浅议大体积混凝土温度裂缝的成因及控制方法

摘 要：随着我国经济的发展，工程建设规模的不断扩大，大体积混凝土在结构中的应用越来越广泛，施工中的大体积混凝土温度裂缝问题日显突出，并成为具有相当普遍性的问题。本文从大体积混凝土温度裂缝的成因出发，从两个方面分析了裂缝产生的原因，并针对裂缝产生的原因提出了相应的控制措施。

关键词：大体积混凝土 温度裂缝 成因 控制方法

一、引言

大体积混凝土结构在现代工程建设中有着广泛的应用，如各种形式的混凝土大坝、高层建筑的地下室混凝土底板以及很多大型设备的基础承台等都是用大体积混凝土浇筑而成的。对于大体积混凝土，由于体积大，水化热量与环境的热交换路径长，造成结构内温度分布极不均匀，严重时引起混凝土开裂。因此，对于大体积混凝土温度问题所引起的裂缝的研究具有重大的现实意义。

二、大体积混凝土温度裂缝的成因

结构物在实际使用中承受各种荷载，当结构的抗拉强度不足以抵抗荷载作用时，结构就可能出现裂缝。外荷载的直接应力和次应力、温度变化、缩胀以及不均匀沉降等都会产生裂缝。简单地说，大体积混凝土由温度引起的裂缝是一种由变形变化引起的裂缝。这种裂缝的起因是温度变化引起变形，当变形得不到满足才引起应力，且应力超过一定数值时就会使混凝土产生裂缝。其主要成因是:

1、温度及温度效应

混凝土结构物的温度分布是指某一时刻混凝土结构内部及表面各点的温度状态，当混凝土结构浇筑后，由于混凝土内部的水化热、外界的太阳辐射以及气温变化等因素的影响，混凝土结构内部会处于不同的温度状态。影响混凝土结构温度分布的因素主要有内部和外部两大类:

(1)外界条件的影响

自然环境中的混凝土结构物，受大气温度变化作用，而各种气象因素在一年四季、每天甚至每时每刻都在发生变化。混凝土结构中发生的温度变化，与结构的方位、表面朝向很有关系。结构的水平表面最高温度发生在中午太阳辐射最强烈时刻之后，同时在混凝土结构物的向阳面与背阳面间发生最大温差；垂直表面上的最高温度随表面朝向不同在不同时刻出现，同时发生壁厚方向的最大温差分布。

(2)内部条件的影响

混凝土的基本材料之--水泥，是一种在水化时会释放出大量热量的材料。水泥水化释放的水化热会引起混凝土浇筑块内部温度剧烈变化，是影响混凝土温度分布的主要内部因素。

2、大体积混凝土结构的约束

当结构产生相对变形时，结构之间、结构内部各质点之间都可能产生约束。约束可以分为“外约束”与“内约束”两大类。

(l)外约束

一个物体的变形可能受到其它物体的阻碍、一个结构的变形可能受到其他结构的限制，这种物体与物体之间、结构与结构之间的相互牵制作用称为“外约束”。如混凝土筏板热胀冷缩时受到桩、地基土等的阻碍即属于外约束。

(2)内约束

一个物体或构件本身各质点之间的相互牵制作用称为“内约束”。通常，在一个物体或构件的不同部位可能有不同的温度和收缩变形，例如一个混凝土筏板，其截面上各点的温度一般呈现非线性关系，从而产生非线性不均匀变形，使筏板内产生自约束及自约束应力。但是由于这种自约束应力是由非线性的不均匀变形引起的，所以只能使构件产生局部裂缝(表面或中部)。

三、控制方法

在大体积混凝土工程施工中，控制混凝土浇筑块体因水化热引起的温升、混凝土块体的内外温差及降温速度，是防止混凝土出现有害温度裂缝的关键。

1、设计阶段控制

（1）尽可能选用强度等级低的混凝土，充分利用后期强度

随着高层建筑和超高层建筑的不断出现，大体积混凝土的强度日益增大，出现C40--C50等高强混凝土，设计强度过高，水泥用量大，水化热量高。而高层建筑的建设周期长，在混凝土的早龄期，荷载远未达到设计荷载值，可以利用混凝土的60d或90d后期强度，这样可以减少混凝土中的水泥用量，以降低混凝土浇筑块体的温度升高。

（2）进行结构的温度应力分析和设计

在设计阶段考虑温度应力和设计荷载共同作用，对结构的温度场进行仿真分析，确定最高温度以及温差最大的位置，对温度应力和收缩力进行验算，为施工阶段进行有目的地控制提供理论依据，同时为合理进行分块分层浇筑混凝土提供指导。

（3）设置构造钢筋

大体积混凝土基础除应满足承载力和构造要求外，还应增配承受因水泥水化热引起的温度应力控制裂缝开展的钢筋，以构造钢筋来控制裂缝，配筋尽可能采用小直径、小间距。

（4）选择合理的结构形式和分缝分块

结构形式对温度应力以及裂缝的产生具有重要影响。特别是在寒冷地区，应尽量少用薄壁结构，因为薄壁结构对温度变化很敏感。浇筑块尺寸对温度应力也有重要影响，浇筑块越大，温度应力也越大，越容易产生裂缝。。

2、施工阶段控制

（1）合理选择原材料、优化混凝土配合比

按照混凝土设计强度要求合理选择原材料、优化混凝土配合比使混凝土的绝热温升较小、抗拉强度较大、极限拉伸变形能力较大、线膨胀系数较小。

（2）用分层连续浇筑或推移式连续浇筑混凝土

为了有效降低大体积混凝土的内外温差，在大体积混凝土施工过程中常采用分块浇筑。分块浇筑又可分为分层浇筑法和分段跳仓浇筑法两种。

（3）保温养护

混凝土浇筑完毕后，应及时按温控技术措施的要求进行保温养护，并应符合下列规定：①保温养护措施，应使混凝土浇筑块体的里外温差及降温速度满足温控指标的要求；②保温养护的持续时间应根据温度应力(包括混凝土收缩产生的应力)加以控制、确定，但不得少于15d，保温覆盖层的拆除应分层逐步进行；③在保温养护过程中，应保持混凝土表面的湿润。

（4）采用二次振捣技术，改善混凝土强度，提高抗裂性

当混凝土浇筑后即将凝固时，在适当的时间内再振捣，可以增加混凝土的密实度，减少内部微裂缝。但必须掌握好二次振捣的时间间隔(2h为宜)，否则会破坏混凝土内部结构，起到相反的结果。

参考文献：

[1]朱伯芳.大体积混凝土温度应力与温度控制[M].中国电力出版社，1999

[2]张献辉.大体积混凝土结构的抗裂可靠性[J].西安建筑科技大学学报，1999（3）

[3]李彤厚.大体积混凝土承台施工温度裂缝控制实例[J].建筑技术开发，2001（10）

作者简介：刘德军，济南工程职业技术学院教师，主攻方向：建设工程计量与计价！