大体积混凝土温度裂缝控制与预防

宋尔斯

中国铁建大桥工程局集团有限公司 天津 300000

1 概述

齐齐哈尔科技研发中心，主楼筏板部分面积2200㎡，筏板厚2m。在进行大体积混凝土施工的过程中，遇到的一个主要问题就是温度裂缝。大体积混凝土由于其体积较大，混凝土的聚集会产生会很大的水化热，混凝土的内部和外部存在散热不均匀的情况，在大体积混凝土的内部出现的温度应力一般较大。因此，在大体积混凝土施工过程中，通过合理的监控温度，可以有效的控制和预防温度裂缝的出现。本文仅针对大体积混凝土施工中出现温度裂缝的原因和一些处理措施进行了阐述。

2 裂缝产生原因

在大体积混凝土施工过程中出现温度裂缝的主要原因包括：混凝土温度的变化、混凝土湿度的变化、混凝土的脆性和混凝土的不均匀性等。随着混凝土逐渐硬化，水泥会随之释放出较多的水化热，这时混凝土内部的温度就会明显升高，在大体积混凝土的表面就会形成一种拉应力。在温度不断降低的过程中，受基础混凝土的制约，在大体积混凝土内部也会出现这种拉应力。随着外界气温的下降，在大体积混凝土表面也会产生较大的拉应力。当这两个来自于大体积混凝土内部与外部的拉应力超出混凝土自身的抗裂能力时，便会产生温度裂缝[1]。

温度应力的分析

大致可以将温度应力的形成划分为三个不同的阶段：

早期：从实施混凝土浇筑到水泥完成放热，通常需要一个月左右的实践。在温度应力形成的早期阶段，其通常具有两个特点，其一，水泥会释放出较多的水化热。其二，混凝土的弹性模量发生明显变化。

中期：当水泥完成放热后到大体积混凝土完全冷却前，便是形成温度应力的中期阶段。在这一阶段，形成温度应力的主要原因就在于大体积混凝土自身温度和外界气温均发生了变化。

晚期：在大体积混凝土冷却下来以后便进行入到了形成温度应力的晚期阶段。这一阶段形成的温度应力，主要是因为外部气温变化较大，晚期阶段形成的温度应力会与之前两个阶段形成的温度应力迭加在一起。

3 防止温度裂缝的措施

3.1 混凝土材料选用

（1）水泥：水泥水化时出现很多的水化热，大体积混凝土中水泥的使用量在很大程度上决定着砼内温度的变化程度。对于一立方米的混凝土来说，其水泥的使用量每增减10kg，产生的水化热便会致使大体积混凝土温度升高或者降低1℃，因此必须控制好水泥用量，降低水化热。在选择水泥时，需要优先选择那些具有较低水化热的品种，像复合水泥、矿渣水泥和火山灰水泥等。每立方米混凝土的水泥使用量应该控制在400千克之内。坍落度则应该控制在14到18厘米之间[2]。

（2）粗骨料碎石：尽可能的选择使用具有较大致敬的碎石，绝对不可以使用石屑充当骨料，一定要选择级配较好的骨料。碎石的直径应该控制在1到3厘米之间，泥的含量需要超过1%。

（3）细骨料沙：细度模量2.6-3.0，其中泥的含量必须超过3%

（4）合理的推迟混凝土凝结的时间，凝结时间不可以低于8小时。

（5）为了让水泥水化热的峰值期延迟，并推迟水泥凝固的时间，减少水化热的释放，可以在混凝土中按照要求适当的加入高效减水剂和缓凝外加剂。

通过和搅拌站有效沟通后，了解在这一配合比以往已经在其他工程中有所应用：

注：混凝土终凝土终凝10小时。

3.2 采用合理的施工方法

在完成浇捣混凝土施工后，就需要对其进行养护，让其温度缓慢的降下来，以此将温度应力控制在合理范围内。养护的时间应该在14天以上，以此确保混凝土温度降低速度的患慢性。为了确保混凝土的抗拉轻度和密实度，还应该对混凝土进行振捣，减少由于混凝土收缩而出现变形的情况，以此提高大体积混凝土施工的质量。完成混凝土浇筑后，应该及时将混凝土表面的浮浆排除，加强早期养护。加强对混凝土温度的监测，利用信息技术对其温度进行控制，保证大体积混凝土内部温度和外部温度的差值不超过25℃，一旦发现温差超过要求标准，及时采取措施进行调整，使混凝土的温度梯度不至过大，以此最大限度的避免温度裂缝的出现。

测温点布置：集水坑位置的混凝土一般厚度的较大，在电梯基坑处混凝土的温度最高。因此，在大体积混凝土施工中，应该将集水坑位置混凝土的温度与大体积混凝土表面的温度之差低于25℃，就可以确保混凝土的质量。因此，在整个施工过程中，应该注重加强对电梯基坑温度的监测。测量稳点的主要位置就是平面位置：筏板边缘沿长方向两边各布置3个测温点，筏板中部设3个测温点，同时在筏板边缘；集水坑位置再设1个测温点；同时在筏板边及中部电子测温点边上还布设两处预留测温孔，采用温度计测温，以便校验，具体测点布置详见测点平面布置图[3]。

测温项目 测温次数室外气温及环境温度 每昼夜不少于4次（即8点14点20点2点），此外还需测最高、最低温砼强度达到标准值30%之前 每2h测一次砼强度达到标准值30%以后 每4h测一次，4天后8小时测一次

3.3 混凝土浇筑前温度控制的计算

筏板混凝土施工在9月20日左右，平均大气温度(Tq)为150C。

（1）混凝土拌合温度Tc

Tc=70270.55/2882.13=24.4℃

（2）出罐混凝土的温度为TI

因搅拌机棚为敞开式，取TI= Tc=24.40C

（3）浇筑混凝土的温度为Tj

装卸两次混凝土料:A1=0.032×2=0.064

运输大体积空凝土的时间为15分钟:A2=0.0017×15=0.026

浇捣完毕需10分钟:A3=0.003×10=0.03

Tj=Tc+( Tq-Tc)×0.24=24.4+(15-24.4)×0.24=22.14℃

（4）混凝土绝热温升

绝 热 温 升 Tmax=WQ0/Cρ ＝ 280×377/(0.96×2400)＝45.8℃

（5）浇筑混凝土的厚度应该控制在2米，取ξ=0.57。（降温系数）

Tmax=Tj+T＊ ξ=22.14+45.8＊0.57=48.2℃

（6）保温材料厚度计算

其厚度按以下公式计算：

δ=0.5hλi（Ta-Tb）Kb/λ（Tmax-Ta）

式中：δ--------养护材料所需的厚度（cm）；

0.5 h----- 中心最高温度向边界散热的距离，其值为结构厚度（h） 的0.5倍；

λi-------养护材料的导热系数，此处取0.14；

λ-------砼的导热系数，此处取2.3；

Ta------砼与养护材料接触处的温度；（取45.7-25=20.7℃）

Tb------砼到最高温度时的大气平均温度，此处取

Tb=15 ℃；

Kb-------传热系数的修正值，此处取1.5；

λ-------砼的导热系数，此处取2.3

Tmax -------砼中心的最高温度按之前计算取48.2℃

计算得δ=0.，23，即铺23mm导热系数为0.14的保温材料，即可满足砼表面温度与中心最高温度温差不大于25℃，考虑到草帘子导热系数0.047，塑料薄膜导热系数0.05，所以1层50mm草帘子，1层1mm塑料薄膜，足可以使筏板中心混凝土温度最高处温度与砼表面温差不大于25℃，并且砼表面温度与外界空气温差不大于20℃。

3.4 混凝土早期养护

混凝土早期养护，通常是为了将温度控制在适宜的范围内，以达到以下两个方面的效果，一是促使大体积混凝土可以不受温度、湿度变化的影响，尽可能的避免干缩和冷缩等有害情况的出现。二是确保水泥可以顺利的完成水化，以此提高大体积混凝土的抗裂能力和强度。

理论上分析，在浇筑大体积混凝土的起始阶段，其中的水分含量完全可以支撑水泥的水化。但是，从实际情况来看，受蒸发等因素的影响，很容易出现水分流失，这就会知识水泥水化的时间推迟，大体积混凝土的表面很容易收其影响。因此，在完成大体积混凝土浇筑施工后，应该立即对其进行养护，这一时期的养护非常的关键，所以，必须对其引起足够的重视[4]。

4 结语

以上对大体积混凝土施工与温度裂缝之间的关系进行了阐述，在工程中多分析，多采取些预防措施，是完全可以控制和预防温度裂缝出现的，或者说控制在安全的范围内是可以做到的。