大體積混凝土溫度裂縫的原因及控制

薛飛

摘要：在房屋基礎(chǔ)或水利設(shè)施的土建工程中，大體積混凝土的裂縫問題一直困擾著工程技術(shù)人員，在施工中往往由于受外界與自身溫度變化的影響，出現(xiàn)各種形式的裂縫，嚴(yán)重影響建筑物的安全性能。本文針對(duì)大體積混凝土的施工條件，闡述大體積混凝土裂縫形成的主要原因，并提出預(yù)防措施，供廣大同行參考。

關(guān)鍵詞：溫度裂縫;大體積混凝土;水化熱;導(dǎo)熱系數(shù)

引言

在一些大型建筑的基礎(chǔ)施工及水利設(shè)施的壩體施工中，大體積混凝土的結(jié)構(gòu)應(yīng)用越來越廣泛。但大體積混凝土的溫度裂縫就成為了工程施工中最常見的一個(gè)質(zhì)量問題。裂縫的形成不僅僅影響建筑物的外觀質(zhì)量，還會(huì)影響建筑物的結(jié)構(gòu)安全。因此須從多方著手解決大體積混凝土的溫度裂縫問題。

1大體積混凝土的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及缺陷分析

大體積混凝土具有“體積大、拉伸變形小”的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，其最小斷面尺寸一般都大于1米以上?；谝陨咸攸c(diǎn)，大體積混凝土極易產(chǎn)生溫度裂縫，主要有以下幾個(gè)方面的因素：

（1）水泥水化熱引起的內(nèi)部溫升及溫度應(yīng)力的影響。

水泥在水化過程會(huì)產(chǎn)生熱量，大體積混凝土內(nèi)部的熱量就會(huì)在水化過程中因?yàn)楹茈y釋放到外界而熱量聚積，溫度升高。熱量的釋放程度與水泥的品種和混合比有關(guān)。一般混凝土的溫升時(shí)間持續(xù)3～5天。由于混凝土的熱導(dǎo)系數(shù)偏低，聚積的熱量隨著混凝土的凝結(jié)硬化，熱量也在逐漸散失。因此，在降溫過程中產(chǎn)生的體積收縮與混凝土的彈性量、抗拉強(qiáng)度之間的抗衡應(yīng)力越來越強(qiáng)，從而產(chǎn)生溫度應(yīng)力裂縫。

（2）環(huán)境溫度急劇變化對(duì)混凝土的影響。

在不同的季節(jié)施工時(shí)，當(dāng)澆注混凝土的溫度與外界氣溫的變化相差較大時(shí)，就會(huì)產(chǎn)生混凝土內(nèi)部與外界的溫度差異梯度，從而使大體積混凝土產(chǎn)生裂縫。

（3）混凝土失水收縮引起的變形影響。

混凝土在攪拌混合時(shí)，水、水泥、砂石的配比也會(huì)對(duì)混凝土的裂縫產(chǎn)生影響。尤其是在水分的散失過程中，混凝土塊會(huì)發(fā)生干燥收縮，導(dǎo)致變形開裂。

（4）混凝土結(jié)構(gòu)面積承受載荷的影響。 通常情況下，混凝土面積越大，在溫度變化和混凝土收縮時(shí)，混凝土的強(qiáng)度與載荷作用的抵抗力就越大，越容易裂縫。因?yàn)?，結(jié)構(gòu)截面越大，水泥的用量就越多，水化熱產(chǎn)生的溫升就越高，散熱也就越慢。隨著溫度的逐漸散失，熱脹冷縮產(chǎn)生的表面應(yīng)力超過混凝土的極限抗拉強(qiáng)度，就會(huì)在混凝土表面產(chǎn)生裂縫。

2控制措施

現(xiàn)以某水庫壩體施工過程為例，探討大體積混凝土溫度裂縫的控制措施。

（1）控制混凝土的溫升措施。根據(jù)混凝土的溫升原理，在控制混凝土溫升時(shí)，盡可能減少降溫和水分蒸發(fā)產(chǎn)生的收縮，減小溫度應(yīng)力，以防止溫升產(chǎn)生裂縫。

具體措施如下：

選擇水泥品種時(shí)要優(yōu)先考慮低水化熱的水泥，減小水化熱溫升;混合配比時(shí)盡可能的在允許范圍內(nèi)選擇大粒徑的粗骨料，不僅可以減少水泥用量，也可減少收縮應(yīng)力;

并在配料時(shí)添加活性外加劑，如粉煤灰、失水劑等，加速水分蒸發(fā)散失;控制混凝土的水灰比、塌落度、水泥含雜等指標(biāo)，攪拌時(shí)可以加冰降溫，或者人工方法控制出機(jī)溫度和澆注溫度，也可以在混凝土澆筑前預(yù)埋冷卻水管，通過冷卻水循環(huán)降低水化熱溫升，從而減小大體積混凝土的內(nèi)外溫差;限制澆注層厚度和最短的澆注間歇期。

本工程中混凝土及其原材料等控制參數(shù)為：采用C30混凝土P.S42.5礦渣硅酸鹽水泥;配合比為（單位kg）=水159：水泥296：砂715：石子1256：粉煤灰67（每立方米混凝土質(zhì)量比）;砂、石含水率分別為Ps2%、Pgl%;混凝土容重為2480kg/m3。材料的溫度及環(huán)境氣溫控制：水Tw22℃，砂、石子Te、Ts21℃，水泥Tg26℃、粉煤灰Tf23℃，環(huán)境氣溫T021℃。

（2）混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的控制措施。

混凝土的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)因素包括：混凝土等級(jí)、水泥用量、混凝土截面、混凝土與鋼筋（或鋼架）的結(jié)構(gòu)等。水泥強(qiáng)度越高，水泥的用量越大，水化熱就越高。所以，在滿足工程強(qiáng)度及標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)要求的前提下，要盡可能選用強(qiáng)度等級(jí)低的混凝土，充分利用混凝土60天的后期強(qiáng)度。以此降低水泥用量，降低混凝土的溫升，降低養(yǎng)護(hù)費(fèi)用。另外，可以在配筋率、鋼架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方面合理布置結(jié)構(gòu)截面設(shè)計(jì)，盡可能減小溫度收縮的影響。

（3）混凝土結(jié)構(gòu)收縮的控制措施。

混凝土在結(jié)構(gòu)收縮過程中，會(huì)產(chǎn)生收縮裂縫，這與混凝土的密實(shí)度、與鋼筋的握持力、強(qiáng)度等有關(guān)。可以通過澆筑時(shí)的二次振搗，提高混凝土的抗壓強(qiáng)度;也可以采用二次投料的砂漿裹石或凈漿裹石攪拌新工藝來提高混凝土的密實(shí)度。

（4）加強(qiáng)混凝土的養(yǎng)護(hù)措施。

為了消除大體積混凝土內(nèi)外溫差和環(huán)境溫度變化造成的影響，應(yīng)根據(jù)施工當(dāng)?shù)氐臍夂驐l件合理確定澆水養(yǎng)護(hù)次數(shù)。一般要早晚各進(jìn)行一次，覆蓋保濕可以采取用草簾、麻片、密封薄膜、濕沙或鋸末等材料覆蓋，也可提高混凝土的表面抗裂能力?；炷恋酿B(yǎng)護(hù)時(shí)間至少要保持在兩周以上，甚至更長(zhǎng)。

（5）混凝土施工工藝控制措施。

混凝土施工中，除合理配比以外，還應(yīng)嚴(yán)格控制施工工藝過程和相關(guān)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。水泥的7天水化熱應(yīng)小于25kj/kg;粗骨料的選擇要符合導(dǎo)熱性好、膨脹系數(shù)小的要求，盡可能選用較大的粒徑，細(xì)料選用細(xì)度模數(shù)高的中砂，可以降低用水量和水泥用量約25kg/m3左右，減少混凝土水分散失的影響，從而降低水泥水化熱、混凝土溫升和收縮。本工程中混凝土出機(jī)溫度按公式Tl=TO-O.16 （TO-Ti）計(jì)算，T1=22.9℃。式中：Tl-出機(jī)溫度（℃）;Ti-攪拌棚內(nèi)溫度（℃）。

（6）加強(qiáng)混凝土的溫升測(cè)試監(jiān)測(cè)措施。

大體積混凝土的裂縫控制，需要在施工中對(duì)混凝土絕熱溫升進(jìn)行測(cè)試。具體可以根據(jù)水泥的用量、水化熱、混凝土比熱、混凝土密度來計(jì)算絕熱溫升。溫升檢測(cè)是保證混凝土澆注溫度和澆筑后溫升不超過規(guī)定值的主要控制參數(shù)。絕熱溫升Th=WO·QO/（C·p），式中：WO—每立方米混凝土中的水泥用量（kg/m3）;C—混凝土的比熱容取0.97 （KJ/kg·k）;QO—每千克水泥的累積最終熱量（KJ/kg）;p—混凝土的質(zhì)量密度（kg/m3）。

在施工中實(shí)際溫升Th=41.9℃，同時(shí)還要保證混凝土養(yǎng)護(hù)中溫差不超過△T25℃。可以根據(jù)測(cè)量結(jié)果及時(shí)調(diào)整養(yǎng)護(hù)技術(shù)措施。

3效果及結(jié)論

通過采取上述技術(shù)措施和監(jiān)測(cè)手段，該水庫壩體大體積混凝土澆注質(zhì)量良好，溫度裂縫得到了有效控制。因此，大體積混凝土工程控制溫度裂縫是一項(xiàng)綜合性的技術(shù)工作，在現(xiàn)代化的建筑工程中已經(jīng)成為施工質(zhì)量控制的重要環(huán)節(jié)，不容忽視。