìn)行了重點(diǎn)研究應(yīng)用。

3.1 測溫措施

本工程采用電子測溫儀進(jìn)行測溫，可直觀、準(zhǔn)確、快捷的數(shù)字顯示被測溫度，主機(jī)為便攜式儀表，測溫線為預(yù)埋式、由插頭、導(dǎo)線和溫度傳感器制成，每支測溫線可測一點(diǎn)溫度。

3.1.1 測溫流程布置測溫點(diǎn)→確定測溫點(diǎn)深度→選擇合適的測溫線→預(yù)埋測溫線澆注混凝土→測溫。

3.1.2 測溫點(diǎn)布置

按照《大體積混凝土施工規(guī)范》（GB50496-2018）標(biāo)準(zhǔn)，根據(jù)實(shí)際情況，選擇有代表性的部位，測點(diǎn)按平面分層布置，根據(jù)工程截面形狀、厚度，在底板、側(cè)墻的中心點(diǎn)、角點(diǎn)等代表性部位布設(shè)測溫點(diǎn)。

3.2 冷卻水管的埋設(shè)及控制

3.2.1 水管位置

根據(jù)混凝土內(nèi)部溫度分布特征布設(shè)冷卻水管，冷卻水管通常采用直徑5Omm 的黑鐵管，其水平間距依據(jù)溫控計(jì)算確定，冷卻水管進(jìn)出水口集中布置，以利于統(tǒng)一管理。

3.2.2 冷卻水管使用及其控制

（l）冷卻水管使用前進(jìn)行壓水試驗(yàn)，防止管道漏水、阻水；冷卻水管裝好后不準(zhǔn)在管上踩踏，防止接頭部位損壞漏水；

（2）混凝土澆筑到各層冷卻水管標(biāo)高后開始通水，通水流量、流速應(yīng)達(dá)到設(shè)使管內(nèi)產(chǎn)生紊流，溫峰過后即停止通水；

（3）為防止上層混凝土澆筑后下層混凝土溫度的回升，下層混凝土采用二次通水冷卻，通水時(shí)間根據(jù)測溫結(jié)果確定；

（4）冷卻水進(jìn)水溫度越低，與混凝土溫差越大，冷卻效果越好，但過大的溫差會(huì)在冷卻水管周圍的混凝土中引起相當(dāng)大的拉應(yīng)力，所以通常將冷卻水與混凝土之間的溫差控制在20℃以內(nèi)；

（5）如果始終保持同一流向，冷卻結(jié)束后，出口端的混凝土溫度將高于進(jìn)口端的混凝土溫度。為了使冷卻結(jié)束時(shí)，混凝土溫度盡量均勻，在冷卻過程中，應(yīng)不斷改變水流方向。宜每半天改變一次水流方向，盡可能壓低各個(gè)斷面上的水化熱溫升；

（6）冷卻通水結(jié)束后，采用同標(biāo)號水泥漿或砂漿封堵冷卻水管。為避免鋼筋銹蝕，應(yīng)保證冷卻水管進(jìn)出口割斷處距混凝土表面大于7cm。

施工實(shí)踐證明，以上措施的應(yīng)用，很好地控制了混凝土內(nèi)外溫差，滿足≤25`C 的規(guī)范要求，有效地防止了溫度裂縫的發(fā)生，確保了大體積混凝土的施工質(zhì)量。同時(shí)確定終止混凝土保溫養(yǎng)護(hù)工作的安全溫度，以便進(jìn)行后續(xù)施工工作。