大体积混凝土温度裂缝的成因及预防措施

陈汉清厦门中宸集团有限公司（361000）



大体积混凝土温度裂缝的成因及预防措施

陈汉清
厦门中宸集团有限公司（361000）

摘要:首先简要介绍了大体积混凝土温度裂缝产生的机理、预防措施，然后结合工程实例重点阐述了通水冷却温差控制措施并评价其效果，最后总结了大体积混凝土施工温度裂缝控制要点，希望能供业内同行参考。

关键词:大体积混凝土；水化热；温度应力；温度裂缝

1大体积混凝土温度裂缝产生的机理

大体积混凝土在施工过程中产生裂缝的原因有很多，包括表面收缩、内外温差、外部荷载、钢筋锈蚀等，其中，温度裂缝是大体积混凝土裂缝控制的重点，下面主要阐述温度裂缝产生的原因。

1.1水泥的水化热

大体积混凝土由于水泥水化时会放出大量的水化热，而混凝土自身体积较厚，表面直接和空气接触，散热条件较好，热量可以向大气中散发，表面温度上升较少。混凝土自身导热性较差，水泥水化热积聚在混凝土内部不易散发，温度会上升较多这样就会形成外低内高的温差，产生温度应力，若温度应力超过混凝土的抗拉强度，混凝土就会产生裂缝。

1.2内外约束条件

基础混凝土一般与地基整体浇筑在一起，当温度变化时，由于外部约束和内部约束的存在，混凝土不能自由变形。混凝土浇筑之后早期温度上升时，产生的膨胀变形受到地基土约束面产生压应力，此时混凝土的弹性模量很小，徐变和应力松弛却较大，与基层连接也不太牢固，从而压应力较小。混凝土表面温度下降较快，受温差产生的温度应力和内部约束的影响，混凝土表面会产生很大的拉应力。因此，混凝土内部热量积聚产生热膨胀，靠近中心产生压应力，远离中心产生拉应力，若产生的拉应力超过混凝土的抗拉强度，会出现垂直裂缝。当内外温差小于25℃，产生的裂缝几率较低[1-2]。因此，降低混凝土内外温差和改善约束条件，是防止混凝土产生裂缝的重要措施。

1.3外界气温引起的变化

混凝土在浇筑过程中产生的温度与外界气温的变化有着直接的关系，浇筑产生的温度同时也影响混凝土内部温度。文献[3]中提到：当大体积混凝土的浇筑温度升高时，水泥的水化速度加快，混凝土内部最高温度出现时间提前。如果外界气温下降，特别是气温骤降，会加大混凝土的温度梯度，致使温度应力增大。此时，混凝土内部产生压应力，外部产生拉应力，当拉应力超过混凝土抗拉强度时，混凝土的表面就会出现裂缝。

2大体积混凝土温度裂缝的预防措施

2.1科学选用材料，适当使用外加剂

1）科学选用水泥

优先选择中低水化热硅酸盐水泥或低水化热矿渣硅酸盐水泥，如复合水泥、矿渣硅酸盐水泥、粉煤灰水泥、火山灰质硅酸盐水泥等优质水泥，有利于降低混凝土温度梯度。水泥水化热的指标应满足: 3 d的水化热不宜大于240 kJ/kg，7 d的水化热不宜大于270 kJ/kg[4]。

2）骨料控制

细骨料宜采用细度模数大于2.3的中砂,含泥量不应大于3%。粗骨料宜选用连续级配，粒径5～31.5 mm，含泥量不应大于1%。一方面应尽量使用高强度骨料，另一方面砂率和坍落度应尽量选用较小数值，以减小孔隙率，避免裂缝产生。

3）掺合料与外加剂

第一，可适当的在混凝土中加入能降低水化热的粉煤灰，粉煤灰除了能改善混凝土性能外，还能减少水泥用量，节省成本。第二，添加UEA。在水泥硬化过程中，UEA能补偿冷缩与干缩，从而降低裂缝发生的可能性。

2.2降温处理

在混凝土内部预埋水管，当大体积混凝土浇筑后，通过冷水进出，可有效降低混凝土内部温度。冷却水管通常采用钢管、铝管、聚乙烯塑料管等比较耐热耐腐蚀的材料。施工单位应结合实际条件，选择合适的降温水管。在混凝土浇筑之前，为了防止出现意外情况，先进行通水试压，管道显示密闭良好，通水顺畅，再进行下一步工序。大体积混凝土对温度很敏感，混凝土浇筑之后要密切关注混凝土温度变化情况，将混凝土实际温度控制在合理范围之内。冷却水在混凝土浇筑至水管高程后立即循环，混凝土内外温差控制在25℃内，水温3～4 h监测一次，测量进、出水口温度，一般出水口温度较进水口温度高5～6℃，应持续到浇筑完7 d以后。指派专业技术人员，设置温度检测点，做好标记方便以后使用，收集混凝土温度变化数据，将检测的数据绘制成温度变化曲线进行对比，以便采取有效措施，降低或保护混凝土温度。冷却完毕后，冷却管压入同强度的水泥浆，水泥浆中加入微膨胀剂。

2.3加强养护

混凝土二次抹平之后，应及时养护并覆盖毛毯及塑料薄膜保温，防止水分过分蒸发，造成表面裂缝。将混凝土每天降温速率控制在2.0℃/d范围内，混凝土浇筑体表面与大气温差不宜大于20℃，保湿养护的持续时间不得少于14 d。墙、电梯基坑等位置，安装竖向模板保持混凝土形状，成形7天以后拆模，注意检查整个混凝土成形的情况，查看是否有裂缝和歪斜情况出现。

3工程案例

3.1工程概况

城建大厦工程位于厦门市海沧区南海三路南侧。地下2层，地上25层，建筑高度99.9 m。主楼采用筏板基础，尺寸46.3 m×36.4 m，厚度为2.2 m，采用密实级配抗渗防水混凝土C35，抗渗等级P8。经过测算得出，混凝土浇筑总量约3 900 m3，属大体积混凝土类型，必须一直连续浇筑。本工程大体积混凝土内部采用预埋冷却水管进行循环通水降温，表面采用覆盖毛毯进行保温。

3.2冷却水管与测温管布置

3.2.1冷却水管布置

循环冷却水管采用DN50的镀锌钢管，分上、中、下三层错开布置，每层对称布设，采用中间注入冷却水的方式，缩短冷却水循环路径，提高冷却效果，有利于减小内外温差。冷却水管水平间距为2 500 mm，垂直间距为600 mm，距混凝土上、下表面各为500 mm，距离混凝土侧面为1 000 mm。循环冷却水共设置6个独立循环系统,分别是上部、中部和下部以及电梯井上部、中部和下部。混凝土浇至冷却水管高程后立即通水循环，及时带走混凝土内部产生的热量，避免产生较大的温差。

3.2.2测温管布置

测温管采用DN20镀锌钢管。为准确掌握大体积内部混凝土温度变化,本工程共对称布设80组间距为5 m的测温点，每组测温点包括上、中、下三个测点，上、下测点各距板面100 mm。

3.3循环冷却、测温管理

3.3.1循环冷却

当混凝土浇至冷却水管高程时，立即通水冷却，控制进水口流量并随时监测进、出口水温差。当进、出口水温差超过10℃时，应立即采取措施加大进口水流速和流量，将温差控制在10℃以内，提高冷却水吸收混凝土水化热的能力，避免混凝土内部升温过高，造成内外温差超过规范要求而产生温差裂缝。

3.3.2测温管理

采用电子测温仪，直接读出各测温点的实际温度。在浇筑后3～4 d内混凝土水化热最大，因此在混凝土浇注5 d之内，每2～4 h测一次，以后6～15 d内每4～8 h测一次，并作好测温记录。室外温度及周围环境温度,每昼夜至少定时定点测量4次，并把测温记录及时反馈给技术人员，以便及时发现问题并采取相应的技术措施。当观测每一个测点时，对环境温度与对应测点处的实际温度进行详细记录，及时整理日报表，绘制温度变化曲线。同时，还应该充分了解温度变化的具体情况，按照现场温差的实际数据采取相关的措施，如发现混凝土内外温差大于25℃，应立即采取有效措施，增加表面保温层厚度和加大循环水的流速等。

3.4温度曲线及分析

3.4.1温度变化与极值

表1最高温度及其出现时刻汇总

根据每组测温点的测温记录，可以绘制出温度随时间的变化曲线。本工程筏板基础具有对称性,因此选取4组具有代表性测温点进行分析，分别是1、15、19、36四组基本成对角线的测温点，每组测温点混凝土上部、中部和底部的温度随时间的变化关系如图1～4所示，最高温度及其出现时刻汇总见表1。

由图1～4可以看出，同一组测温点处筏板混凝土底部和中部的温度明显高于上部的温度，其主要原因为混凝土上表面与环境空气间热传导对混凝土温度影响较大。本工程大体积混凝土施工前在底板所做的防水层、保护层显著降低了筏板底板向下的热传导率，因此造成底部温度较高。混凝土内部最高温度出现在浇筑后72～96 h,也就是3～4 d,这与参考文献[3]中提到的混凝土内部最高温度出现在浇筑后3～4 d相符。

图1测点1温度变化曲线

图2测点15温度变化曲线

图3测点19温度变化曲线

图4测点36温度变化曲线

3.4.2混凝土表面与大气温差

通过测点1、15筏板上部混凝土温度与毛毯下温度曲线（见图5～6）的对比可以看出，12月厦门市平均气温12～19℃，毛毯下温度低于混凝土上部温度，所有温差最大不超过20℃，满足大体积混凝土施工规范的要求[4]。

图5测点1上部温度与毛毯温度对比

图6测点15上部温度与毛毯温度对比

3.4.3混凝土内部温度变化率

图7、8分别给出了测点1、15处筏板大体积混凝土的温度变化随时间的变化。从图中可以看出，在浇筑完成24 h内，混凝土内部温度变化率较大，之后趋于平稳。内部温度约在浇筑完成86 h后达到峰值，然后开始降温，降温速率均小于2℃/h。在混凝土外表面加强保湿和保温措施，能使温度下降速率控制在2℃/d，满足大体积混凝土施工规范要求[4]。

图7测点1温度变化率曲线

图8测点15温度变化率曲线

4结语

大体积混凝土结构在施工时应对混凝土的材料选择、温度和养护等方面进行控制，大体积混凝土的施工质量除了必须满足强度、耐久性、防水性等要求外，主要应对温度变化和收缩引起的裂缝进行预防和控制。本文根据大体积混凝土的实际特点,总结了温度裂缝形成的原因和常用的预防措施，结合工程实例对通水冷却等温差控制措施进行了详细介绍,并根据实测的温度曲线分析了其降温效果。结果表明，这些措施可以有效地控制大体积混凝土在施工过程中产生的裂缝，并且应在大体积混凝土施工过程中对温度进行实时监控，及时掌握温度变化情况，并采取相应的措施。

参考文献:

[1]谭维祖.混凝土收缩、开裂及其评价与防治[J].混凝土, 2001.

[2]朱伯芳.大体积混凝土温度应力与温度控制[M].北京:中国电力出版社.

[3]浇筑温度对大体积混凝土温度应力的影响[J].长安大学学报（自然科学版）,2011（09）.

[4] GB 50496- 2009,大体积混凝土施工规范[S].中华人民共和国国家标准.