大体积混凝土施工温度裂缝控制研究及进展

2019-02-17邰俊凯

四川水泥 2019年6期

邰俊凯

（中煤中原(天津)建设监理咨询有限公司，天津 300120）

随着建筑市场的不断升温，对大体积混凝土的需求也逐渐增加了。但是温度裂缝问题，一直是困扰大体积混凝土浇筑的一个难题。包括美国的剑石大坝、前苏联的托克托古尔水电站、和中国的三峡大坝这些世界瞩目的大型建筑工程，在施工中都遇到了类似的问题，所以说温度裂缝问题成了世界性的大体积混凝土浇筑的通病。当混凝土内部和表面的温度有一定温差的时候，就会产生一种张力这种力量达到一定程度就会使混凝土表面出现裂纹这就是温度裂缝，国内外学者都为此进行了大量的研究，本文将总结国内外的研究成果并加入自己的观点进行分析。

1 大体积混凝土

1.1 国外对于大体积混凝土的定义

日本的建筑会社提出横截面积在80cm以上，混凝土内外温差由于水化热引起的超过25°的叫做大体积混凝土，美国混凝土协会没有给一个具体的定义，他们是这样说的：这种混凝土体积要大到不采取措施就会因为水化热而产生裂缝。前苏联对大体积混凝土的描述基本和美国一样，还有一些发达国家也都解释了大体积混凝土的开裂现象。

1.2 国内对大体积混凝土的定义

现在国内对大体积混凝土给出了规范的定义，相对应的规范是《大体积混凝土施工规范》、《普通混凝土配合比设计规范》，这两个规范的描述不是一样的前者这样写道：“混凝土结构物实体最小几何尺寸不小于1m的大体积混凝土，或预计会因混凝土材料水化引起的温度变化和收缩而导致有害裂缝产生的混凝土”，后者则定义为：“体积较大的、可能由胶凝材料水化引起的温度变化和收缩而导致有害裂缝产生的混凝土”现在第一种描述被大家所接受，还有一些专家提出了自己的看法。有的专家说：“在工民建中一些现浇的连续墙式结构、地下的大型建筑物、和设备的基础容易由热胀冷缩引起裂缝的结构，都叫做大体积混凝土”这个结论类似于美国的说法。

如果把国内外大体积混凝土的文献加以对比可以看到，现在国内国际都没有对大体积混凝土给出一个准确的定义，这些对这个概念进行了解释的也只是描述了一下它的状态，比如说尺寸大于1m的是大体积混凝土，有的尺寸小于1m也出现了裂缝，那么是不是大体积混凝土呢？对于这个概念要定量、定性的加以分析。

2 研究发展历史

2.1 国外大体积混凝土的发展历程

在水利工程修建混凝土水坝的时候产生了大体积混凝土，然后随着应用的推广就发展到修桥、筑路、土木工程等方方面面中去了，美国从很早以前就开始研究大体积混凝土，美国的一座大坝在施工中发现了很多的大体积混凝土裂缝，大量的学者开始研究这一现象。科学家看到混凝土内部的温度是来自水泥水化热所产生的，然后美国再建大坝的时候就采用了低温水泥，希望可以降低水化热，美国在建造 Hoove大坝时候减少了很多水泥量后来证明了这一做法可以减少裂纹，这时候美国就开始全面研究大体积水泥，提出了很多方法，其中有预埋倒流水管来降温这样的装置，后来美国建立了一个比较大型的混凝土控制开裂的体系。前苏联也出台了一套办法来控制裂纹，这些措施到现在还在使用。现在的国际上没有多少研究大体积水泥的专家，日本有个学者提出用高炉矿渣水泥来让混凝土内的水化热得到控制。他的实验也宣告成功，表明高炉矿渣水泥可以防止裂纹。韩国的学者也不甘落后，研究出了一套自动温控设施在实践中用了之后也能起到一定作用。美国的学者通过实验和实地踏查，研究出了办法可以用有限元方法来预测大体积内幕温度。

2.2 国内大体积混凝土的发展历程

以前我国大型建筑工程不多，所以很少用到大体积混凝土在这方面的研究也比较晚。1950年朱博芳为首的专家才开始研究大体积裂缝，1958年在丹江口水库工程中就发现了大量裂缝，然后就经过了多年的研究终于初见成效，为三峡大坝的顺利建成积累了宝贵经验。

在大工程水电站大坝，这些比较大的枢纽工程中就会用到大型混凝土材料。对这些大型混凝土的研究很多，但是对于老百姓用的一般小工程用的大体积混凝土，却少有问津那么对这一块也就没什么经验可谈了。专家们研究了大体积混凝土的膨胀剂还有的分析了膨胀剂在混凝土中的使用方法。

3 施工温度裂缝控制方法

现在对于大体积混凝土控制裂缝有很多妙招，其中有比较简单的覆盖法，还有预埋管线降温，还有循环水控制温度等，这些办法都有自己的特点，可以再具体的工程里面进行应用。

3.1 保温材料覆盖法

这个方法其实计较简单，就是采用一些建中比较常见的材料，要是找不到的话就去买个汽车苫布，给大体积混凝土覆盖起来，保温材料也很多要比较谨慎的选择。在体积不是很大的大体积混凝土，可以用这个方法。但是这个办法效果不是很好，还会产生环境污染以后采用绿色环保的材料就可以避免这样了。现在国内西安理工大学对这个方法进行了研究。

3.2 预埋冷却水管法

这个方法是在大体积混凝土还没有板结的时候，在其内部安装上通水的水管，然后进行防水降温这个方法降温比较明显，现在很多工程都会采用这种方法来降温。这个方法的不妥之处在于，它的造价比较高预埋的管线基本上都是钢管，具体施工也比较复杂，由于增加了预埋管线的过程就会增加施工量也就延误了工期，如果管线漏水就会使混凝土产生质量问题，影响他的使用寿命和安全系数，所以这种方法的缺点也不少。

3.3 相变材料（PCM）控制法

科技进步带动新型材料的出现，现在外国的学者开始研究用一些材料来给大体积混凝土降降温。外国学者对相变材料产生了兴趣，这些相变材料是：石蜡、石墨、硅酸等很多材料，他们在温度高于相变点时吸收热量，当温度下降时又会释放热量，学者们研究利用这种特点为大体积混凝土服务，也就是说它们这种随着温度的变化开始释放热量和吸收热量的变化，要被大体积混凝土抓住他的这个特点来做文章，因为大体积混凝土就是受到温度的困扰，所以所有和温度有关的话题都是我们所关心的。有学者研究到变相材料可以降低大体积混凝土的内部温度，还可以控制大体混凝土升温的节奏，然后就可以避免出现裂缝了。学者对单一变相材料、复合变相材料的控制温度性能和材料性能进行了分析。通过研究确认了变相材料确实解决了裂缝问题。韩国的专家研究了 7种不一样类型的无极相变材料，对大体积混凝土水热化的影响，他的研究表明由于变相材料的储能特点，可已应用到很多方面现在用到变相技术来控制大体积混凝土的水化热，现在这种技术还不成熟，现在是摸着石头过河阶段。

3.4 循环蓄水控制法

这种方法是针对大体积混凝土的工程的基础底层温度裂缝控制，比如一个水槽降温可以将循环水引进来，调节水的温度然后把水引导基础底板混凝土进行表面降温，经过实践得到答案，循环水系统可以计较有效的进行降温。基础底部混凝土由于保温作用温度下降缓慢，混凝土中心的水化热现象得到了控制。

3.5 大体积混凝土配合比控制

大体积混凝土开裂的原因比较复杂，因为配合比掌握不好出现裂缝占比很大，通过实践经验和多次优化试验得出了比较理想的大体积混凝土配合比例，在配比中水泥的含量不要太大，粉煤灰和砂石也要合理控制。其中水灰的比例要控制在很小的范围内其占比只在0.4左右；砂的用量在35%左右；搅拌用的水一立方米要用175公斤；混凝土的初凝时间在12小时以上；还要掺入一级粉煤灰和一些矿粉；碱的含量不要大于每立方米 3公斤。混凝土的开裂和配合比有直接原因，这个配合比也不一定是绝对的只有一定的指导意义，在混凝土浇筑中要根据材料的指标和性能特点，进行具体的试验才可以得到适合这次浇筑的准确的配合比。