大体积混凝土温度裂缝初探

文/苗战伟、罗凡 96786 部队 北京 100094

王静、李军 军事科学院国防工程研究院 北京 100094

在大体积混凝土施工过程中，因为水化热导致混凝土内外温差大，因而产生的温度应力使混凝土出现裂缝。大体积混凝土裂缝，不但会影响混凝土结构的使用时间，甚至会因为内部的裂缝导致结构破坏，造成严重的安全质量问题，因此，应采取措施解决大体积混凝土施工温度裂缝问题。

1、温度裂缝产生的原因

1.1 水泥水化过程的水化热

大体积混凝土中主要温度升高因素是水泥水化热。混凝土在硬结过程中，由于水化反应会产生大量的热量，从而导致混凝土温度升高。由于大体积混凝土主要特点即截面尺寸大，水化热聚集在结构内部不容易散发出去，所以会引起混凝土结构内部急骤升温。

1.2 外界气温的变化

在施工阶段，外界气温的变化对防止大体积混凝土开裂也有较大影响。外界气温愈高，混凝土的浇筑温度也需愈高；如果外界温度下降，又增加混凝土降温的幅度，特别是气温骤降，会大大加大混凝土内、外的温度梯度，因而会导致过大的温度应力，容易使大体积混凝土结构出现裂缝。

1.3 混凝土收缩

混凝上中含有大量空隙、粗孔及毛细孔，孔隙中存在水分，而水分的活动将影响到混凝土的一系列性质，这种由于“湿度变形”引起的收缩与裂缝的产生有很大关系。混凝土的收缩变形主要有自由收缩、塑性收缩、碳化收缩、干缩几种形式。

1.4 内外约束的影响

各种结构物在变形变化中，必然会受到一定的约束或抑制而阻碍变形，这就是指的约束条件。约束种类一般可概括为两类：即外约束和内约束（亦称自约束）。外约束指结构物的边界条件，一般指支座或其他外界因素对结构物变形的约束。内约束指较大断面的结构，由于内部非均匀的温度及收缩分布，各质点变形不均匀而产生的相互约束。具有大断面之结构，其变形还可能受到其他物体的宏观约束。大体积混凝土由于温度变化会产生变形，而这种变形又受到约束，便产生了应力，这就是温度变化引起的应力状态。而当应力超过某一数值，便引起裂缝。

2、温度裂缝的控制措施

基于以上原因，温度裂缝的控制，主要从控制自身水化热和调节外部因素着手采取适当措施。

2.1 降低水化热导致的内外温差

混凝土的绝热温升可按下式计算：

式中：T（t）——混凝土龄期为t 时的绝热温升（℃）；

W——每m3 混凝土的胶凝材料用量（kg/m3）；

C——混凝土的比热，一般为0.92～1.0〔kJ/（kg.℃）〕；

ρ——混凝土的重力密度，2400～2500（kg/m3）；

m——与水泥品种、浇筑温度等有关的系数，0.3～0.5（d-1）；

t——混凝土龄期（d）。

所以，混凝土绝热最高温度：

由上式可知，影响混凝土绝热温升的因素包括：水泥品种、水泥用量、混合材料品种、用量和浇筑温度。

2.2 控制外界气温影响，降低混凝土入模温度

控制砂石料温度，避免夏季太阳直晒，必要时用冷水或冰水搅拌混凝土；混凝土运输过程中避免日晒；同时，保证模内通风，加速模内热量散发。

2.3 加强施工中的温度控制

（1）合理预设测温探头和混凝土内外降温设施；（2）混凝土浇筑完成后，及时做好保温保湿养护；（3）加强测温控温，控制降温速率和混凝土内外温差，使降温速率和内外温差保持在合理范围内（低于25℃）。

2.4 改善约束条件

合理设置施工缝和后浇带，分层分块施工，减轻约束力，以放松约束条件并减少水化热的聚集。同时，合理安排施工顺序，避免出现过大高差。

3、××隧道大体积混凝土施工实例

××隧道断面面积542m2，毛洞跨度24.3m，高度20.2m，被复厚度2m，采用P8的C30 混凝土。本工程在合理选材、科学配比的基础上，对测温控温措施进行了重点研究应用。

3.1 测温措施

本工程采用电子测温仪进行测温，可直观、准确、快捷的数字显示被测温度，主机为便携式仪表，测温线为预埋式、由插头、导线和温度传感器制成，每支测温线可测一点温度。

3.1.1 测温流程布置测温点→确定测温点深度→选择合适的测温线→预埋测温线浇注混凝土→测温。

3.1.2 测温点布置

按照《大体积混凝土施工规范》（GB50496-2018）标准，根据实际情况，选择有代表性的部位，测点按平面分层布置，根据工程截面形状、厚度，在底板、侧墙的中心点、角点等代表性部位布设测温点。

3.2 冷却水管的埋设及控制

3.2.1 水管位置

根据混凝土内部温度分布特征布设冷却水管，冷却水管通常采用直径5Omm 的黑铁管，其水平间距依据温控计算确定，冷却水管进出水口集中布置，以利于统一管理。

3.2.2 冷却水管使用及其控制

（l）冷却水管使用前进行压水试验，防止管道漏水、阻水；冷却水管装好后不准在管上踩踏，防止接头部位损坏漏水；

（2）混凝土浇筑到各层冷却水管标高后开始通水，通水流量、流速应达到设使管内产生紊流，温峰过后即停止通水；

（3）为防止上层混凝土浇筑后下层混凝土温度的回升，下层混凝土采用二次通水冷却，通水时间根据测温结果确定；

（4）冷却水进水温度越低，与混凝土温差越大，冷却效果越好，但过大的温差会在冷却水管周围的混凝土中引起相当大的拉应力，所以通常将冷却水与混凝土之间的温差控制在20℃以内；

（5）如果始终保持同一流向，冷却结束后，出口端的混凝土温度将高于进口端的混凝土温度。为了使冷却结束时，混凝土温度尽量均匀，在冷却过程中，应不断改变水流方向。宜每半天改变一次水流方向，尽可能压低各个断面上的水化热温升；

（6）冷却通水结束后，采用同标号水泥浆或砂浆封堵冷却水管。为避免钢筋锈蚀，应保证冷却水管进出口割断处距混凝土表面大于7cm。

施工实践证明，以上措施的应用，很好地控制了混凝土内外温差，满足≤25`C 的规范要求，有效地防止了温度裂缝的发生，确保了大体积混凝土的施工质量。同时确定终止混凝土保温养护工作的安全温度，以便进行后续施工工作。