大体积混凝土温度裂缝控制技术研究

张 涛

(广东华路交通科技有限公司，广东广州 510000)

0 引言

混凝土结构出现裂缝是较为普遍的现象。混凝土由于其温度的变化而产生变形，这种温度变形受到混凝土内部和外部约束的影响，产生较大的应力，尤其是拉应力，是大体积混凝土结构产生温度裂缝的原因。温度应力引起的裂缝具有裂缝宽、上下贯通的特点，对结构的防水性能、承载能力以及工程耐久性等都会产生很大的影响，这也是降低结构的耐久性和结构稳定性的重要原因［2］。高强度大体积混凝土的裂缝控制一直都是一项国际性的技术难题。本文将对大体积混凝土温度裂纹的产生及控制进行研究。

1 影响大体积混凝土温度裂缝产生的因素

1.1 水泥的水化热反应

水泥的水化反应过程中会释放大量的热，根据研究普通硅酸盐水泥水化的热量大部分在3d～7 d内放出。混凝土是热的不良导体，结构内的热量不易发散，热量在混凝土结构内积聚，从而引起混凝土内部温度的持续上升，造成混凝土内部和结构表面较大的温度梯度，外部较冷的混凝土受到内部温度高的混凝土的约束，产生温度应力，从而在混凝土表面产生裂缝。

1.2 外部环境条件和混凝土入模温度

外部环境是影响控制大体积承台温度裂缝的重要因素，大气环境的温度、承台表面的大气流动、承台模板的材质等都会影响温度裂缝的出现。在大体积混凝土结构物的施工过程中，外界大气温度越高，混凝土的浇筑温度也就越高，从而导致浇筑后混凝土结构中心的温度也越高。如果在混凝土浇筑后，外界大气温度下降，从而造成混凝土结构内外较大的温差，形成较陡的温度梯度，在混凝土内产生温度应力，造成混凝土产生温度裂缝。所以，需要通过措施降低大体积内部和表面的温差，以减少温度裂缝，达到温度裂缝控制的目标。

1.3 混凝土的收缩与徐变

水泥在水化的过程中，混凝土会产生体积的变化，对于普通水泥混凝土，大多数属于收缩变形。混凝土中存在大量的空隙和孔隙，在这些空隙中存在大量的水，水泥水化反应只需要少量的水，而空隙中多余的水分被蒸发则会引起混凝土的体积的收缩。若是混凝土的收缩变形被约束，则会引起混凝土中的应力，从而引起混凝土的开裂。混凝土的收缩变形的机理较为复杂，且在很大的程度上具有可逆性，若混凝土收缩后再次处于水饱和的状态，则可以恢复膨胀并达到原来的体积。故干湿交替的环境则会引起混凝土体积的交替变化，对混凝土裂缝的控制很不利。

混凝土在长期持续应力的作用下，在应力不变的情况下，混凝土的应变会随时间而持续增长的特性称为徐变。混凝土的徐变和松弛也会对混凝土裂缝产生影响。

1.4 约束条件

混凝土的变形受到约束，是混凝土内产生应力及裂缝的原因。混凝土结构的约束可分为内约束和外约束，约束条件的强弱是影响混凝土内温度裂缝的重要因素。大体积混凝土结构的内约束是混凝土内部约束，一般是由于混凝土结构内部各个部分的温度不同，引起混凝土的变形量不同，由于材料的连续性引起混凝土产生的相互约束。而外约束一般是外界条件对大体积混凝土结构的约束，如地基对混凝土承台的约束等。在施工过程中，改善外界条件对大体积混凝土结构物的外部约束条件是减少大体积混凝土结构裂缝的有效方法之一。

2 大体积混凝土温度裂缝的控制

2.1 混凝土配合比及材料选择

合理的选择材料，选用大体积混凝土结构配合比使得混凝土具有较大的抗裂能力，是防止温度裂缝出现的有效措施。

2.1.1 水泥的选择

水泥的水化热的多少是影响混凝土温升的主要因素，在大体积混凝土中宜选用初期水化热较低的水泥。在保证设计条件的情况下应尽量减少混凝土中的水泥用量。

2.1.2 粗集料及细集料

级配好的粗集料的比面积小，空隙小。选用级配好的粗集料的混凝土其抗压强度高，用水量少，节约了水泥的用量，降低了混凝土的绝热温升。因此大体积混凝土应选用最大粒径的级配较好的粗集料。

混凝土的砂率是细骨料占骨料总量的百分数。砂率高则混凝土中的粗骨料较少，这对混凝土的抗裂性能是极为不利的。实验证明，砂率对混凝土拌合物的和易性有很大影响。当采用泵送混凝土时，如果混凝土的坍落度较低、混凝土中细骨料所占比例较低，则在混凝土浇筑时容易产生流动性不足，增加堵塞泵送管道的几率。所以，在保证混凝土泵送的流动性和坍落度的条件下应尽可能的降低混凝土的砂率。混凝土中的细骨料应优先选用中粗砂。低砂率的混凝土材料与高砂率的混凝土材料相比，在混凝土凝结初期具有更好的防裂性能，故采用较低砂率的混凝土材料可以有效的减少混凝土内温度裂缝的数量，减小裂缝的宽度。

2.1.3 掺用粉煤灰

混凝土中掺加一定量的粉煤灰，其不仅可以改善混凝土的和易性，还可以改善混凝土的干缩性和脆性，减少混凝土中的水泥的用量。在大体积混凝土中掺加粉煤灰可以有效的降低混凝土的水化热，且具有明显的经济效益［3］。但其掺量不宜过大，否则会出现混凝土早期强度过低，低温泌水率过大的问题。

2.1.4 掺用外加剂

泵送混凝土需要混凝土具有较高的坍落度和流动性，而坍落度和流动性较高的混凝土其抗裂性往往较差，故大体积混凝土结构物选用泵送混凝土应在满足最小坍落度要求的条件下尽可能降低水灰比。减水剂在混凝土保持配合比不变的情况下可以大幅度的提高混凝土的坍落度。大体积混凝土常用M型减水剂作为外加剂，其可以在保持混凝土抗压强度和坍落度不变的情况下，节约水泥用量，降低水化热，延长水化热的释放速度，对混凝土具有缓凝的作用，降低了大体积混凝土施工过程中出现温度裂缝的可能性。

在大体积混凝土中掺加膨胀剂，使得混凝土在凝结时产生膨胀，由于混凝土的内外约束，而在混凝土内产生压应力来抵消混凝土干缩和冷缩时产生的拉应力，从而在一定程度上防止了混凝土结构的开裂。

2.1.5 优化配合比

提高混凝土材料的抗裂性能，减少混凝土的绝热温升是大体积混凝土配合比优化的目的。对于泵送混凝土，在满足混凝土设计要求和泵送的坍落及流动性的条件下，最大程度的减小混凝土中水泥的用量，降低混凝土的砂率，控制混凝土中的含泥量是减少大体积混凝土结构物温度裂缝的有效措施。

2.2 大体积混凝土承台施工过程中的控制

2.2.1 合理选择施工工艺

大体积混凝土结构物体积过大时，为了避免热量积聚在结构内部，降低水化热，方便振捣混凝土，保证其浇筑质量，常采用分层或分段浇筑的方法。

2.2.2 控制混凝土浇筑温度

混凝土的浇筑温度越高，混凝土浇筑后内部所达到的最高温度也越高，则会造成大体积混凝土内部和表面的温差变大，使混凝土的表面开裂。降低混凝土的浇筑温度是在施工过程中控制混凝土温度裂缝的有效手段。影响混凝土浇筑温度的因素有:混凝土的出机温度、运输途中混凝土的温度变化、泵送过程中混凝土的温度升高等。降低砂石的温度是降低混凝土出机温度的有效方法，夏季施工可对砂石采用覆盖、避免阳光直射、用冷水冲淋等方式来降低砂石的温度。必要时还可用加冰水为拌合水来降低混凝土的出机温度。在运输的过程中可以采取在运输车的储藏罐上喷淋冰水，在泵送管道上覆盖草席淋洒冰水可以有效的降低混凝土在运输过程中的升温，保证混凝土的浇筑入模温度。

2.2.3 加强混凝土初期养护

大体积混凝土由于其本身温度控制的要求，降低了混凝土中水泥的用量，掺加具有缓凝效果的减水剂等使得大体积混凝土初期强度增长缓慢，其弹性模量的发展也相应的增长缓慢。如果初期养护措施不到位，则极易出现裂缝。对于大体积混凝土的初期养护，主要在于保温和保湿。混凝土内外温差所造成的温度梯度引起的应力是造成混凝土表面裂缝的主要原因之一，故在浇筑混凝土后应及时采取保温措施以降低结构物内外温差，减少混凝土表面的裂缝。混凝土的收缩也是混凝土表面产生细小裂缝的主要原因，为防止混凝土水分过快的散失产生干缩裂缝，避免混凝土结构外界环境的干湿交替，应在混凝土浇筑后，及时的采取保湿措施，防止干缩裂缝的出现。

2.3 大体积混凝土承台温度监控

利用管冷降低混凝土内部的温度是目前大体积混凝土现场温度控制的主要措施。其主要通过循环管道内的低温水进行热交换，来降低水化热引起的温度上升。在管冷的使用中，应采用较大的流量，使得冷却水在管内产生紊流，如果管内流量较小，冷却水在管内发生的是层流，则会降低冷却的效果。冷却水的温度越低，与周围混凝土的温差越大，则其冷却效果越好。但当冷却水与混凝土的温差过大，则会在水管周围的混凝土中产生较大的拉应力，故冷却水与混凝土的温度差不应过大，通常将冷却水与混凝土的温差控制在25℃以内。同时，应安排专人对承台混凝土的内外温度进行监控，以便及时的调整温控措施，控制混凝土的降温速率不宜过快。

3 结语

1)对于大体积混凝土结构，在混凝土浇筑的过程中，水泥的水化反应造成混凝土内部热量的积聚，混凝土由于其温度的变化而产生变形，这种温度变形受到混凝土内部和外部约束的影响，产生了较大的应力，尤其是拉应力，是大体积承台的温度裂缝产生的主要原因。温度裂缝对大体积混凝土结构的耐久性和安全性产生了不利的影响，对大体积混凝土的裂缝控制的研究是有必要的。

2)大体积混凝土裂缝产生的机理较为复杂，水泥水化的放热速率、外部环境和约束情况，混凝土的浇筑温度，混凝土的收缩和徐变的性能等都是影响大体积混凝土内部应力分布情况和温度裂缝产生的因素。

3)合理的选择混凝土的原材料，合理的设计混凝土的配合比，降低混凝土中的水泥用量，增强混凝土的抗裂性能，可以有效的避免大体积结构物温度裂缝的出现。

4)选择合理的分层和分块浇筑方式，控制混凝土的浇筑温度，加强混凝土浇筑后的养护，可以有效的减少大体积结构物温度裂缝的产生。

5)管冷降低混凝土内部的温度是目前大体积混凝土现场温度控制的主要措施。加强对大体积混凝土结构物的监控，及时的调整温控措施，可以有效的减少温度裂缝的出现。

［1］ 刘宏国.承台大体积混凝土施工裂缝的控制与研究［J］.科学之友，2011(3):97-98.

［2］ 过镇海，时旭东.钢筋混凝土原理和分析［M］.北京:清华大学出版社，2003.

［3］ 许文忠.大体积混凝土基础温度裂缝施工控制技术研究［D］.上海:同济大学硕士论文，2007.

［4］ 王顶堂.大体积混凝土早期裂缝控制及其技术应用研究［D］.合肥:合肥工业大学硕士学位论文，2008.

［5］ 梁 文.简析大体积混凝土裂缝的控制［J］.山西建筑，2011，37(3):91-92.

［6］ 徐 刚.大体积混凝土基础施工裂缝控制研究［D］.天津:天津大学工程硕士学位论文，2007.