大體積混凝土溫度裂縫控制與預防

宋爾斯

中國鐵建大橋工程局集團有限公司 天津 300000

1 概述

齊齊哈爾科技研發(fā)中心，主樓筏板部分面積2200㎡，筏板厚2m。在進行大體積混凝土施工的過程中，遇到的一個主要問題就是溫度裂縫。大體積混凝土由于其體積較大，混凝土的聚集會產(chǎn)生會很大的水化熱，混凝土的內(nèi)部和外部存在散熱不均勻的情況，在大體積混凝土的內(nèi)部出現(xiàn)的溫度應力一般較大。因此，在大體積混凝土施工過程中，通過合理的監(jiān)控溫度，可以有效的控制和預防溫度裂縫的出現(xiàn)。本文僅針對大體積混凝土施工中出現(xiàn)溫度裂縫的原因和一些處理措施進行了闡述。

2 裂縫產(chǎn)生原因

在大體積混凝土施工過程中出現(xiàn)溫度裂縫的主要原因包括：混凝土溫度的變化、混凝土濕度的變化、混凝土的脆性和混凝土的不均勻性等。隨著混凝土逐漸硬化，水泥會隨之釋放出較多的水化熱，這時混凝土內(nèi)部的溫度就會明顯升高，在大體積混凝土的表面就會形成一種拉應力。在溫度不斷降低的過程中，受基礎混凝土的制約，在大體積混凝土內(nèi)部也會出現(xiàn)這種拉應力。隨著外界氣溫的下降，在大體積混凝土表面也會產(chǎn)生較大的拉應力。當這兩個來自于大體積混凝土內(nèi)部與外部的拉應力超出混凝土自身的抗裂能力時，便會產(chǎn)生溫度裂縫[1]。

溫度應力的分析

大致可以將溫度應力的形成劃分為三個不同的階段：

早期：從實施混凝土澆筑到水泥完成放熱，通常需要一個月左右的實踐。在溫度應力形成的早期階段，其通常具有兩個特點，其一，水泥會釋放出較多的水化熱。其二，混凝土的彈性模量發(fā)生明顯變化。

中期：當水泥完成放熱后到大體積混凝土完全冷卻前，便是形成溫度應力的中期階段。在這一階段，形成溫度應力的主要原因就在于大體積混凝土自身溫度和外界氣溫均發(fā)生了變化。

晚期：在大體積混凝土冷卻下來以后便進行入到了形成溫度應力的晚期階段。這一階段形成的溫度應力，主要是因為外部氣溫變化較大，晚期階段形成的溫度應力會與之前兩個階段形成的溫度應力迭加在一起。

3 防止溫度裂縫的措施

3.1 混凝土材料選用

（1）水泥：水泥水化時出現(xiàn)很多的水化熱，大體積混凝土中水泥的使用量在很大程度上決定著砼內(nèi)溫度的變化程度。對于一立方米的混凝土來說，其水泥的使用量每增減10kg，產(chǎn)生的水化熱便會致使大體積混凝土溫度升高或者降低1℃，因此必須控制好水泥用量，降低水化熱。在選擇水泥時，需要優(yōu)先選擇那些具有較低水化熱的品種，像復合水泥、礦渣水泥和火山灰水泥等。每立方米混凝土的水泥使用量應該控制在400千克之內(nèi)。坍落度則應該控制在14到18厘米之間[2]。

（2）粗骨料碎石：盡可能的選擇使用具有較大致敬的碎石，絕對不可以使用石屑充當骨料，一定要選擇級配較好的骨料。碎石的直徑應該控制在1到3厘米之間，泥的含量需要超過1%。

（3）細骨料沙：細度模量2.6-3.0，其中泥的含量必須超過3%

（4）合理的推遲混凝土凝結(jié)的時間，凝結(jié)時間不可以低于8小時。

（5）為了讓水泥水化熱的峰值期延遲，并推遲水泥凝固的時間，減少水化熱的釋放，可以在混凝土中按照要求適當?shù)募尤敫咝p水劑和緩凝外加劑。

通過和攪拌站有效溝通后，了解在這一配合比以往已經(jīng)在其他工程中有所應用：

注：混凝土終凝土終凝10小時。

3.2 采用合理的施工方法

在完成澆搗混凝土施工后，就需要對其進行養(yǎng)護，讓其溫度緩慢的降下來，以此將溫度應力控制在合理范圍內(nèi)。養(yǎng)護的時間應該在14天以上，以此確?；炷翜囟冉档退俣鹊幕悸浴榱舜_?；炷恋目估p度和密實度，還應該對混凝土進行振搗，減少由于混凝土收縮而出現(xiàn)變形的情況，以此提高大體積混凝土施工的質(zhì)量。完成混凝土澆筑后，應該及時將混凝土表面的浮漿排除，加強早期養(yǎng)護。加強對混凝土溫度的監(jiān)測，利用信息技術對其溫度進行控制，保證大體積混凝土內(nèi)部溫度和外部溫度的差值不超過25℃，一旦發(fā)現(xiàn)溫差超過要求標準，及時采取措施進行調(diào)整，使混凝土的溫度梯度不至過大，以此最大限度的避免溫度裂縫的出現(xiàn)。

測溫點布置：集水坑位置的混凝土一般厚度的較大，在電梯基坑處混凝土的溫度最高。因此，在大體積混凝土施工中，應該將集水坑位置混凝土的溫度與大體積混凝土表面的溫度之差低于25℃，就可以確?；炷恋馁|(zhì)量。因此，在整個施工過程中，應該注重加強對電梯基坑溫度的監(jiān)測。測量穩(wěn)點的主要位置就是平面位置：筏板邊緣沿長方向兩邊各布置3個測溫點，筏板中部設3個測溫點，同時在筏板邊緣；集水坑位置再設1個測溫點；同時在筏板邊及中部電子測溫點邊上還布設兩處預留測溫孔，采用溫度計測溫，以便校驗，具體測點布置詳見測點平面布置圖[3]。

測溫項目 測溫次數(shù)室外氣溫及環(huán)境溫度 每晝夜不少于4次（即8點14點20點2點），此外還需測最高、最低溫砼強度達到標準值30%之前 每2h測一次砼強度達到標準值30%以后 每4h測一次，4天后8小時測一次

3.3 混凝土澆筑前溫度控制的計算

筏板混凝土施工在9月20日左右，平均大氣溫度(Tq)為150C。

（1）混凝土拌合溫度Tc

Tc=70270.55/2882.13=24.4℃

（2）出罐混凝土的溫度為TI

因攪拌機棚為敞開式，取TI= Tc=24.40C

（3）澆筑混凝土的溫度為Tj

裝卸兩次混凝土料:A1=0.032×2=0.064

運輸大體積空凝土的時間為15分鐘:A2=0.0017×15=0.026

澆搗完畢需10分鐘:A3=0.003×10=0.03

Tj=Tc+( Tq-Tc)×0.24=24.4+(15-24.4)×0.24=22.14℃

（4）混凝土絕熱溫升

絕 熱 溫 升 Tmax=WQ0/Cρ ＝ 280×377/(0.96×2400)＝45.8℃

（5）澆筑混凝土的厚度應該控制在2米，取ξ=0.57。（降溫系數(shù)）

Tmax=Tj+T＊ ξ=22.14+45.8＊0.57=48.2℃

（6）保溫材料厚度計算

其厚度按以下公式計算：

δ=0.5hλi（Ta-Tb）Kb/λ（Tmax-Ta）

式中：δ--------養(yǎng)護材料所需的厚度（cm）；

0.5 h----- 中心最高溫度向邊界散熱的距離，其值為結(jié)構(gòu)厚度（h） 的0.5倍；

λi-------養(yǎng)護材料的導熱系數(shù)，此處取0.14；

λ-------砼的導熱系數(shù)，此處取2.3；

Ta------砼與養(yǎng)護材料接觸處的溫度；（取45.7-25=20.7℃）

Tb------砼到最高溫度時的大氣平均溫度，此處取

Tb=15 ℃；

Kb-------傳熱系數(shù)的修正值，此處取1.5；

λ-------砼的導熱系數(shù)，此處取2.3

Tmax -------砼中心的最高溫度按之前計算取48.2℃

計算得δ=0.，23，即鋪23mm導熱系數(shù)為0.14的保溫材料，即可滿足砼表面溫度與中心最高溫度溫差不大于25℃，考慮到草簾子導熱系數(shù)0.047，塑料薄膜導熱系數(shù)0.05，所以1層50mm草簾子，1層1mm塑料薄膜，足可以使筏板中心混凝土溫度最高處溫度與砼表面溫差不大于25℃，并且砼表面溫度與外界空氣溫差不大于20℃。

3.4 混凝土早期養(yǎng)護

混凝土早期養(yǎng)護，通常是為了將溫度控制在適宜的范圍內(nèi)，以達到以下兩個方面的效果，一是促使大體積混凝土可以不受溫度、濕度變化的影響，盡可能的避免干縮和冷縮等有害情況的出現(xiàn)。二是確保水泥可以順利的完成水化，以此提高大體積混凝土的抗裂能力和強度。

理論上分析，在澆筑大體積混凝土的起始階段，其中的水分含量完全可以支撐水泥的水化。但是，從實際情況來看，受蒸發(fā)等因素的影響，很容易出現(xiàn)水分流失，這就會知識水泥水化的時間推遲，大體積混凝土的表面很容易收其影響。因此，在完成大體積混凝土澆筑施工后，應該立即對其進行養(yǎng)護，這一時期的養(yǎng)護非常的關鍵，所以，必須對其引起足夠的重視[4]。

4 結(jié)語

以上對大體積混凝土施工與溫度裂縫之間的關系進行了闡述，在工程中多分析，多采取些預防措施，是完全可以控制和預防溫度裂縫出現(xiàn)的，或者說控制在安全的范圍內(nèi)是可以做到的。