浅议大体积混凝土温度裂缝

李建中

鹤壁煤电股份有限公司化工分公司（458000）

混凝土是一种由砂石骨料、水泥、水及其他外加填料混合而成的非均质脆性材料。混凝土裂缝产生的原因很多，在实际工程中要根据实际情况区别对待。混凝土裂缝产生包括干缩裂缝、塑性收缩裂缝、沉陷裂缝、温度裂缝等。

大体积混凝土的裂缝主要是温度裂缝，他多发生在混凝土表面或温差变化较大地区的混凝土结构中。混凝土结构物的温度裂缝可分为微观裂缝和宏观裂缝。微观裂缝在混凝土结构中的分布是不规则，不贯通的，并且肉眼看不见。宏观裂缝是由微观裂缝扩展而来的。温度，作为一种变形作用，在混凝土结构中引起的裂缝有表面裂缝和贯穿裂缝两种。这两种裂缝在不同程度上都属于有害裂缝。由于高层建筑、高耸结构物和大型设备基础大量的出现，大体积混凝土也被广泛采用，大体积混凝土结构的温度裂缝日益成为建筑工程技术人员面临的技术难题。

1 大体积混凝土温度裂缝的成因

混凝土浇筑后，在硬化过程中，水泥水化产生大量的水化热和浇筑产生的热量，共同作用混凝土温度。由于大体积混凝土的体积较大，大量的水化热聚集在混凝土内部而不易散发，导致内部温度急剧上升，而混凝土表面散热较快，这样就形成内外的较大温差，使混凝土表面产生一定的拉应力。当拉应力超过混凝土的抗拉强度极限时，混凝土表面就会产生裂缝，这种裂缝多发生在混凝土施工中后期。

大体积钢筋混凝土结构中,由于结构截面大，体积大，水泥用量多，水泥水化所释放的水化热会产生较大的温度变化和收缩膨胀作用，由此引起的温度应力是导致钢筋混凝土产生裂缝的主要原因。这种裂缝的起因是温度变化引起的变形，当变形得不到满足时才会引起应力。

2 大体积混凝土温度裂缝控制及采取措施

在大体积混凝土工程施工中，由于水泥水化热引起混凝土浇筑内部温度和温度应力剧烈变化，从而导致混凝土发生裂缝。因此，控制混凝土浇筑块体因水化热引起的温升、混凝土浇筑块体的内外温差及降温速度，是防止混凝土出现有害的温度裂缝的关键问题。

我们将大体积混凝土温度裂缝的基本控制措施分为设计措施、施工措施和监测措施。随着材料科学的发展和施工技术的完善，现场大体积混凝土的施工积累了不少经验，如留永久性变形缝或伸缩缝、用蛇形冷却水管来降低大体积混凝土内部温度、采用液态氮降低混凝土入模温度以及使用微膨胀混凝土减缓干缩等等。总上所述，为防止裂缝、减轻温度应力，我们主要是从控制温度、提高混凝土抗拉强度、改善约束条件几个方面着手。

2.1 控制温度的措施

①采用减水剂、减少用水量及水泥用量；合理选择骨料粒径及级配、砂率，在保证混合物和易性的原则下尽可能减少用水量,以降低水泥用量；采用优质粉煤灰等活性掺和料取代水泥用量，改善混合物和易性，可减少用水量，提高混凝土结构的后期强度及耐久性；

②加冷却搅和水或用掺冰屑将碎石冷却以降低混凝土的浇筑温度；当混凝土体积特大或气温很高时，单靠冷却拌和水法满足不了要求，故还需与冷骨料配合使用。拌合混凝土时，用湿法、干法与真空气法进行预冷骨料；

③热天浇筑混凝土时减少浇筑厚度，利用浇筑层面散热，浇筑后及时洒水养护，以保持混凝土表面经常湿润；

④在混凝土中埋设钢管，混凝土硬化过程中向钢管内通入冷水，以降低核心部分混凝土温度；

⑤规定合理的拆模时间，气温骤降时进行表面保温，如∶用碘钨灯或其他加热装置加热表面，以免混凝土表面出现急剧的温度梯度；

⑥施工中长期暴露的混凝土浇筑块表面或薄壁结构，在寒冷季节采取保护措施。

2.2 提高混凝土极限抗拉强度

①选择良好级配的粗骨料，严格控制其含泥量不大于1.5%；

②加强混凝土的振捣，采用二次投料法及二次振捣法，加强早期养护，并在浇筑后及时排除表面积水,以提高混凝土湿度和早期龄期抗拉强度，减少收缩变形；

③在大体积混凝土内设置必要的温度配筋（采用小直径、密间距）。在应力集中处（如界面突变或转折处，底板（顶板）与墙转折处（孔洞转角及周边）增加斜向构造配筋，以防止混凝土出现裂缝。

2.3 改善约束条件的措施

①采取分层或分块浇注大体积混凝土，合理设置水平或垂直施工缝，或在适当的位置设置施工后浇带，以降低约束程度，并减少每次浇注长度的蓄热量，以防止水化热的集聚，减少温度应力；

②对大体积混凝土基础与岩石基地，或基础与厚大的混凝土垫层之间设置滑动层，例如采用平面浇沥青木丝板或聚苯乙烯泡沫塑料，以消除嵌固作用，释放约束应力；

③采用合理的平面和立面设计,避免截面突变，从而减小约束应力。

此外，改善混凝土的性能，提高抗裂能力，加强养护，防止表面干缩，特别是保证混凝土的质量对防止裂缝是十分重要，应特别注意避免产生贯穿裂缝，出现后要恢复其结构的整体性是十分困难的，因此施工中应以预防和避免贯穿性裂缝的发生为主。在混凝土的施工中，为了提高模板的周转率，往往要求新浇筑的混凝土尽早拆模。当混凝土温度高于气温时应适当考虑拆模时间，以免引起混凝土表面的早期裂缝。新浇筑早期拆模，在表面引起很大的拉应力，出现“温度冲击”现象。在混凝土浇筑初期，由于水化热的散发，表面引起相当大的拉应力，此时表面温度亦较气温高，此时拆除模板，表面温度骤降，必然引起温度梯度，从而在表面附加一拉应力，与水化热应力迭加，再加上混凝土干缩，表面的拉应力达到很大的数值，就有导致裂缝的危险,但如果在拆除模板后及时在表面覆盖一轻型保温材料，如泡沫海棉等，对于防止混凝土表面产生过大的拉应力，具有显著的效果。

从温度应力观点出发，保温应达到下述要求∶

①防止混凝土内外温度差及混凝土表面梯度，防止表面裂缝；

②防止混凝土超冷，应该尽量设法使混凝土的施工期最低温度不低于混凝土使用期的稳定温度；

③防止老混凝土过冷，以减少新老混凝土间的约束。

混凝土的早期养护，主要目的在于保持适宜的温湿条件，以达到两个方面的效果，一方面使混凝土免受不利温、湿度变形的侵袭，防止有害的冷缩和干缩。一方面使水泥水化作用顺利进行，以期达到设计的强度和抗裂能力。

适宜的温湿度条件是相互关联的。混凝上的保温措施常常也有保湿的效果。从理论上分析，新浇混凝土中所含水分完全可以满足水泥水化的要求而有余。但由于蒸发等原因常引起水分损失，从而推迟或防碍水泥的水化，表面混凝土最容易而且直接受到这种不利影响。因此混凝土浇筑后的最初几天是养护的关键时期，在施工中应切实重视起来。

3 结语

根据上述分析，大体积混凝土在三个阶段产生的温度应力均与内外部的温差有关，因此，有效的控制混凝土内外温差和提高混凝土极限抗拉强度，就成为了有效控制温度应力的关键。对此，《混凝土结构工程施工及验收规范》曾作了如下要求“大体积混凝上表面和内部温差应控制在设计要求的范围内，当设计无具体要求时，温差不宜超过25℃”，并对浇筑温度也作了“不宜超过28℃”的规定。对于大体积混凝土的温差控制一般从三方面着手∶①控制混凝土的绝对发热量；②采取有效措施降低混凝土内外温差；③改善周围的约束条件，改进配筋状况，减小裂缝宽度。只有在施工中采取以上行之有效的措施，才能控制裂缝的出现或发展，进而保证建筑物安全、稳定地工作。