大體積混凝土溫度裂縫控制技術研究

伍丁輝?宋隆洋?唐茁程?楚加慶?李東?鄭柯堯

摘要：抑制大體積混凝土的溫度裂縫的出現(xiàn)，始終是控制施工質量時常面對的一大重難點。本文將大體積混凝土溫度裂縫產(chǎn)生的原因大致總結為兩點，并針對這兩個方向，列舉出了對應的多種解決辦法，旨在對現(xiàn)行的溫度裂縫控制措施提出改良和優(yōu)化，達到更好的控制效果，為以后的大體積混凝土溫度裂縫控制提供一些參考。

關鍵詞：混凝土;溫度應力;溫度裂縫;現(xiàn)場技術

一、前言

在解決大體積混凝土出現(xiàn)溫度裂縫的問題時，我們要先了解何為大體積混凝土。根據(jù)規(guī)范《大體積混凝土施工標準》GB50496-2018中的定義：混凝土結構物實體最小幾何尺寸不小于1m的大體量混凝土，或預計會因混凝土中膠凝材料水化引起的溫度變化和收縮而導致有害裂縫產(chǎn)生的混凝土，稱之為大體積混凝土。隨著房屋建造技術的更替，大體積混凝土的應用越來越廣泛。像水壩、高層房屋基礎、大型設備基礎等等都有大體積混凝土構件的存在。

從定義中就能明白，大體積混凝土結構物中的溫度裂縫是不可避免的，重要的是采用合理的措施來防治和控制裂縫的發(fā)展。觀其現(xiàn)象究其本質，大體積混凝土出現(xiàn)溫度裂縫的原因有兩點：

1、溫度過高。導熱不夠及時形成溫差。

2、抗裂性能不夠。溫度應力大于抗裂極限。

種種解決溫度裂縫的措施，其本質上都是通過這兩點去解決問題。通過各種不同的手段，或者是降低水化熱，或是增設水冷裝置，或是調(diào)整混凝土配合比等等，解決其中一點，使最終混凝土的溫度裂縫面積縮小，數(shù)量減少。

本文也將通過這兩個方面提出系統(tǒng)的解決措施，以供參考。

二、溫度裂縫成型機制

混凝土在凝固過程中會產(chǎn)生大量熱量，這種熱量一般稱為混凝土水化熱?；炷林械牡V物成分在發(fā)生水化反應，釋放熱量，其中最主要的礦物成分為鋁酸三鈣。水泥中鋁酸三鈣的比例越高，放熱量就越大。水泥水化的放熱一般存在于澆筑后的1—3的，即混凝土凝固的早期階段。一般而言，水化熱的存在對于混凝土早期強度的提升是有幫助作用的。適當?shù)臒崃慨a(chǎn)生可以促進水泥水化反應，加快混凝土的凝結，尤其是在氣溫較低的天氣里，可以起到保證混凝土終期強度的作用。

這里還要提到混凝土的導熱性能?；炷恋娜紵阅転椴蝗紵w，導熱性能為熱的不良導體。這就導致混凝土在收到局部高溫時會產(chǎn)生爆炸。對于大體積混凝土而言，其不良導熱性會使水化熱持續(xù)累積，造成混凝土的溫度急劇上升。混凝土體積越大，水化熱越難釋放。內(nèi)部的高溫和表面的低溫質檢形成的溫度梯度提供了溫度應力，而混凝土澆筑過程中本身存在細孔、空襲、缺陷材料，加之混凝土組成材料種類多樣，膨脹系數(shù)各有不同，在這些薄弱連接處因溫度影響就會產(chǎn)生細小裂縫，隨著裂縫融合，最終形成肉眼可見的貫通裂縫。

三、溫度裂縫控制措施

（一）通過降低溫度抑制溫度裂縫

通過降低溫度控制溫度裂縫，主要降低三種溫度：初始溫度、最高溫度、養(yǎng)護溫度。

1.初始溫度控制

初始溫度的影響因素主要來自環(huán)境。在氣候炎熱的季節(jié)，盡量選擇在夜間進行大體積混凝土的澆筑。在加水拌和時，使用經(jīng)過冷卻后的拌和水。使用的粗、細骨料要經(jīng)過降溫措施控制溫度，比如向石子、沙堆噴水，搭設建議的遮陽棚，使用編織袋、塑料布等進行覆蓋等措施。

2.最高溫度控制

常用的施工措施時在混凝土內(nèi)部預埋冷卻管，一般采用直徑40mm，厚度3mm的鋼管。這種方法優(yōu)點在于使用起來靈活方便，且降溫效果好，可以將冷卻管分部至混凝土構件的各個角落，方便控制整體溫度。缺點則在于水管的接頭部位一旦出現(xiàn)滲漏水的情況，將會影響混凝土實體質量，形成薄弱環(huán)節(jié)。

由于水化熱的產(chǎn)生主要在混凝土凝結前期，為了避開水化熱的集中爆發(fā)，在混凝土配合比方面，我們可以減少鋁酸三鈣的比例，可以摻入粉煤灰，使得混凝土的水化熱產(chǎn)生均攤在整個凝固過程中，這樣做的優(yōu)點在于可以降低凝結前期的水化熱，降低混凝土凝固過程中的最高溫度，但缺點在于前期強度將會有所降低。

此外我們還可以使用外加劑減少水泥的水化熱和溫升，黃學輝等[1] 等采用直接測定法測試了礦物、化學外加劑對水泥水化熱的影響，比如FDN- 5型減水劑，糖蜜緩凝劑等化學外加劑能不同程度地降低水泥凈漿的水化熱和溫升。

3.養(yǎng)護溫度控制

前文說過，溫度裂縫的產(chǎn)生，不單單時因為高溫，而是因為高溫和低溫之間形成的溫度梯度所產(chǎn)生的溫度應力導致的。要想減少溫度裂縫產(chǎn)生，我們要使混凝土內(nèi)部和表面之間的溫差減小，對于養(yǎng)護溫度的控制，不能一味的降溫，過低的表面溫度反而會加劇溫度裂縫的成型。為了保證混凝土內(nèi)外表面溫差降低，養(yǎng)護過程中可以采用一定的保溫措施，通過在混凝土構件表面覆蓋保溫材料（細土，鋸末，沙袋等），控制整個養(yǎng)護過程的溫差。

在養(yǎng)護的過程中，我們也要做到對大體積混凝土構件的溫度實時監(jiān)測。我們可以按照澆筑平面預先對大體積混凝土劃分測區(qū)，并預埋測溫線，對其內(nèi)部各個部位進行溫度實時檢測，以便及時采取措施控制溫度。從謝榮[2]《大體積混凝土溫度監(jiān)控的研究》一文中可以證實，溫度監(jiān)控可以使現(xiàn)場管理人員更及時的針對大體積混凝土構件溫度變化做出反應。從文中我們能發(fā)現(xiàn)，水泥在澆筑后1—5天的階段放熱最為劇烈，針對此階段，可以適當加快溫度檢測頻率。在觀察到溫度上升速度減緩后，溫度檢測的頻率可以適當放緩。

（二）通過提升抗裂性能抑制溫度裂縫

通過提升抗裂性能抑制溫度裂縫的措施主要分類三類：調(diào)節(jié)混凝土配合比，優(yōu)選原材料;優(yōu)化施工方法，采用新型工法工藝;增強后期維護，保護成品質量。

1.調(diào)節(jié)混凝土配合比，優(yōu)選原材料

適當調(diào)節(jié)混凝土配合比，并選用優(yōu)質的原材料可以明顯提升混凝土的抗裂性能。葉成杰等[3]在《大體積混凝土抗裂性能研究》一文中通過具體實驗得到，通過用等比粉煤灰替換水泥的方法可以合理改善混凝土的干縮性能，比例在30%-40%時效果較好。

此外，選用優(yōu)質的原材料也可以提高混凝土的抗裂性能，減少薄弱面。適當提高粗骨料的比例，降低含砂率可以提高混凝土早期抗裂性能，同時提升粗骨料的粒徑還可起到組織裂縫擴展的作用。

2.優(yōu)化施工方法，采用特別工法工藝

在大體積混凝土構件的澆筑過程中，我們可以采用分層分塊澆筑的方法。其目的在于讓混凝土的比表面積提升，擴大散熱面積，減小溫度應力，組織裂縫擴展。還可通過設置膨脹加強帶，增設加強鋼筋的方法達到提高混凝土抗裂性能的目的

3.強后期維護，保護成品質量

養(yǎng)護措施不論是對表觀質量的控制還是對終期強度的保證而言，都具有十分重要的意義。養(yǎng)護不合理，就容易出現(xiàn)裂縫這樣的質量問題。澆筑完成后，要注意混凝土表面的密實問題，并用塑料薄膜進行保護。針對大體積混凝土澆筑后的養(yǎng)護要求，要嚴格做到溫度和濕度的控制。炎熱天氣要注意灑水和遮陽，濕寒天氣要注意保溫，這樣既可以減小混凝土內(nèi)外溫差，還可以保障成品質量。

四、結語

大體積混凝土溫度裂縫的產(chǎn)生雖然不可避免，但我們?nèi)匀挥修k法抑制其產(chǎn)生。隨著大體積混凝土在施工中越來越常見，克服溫度裂縫這一難題對于施工擁有重要的意義。對于大體積混凝土的施工，我們要秉持著越發(fā)重視的態(tài)度，不斷在施工中嘗試新的方式方法，做到每一項技術要求，這樣方可提高施工質量，讓大體積混凝土施工技術運用的更加得心應手。

參考文獻

[1] 黃學輝， 鄭健， 馬保國. 外加劑對水泥凈漿水化熱的影響[J]. 武漢理工大學學報（01）：26-29.

[2] 解榮. 大體積混凝土溫度監(jiān)控的研究[D]. 長安大學， 2011.

[3] 葉成杰， 殷志祥， 高早亮. 大體積混凝土抗裂性能研究[J]. 四川建筑科學研究， 2010（2）：3.