大体积混凝土温度裂缝的原因及控制

薛飞

摘要：在房屋基础或水利设施的土建工程中，大体积混凝土的裂缝问题一直困扰着工程技术人员，在施工中往往由于受外界与自身温度变化的影响，出现各种形式的裂缝，严重影响建筑物的安全性能。本文针对大体积混凝土的施工条件，阐述大体积混凝土裂缝形成的主要原因，并提出预防措施，供广大同行参考。

关键词：温度裂缝;大体积混凝土;水化热;导热系数

引言

在一些大型建筑的基础施工及水利设施的坝体施工中，大体积混凝土的结构应用越来越广泛。但大体积混凝土的温度裂缝就成为了工程施工中最常见的一个质量问题。裂缝的形成不仅仅影响建筑物的外观质量，还会影响建筑物的结构安全。因此须从多方着手解决大体积混凝土的温度裂缝问题。

1大体积混凝土的结构特点及缺陷分析

大体积混凝土具有“体积大、拉伸变形小”的结构特点，其最小断面尺寸一般都大于1米以上。基于以上特点，大体积混凝土极易产生温度裂缝，主要有以下几个方面的因素：

（1）水泥水化热引起的内部温升及温度应力的影响。

水泥在水化过程会产生热量，大体积混凝土内部的热量就会在水化过程中因为很难释放到外界而热量聚积，温度升高。热量的释放程度与水泥的品种和混合比有关。一般混凝土的温升时间持续3～5天。由于混凝土的热导系数偏低，聚积的热量随着混凝土的凝结硬化，热量也在逐渐散失。因此，在降温过程中产生的体积收缩与混凝土的弹性量、抗拉强度之间的抗衡应力越来越强，从而产生温度应力裂缝。

（2）环境温度急剧变化对混凝土的影响。

在不同的季节施工时，当浇注混凝土的温度与外界气温的变化相差较大时，就会产生混凝土内部与外界的温度差异梯度，从而使大体积混凝土产生裂缝。

（3）混凝土失水收缩引起的变形影响。

混凝土在搅拌混合时，水、水泥、砂石的配比也会对混凝土的裂缝产生影响。尤其是在水分的散失过程中，混凝土块会发生干燥收缩，导致变形开裂。

（4）混凝土结构面积承受载荷的影响。 通常情况下，混凝土面积越大，在温度变化和混凝土收缩时，混凝土的强度与载荷作用的抵抗力就越大，越容易裂缝。因为，结构截面越大，水泥的用量就越多，水化热产生的温升就越高，散热也就越慢。随着温度的逐渐散失，热胀冷缩产生的表面应力超过混凝土的极限抗拉强度，就会在混凝土表面产生裂缝。

2控制措施

现以某水库坝体施工过程为例，探讨大体积混凝土温度裂缝的控制措施。

（1）控制混凝土的温升措施。根据混凝土的温升原理，在控制混凝土温升时，尽可能减少降温和水分蒸发产生的收缩，减小温度应力，以防止温升产生裂缝。

具体措施如下：

选择水泥品种时要优先考虑低水化热的水泥，减小水化热温升;混合配比时尽可能的在允许范围内选择大粒径的粗骨料，不仅可以减少水泥用量，也可减少收缩应力;

并在配料时添加活性外加剂，如粉煤灰、失水剂等，加速水分蒸发散失;控制混凝土的水灰比、塌落度、水泥含杂等指标，搅拌时可以加冰降温，或者人工方法控制出机温度和浇注温度，也可以在混凝土浇筑前预埋冷却水管，通过冷却水循环降低水化热温升，从而减小大体积混凝土的内外温差;限制浇注层厚度和最短的浇注间歇期。

本工程中混凝土及其原材料等控制参数为：采用C30混凝土P.S42.5矿渣硅酸盐水泥;配合比为（单位kg）=水159：水泥296：砂715：石子1256：粉煤灰67（每立方米混凝土质量比）;砂、石含水率分别为Ps2%、Pgl%;混凝土容重为2480kg/m3。材料的温度及环境气温控制：水Tw22℃，砂、石子Te、Ts21℃，水泥Tg26℃、粉煤灰Tf23℃，环境气温T021℃。

（2）混凝土结构设计的控制措施。

混凝土的结构设计因素包括：混凝土等级、水泥用量、混凝土截面、混凝土与钢筋（或钢架）的结构等。水泥强度越高，水泥的用量越大，水化热就越高。所以，在满足工程强度及标准技术要求的前提下，要尽可能选用强度等级低的混凝土，充分利用混凝土60天的后期强度。以此降低水泥用量，降低混凝土的温升，降低养护费用。另外，可以在配筋率、钢架结构设计方面合理布置结构截面设计，尽可能减小温度收缩的影响。

（3）混凝土结构收缩的控制措施。

混凝土在结构收缩过程中，会产生收缩裂缝，这与混凝土的密实度、与钢筋的握持力、强度等有关。可以通过浇筑时的二次振捣，提高混凝土的抗压强度;也可以采用二次投料的砂浆裹石或净浆裹石搅拌新工艺来提高混凝土的密实度。

（4）加强混凝土的养护措施。

为了消除大体积混凝土内外温差和环境温度变化造成的影响，应根据施工当地的气候条件合理确定浇水养护次数。一般要早晚各进行一次，覆盖保湿可以采取用草帘、麻片、密封薄膜、湿沙或锯末等材料覆盖，也可提高混凝土的表面抗裂能力。混凝土的养护时间至少要保持在两周以上，甚至更长。

（5）混凝土施工工艺控制措施。

混凝土施工中，除合理配比以外，还应严格控制施工工艺过程和相关技术标准。水泥的7天水化热应小于25kj/kg;粗骨料的选择要符合导热性好、膨胀系数小的要求，尽可能选用较大的粒径，细料选用细度模数高的中砂，可以降低用水量和水泥用量约25kg/m3左右，减少混凝土水分散失的影响，从而降低水泥水化热、混凝土温升和收缩。本工程中混凝土出机温度按公式Tl=TO-O.16 （TO-Ti）计算，T1=22.9℃。式中：Tl-出机温度（℃）;Ti-搅拌棚内温度（℃）。

（6）加强混凝土的温升测试监测措施。

大体积混凝土的裂缝控制，需要在施工中对混凝土绝热温升进行测试。具体可以根据水泥的用量、水化热、混凝土比热、混凝土密度来计算绝热温升。温升检测是保证混凝土浇注温度和浇筑后温升不超过规定值的主要控制参数。绝热温升Th=WO·QO/（C·p），式中：WO—每立方米混凝土中的水泥用量（kg/m3）;C—混凝土的比热容取0.97 （KJ/kg·k）;QO—每千克水泥的累积最终热量（KJ/kg）;p—混凝土的质量密度（kg/m3）。

在施工中实际温升Th=41.9℃，同时还要保证混凝土养護中温差不超过△T25℃。可以根据测量结果及时调整养护技术措施。

3效果及结论

通过采取上述技术措施和监测手段，该水库坝体大体积混凝土浇注质量良好，温度裂缝得到了有效控制。因此，大体积混凝土工程控制温度裂缝是一项综合性的技术工作，在现代化的建筑工程中已经成为施工质量控制的重要环节，不容忽视。