建筑工程大体积混凝土温度裂缝控制研究

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1 大体积混凝土概述

我国对大体积混凝土的定义有两种，第一种按照混凝土的结构尺寸将实体尺寸大于1m的大体量混凝土称为大体积混凝土，第二种按照混凝土的性质将水化热产生有害裂缝的混凝土称为大体积混凝土[1]。

大体积混凝土的特征为结构大、尺寸大、承载力强、防水、钢筋布置密度大、出现裂缝的概率大、安全性高、混凝土设计标号高、水泥用量大、收缩变形概率大、浇筑量大、施工时间长、施工工艺高、受季节和温度影响大[2]。

2 大体积混凝土温度裂缝的类型及成因

2.1 大体积混凝土温度裂缝的类型

（1）干缩裂缝。网状裂缝和平行线状浅细裂缝是大体积混凝土干缩裂缝的特征，一般裂缝宽度在0.05～0.20mm，这种类型的裂缝在大体积混凝土平面中比较常见。大体积混凝土施工过程中水泥的用量和水灰比是导致干缩裂缝的原因，混凝土浇筑后水分蒸发就会形成干缩裂缝。干缩裂缝首先会导致大体积混凝土的抗渗性下降，然后影响大体积混凝土的使用耐久性，最后造成大体积混凝土的承载力下降[3]。

（2）温度裂缝。混凝土内外温度差距导致大体积混凝土产生的裂缝主要为温度裂缝，温度裂缝发生在表面或者结构中都是有可能的，并且裂缝的宽度也不尽相同。一般来说，冬季温差导致的裂缝宽度比较大，夏季温差导致的裂缝宽度比较小。温度裂缝的宽度有大有小，其裂缝的走向也没有规律，横竖交错的裂缝都是常见的。

（3）沉陷裂缝。大体积混凝土沉陷裂缝是结构基地导致的，地基回填土和土质疏松会导致混凝土沉陷，最后混凝土模板支撑间距比较大导致沉降裂缝的发生。冬季混凝土化冻之后是沉陷裂缝发生的常见时期，沉陷裂缝一般表现为贯穿型，裂缝走向和沉陷的方向有直接关系，如果沉陷比较严重会导致裂缝错位。

（4）塑性收缩裂缝。大体积混凝土塑性收缩裂缝会对混凝土的性能和使用寿命造成影响，一般来说，塑性收缩裂缝主要发生在天气炎热或者风力较强的天气状况。塑性收缩裂缝表现为不连贯、长短不一致、中间宽两端细，主要发生在混凝土表面。

2.2 大体积混凝土产生温度裂缝的原因

（1）约束作用。大体积混凝土浇筑完成之后结构不同会导致混凝土内部发生约束作用，最后产生温度裂缝，因此混凝土浇筑过程中保持结构均匀非常重要。

（2）水化热。大体积混凝土浇筑完成之后外部热量散失比较快，内部由于混凝土导热性差的原因使热量散失比较慢，而大体积混凝土需要使用大量的水泥，混凝土内部水含量比较大，在混凝土内部热量散失困难的情况下水温会升高，最后因混凝土内外温差过大而产生温度裂缝。

（3）收缩变形。大体积混凝土发生收缩变形之前凝固体内部大密度固体颗粒会发生下沉现象，而水与颗粒相反向上沁到混凝土外表面，在混凝土粗骨料和钢筋下方形成水囊，最后混凝土体积收缩产生应力变形出现温度裂缝。

3 建筑工程大体积混凝土温度裂缝防治措施

3.1 温度裂缝抗裂防治措施

（1）设计阶段。建筑工程设计人员在施工图纸中设计大体积混凝土的使用时需要按照相应的施工标准，既要保证大体积混凝土的设计强度符合要求，又需要保证大体积混凝土抗弯及抗冲切性能满足要求，这样在混凝土浇筑完成后才能够减少温度裂缝的产生。在设计时为了满足强度要求一般会选择强度等级较大的混凝土，但是并不是混凝土强度性能越好就越不容易产生温度裂缝。C50强度大体积混凝土虽然能够满足设计要求，但是C50混凝土的绝热温升较大，容易产生温度裂缝，因此在满足混凝土强度要求的前提下应根据实际情况适当降低混凝土的强度等级，一般来说C25～C40等级的混凝土容易控制温度裂缝的产生。

（2）施工阶段。①施工人员需要对混凝土各个阶段的温度进行控制。混凝土进入浇筑模板之前的温度应该控制在5～30℃，该阶段混凝土的温升值应该小于50℃。混凝土浇筑体完全凝固之前内部和外部的温度差距最大不能超过25℃，即混凝土表面温度和中心温度之间的差距。混凝土日降温速度不能超过2℃，当混凝土保温覆盖膜拆除后混凝土温度与外界温度之间的差距不能超过20℃。②施工人员需要对水泥、骨料、外加剂、掺合料的选择进行控制，保证混凝土配合比达到最佳。选择水泥时应注重其性能，为了降低水化热和凝结时间的影响，应该选择水化热低、凝聚时间长且强度性能符合要求的水泥，常见的水泥材料类型为硅酸盐水泥。骨料应该尽量选择非碱活性的粗骨料和细骨料，粗骨料应该保证粒径大小合适且含泥量符合要求，粒径合适则能够降低混凝土的绝热温升，含泥量合适是为了保证混凝土性能符合要求；细骨料应该选择粒径小于4.25mm的砂，一般来说细骨料应该选择粒径在2.3～3.0mm且含泥量小于3%的中砂，这样才能降低大体积混凝土水化热产生温度裂缝的概率。添加外加剂的目的是减少混凝土材料用量、降低混凝土施工成本以及降低混凝土的水化热，因此混凝土的选择应该按照减少剂、膨胀剂、泵送剂进行划分，外加剂的类型选择应该从目的出发。添加掺合料的目的是降低混凝土水泥的用量，水泥用量越多越不容易对混凝土温度进行控制。掺合料主要有煤粉灰和粒化高炉矿渣粉两种类型，煤粉灰的使用可以减少10%左右的水泥用量，从而降低大体积混凝土的水化热，而粒化高炉矿渣粉通过减少混凝土的沁水量，同样可以达到降低大体积混凝土水化热的目的，因此掺合料的适当使用可以起到抗裂防治的作用。③大体积混凝土浇筑过程中需要控制内部和外部的温度差距，因此最好选择分层浇筑或者跳仓浇筑的方法，使混凝土未终凝时内部应力可以释放出来，不容易因约束或者应力而产生温度裂缝。混凝土分块浇筑的方法可以减少每个浇筑段的蓄热量，这样由于水化热引发温度裂缝的概率也会明显降低。除此之外，浇筑混凝土时还应该对特殊天气进行预防，防止温度、风、雨雪对混凝土的性能造成影响。夏季和冬季温差大，在混凝土浇筑过程中必须做好保温和保湿措施，这两个季节的混凝土浇筑难度过大；雨雪天气应该使用塑料薄膜进行覆盖，防止雨水直接冲刷未完成凝结的混凝土。混凝土浇筑过程中还需要进行振动，但是不能过度振捣或者漏振，防止因混凝土沁水而产生收缩裂缝。为了控制混凝土内外温度差距，可以适当延缓混凝土模板拆卸的时间，从而降低温度裂缝产生的概率。

（3）养护阶段。建筑工程大体积混凝土浇筑完成之后必须进行养护，控制混凝土内部和外部之间的温度差距和温度下降速度，防止温度差距过大由温度应力产生温度裂缝。混凝土养护可以让混凝土温度下降的速度变缓，然后混凝土经过化学反应可以凭借自身的抗拉强度减少裂缝的产生。在混凝土浇筑完成之后的12h左右应该进行养护工作，可根据实际情况采用覆盖养护或者喷雾养护，保证养护时间大于半个月。塑料薄膜是常见的养护材料，麻袋、土工布也可以作为养护材料。

3.2 特殊温度裂缝抗裂防治措施

（1）薄壁冷水循环系统。大体积混凝土利用冷却水管和热传递效应将混凝土中的热量传递到冷却水系统中，降低了混凝土内部的热量，对防止水化热产生温度裂缝具有明显效果。薄壁冷却水循环系统主要包括蒸发器、冷凝器、冷水泵、薄壁冷却水管、冷却塔、冷却水泵、温度传感器、缓冲水箱等设备，通过温度反馈系统自动调节冷却水循环系统完成对混凝土温度的控制。

（2）预冷拌和水和骨料。大体积混凝土同样可以使用预冷拌和水和骨料对进入混凝土模型的温度进行控制，预冷拌和水通常使用地下水或者制冷机冷却水。在骨料与混凝土拌和之前先使用冷水冲刷骨料，然后在拌和过程中掺入冰屑，最后通过遮阳棚和湿麻袋对骨料降温，即可达到降低混凝土水热化的目的，从而控制温度裂缝的产生。

（3）液氮冷却。液氮冷却需要通过管道传输的方式让混凝土与液氮充分接触，据测试液氮可以将混凝土进入浇筑模板之前的温度控制在25～30℃。该种方法虽然不会降低混凝土的性能，也不会造成额外的污染，但操作起来难度较大。

（4）补水软管。养护人员可以先在混凝土表面设置软管，然后在保温材料和软管之间多设置一层塑料薄膜，最后在覆盖塑料薄膜和混凝土表面之间洒水，这样可以提高混凝土的养护效果，降低温度裂缝产生的概率。

3.3 建筑工程大体积混凝土温度裂缝的监测防治措施

建筑工程中需要对大体积混凝土进行温度实时检测，同时将混凝土的温度变化控制在规定范围，从而降低产生温度裂缝的概率。工作人员可以使用便携式建筑电子测温计，然后利用测温探头对不同施工环节下混凝土浇筑体的内外温差、降温速率、环境温度进行测试，保证大体积混凝土的内外温差和降温速度都在规定范围内。

4 结束语

综上所述，建筑工程大体积混凝土温度裂缝产生的原因主要有约束作用、水化热、收缩变形三种，其中温度裂缝的抗裂防治措施可以分为自身和外力两个方面。如果从自身方面预防温度裂缝的产生，则需要从建筑工程大体积混凝土的设计、施工和养护三个方面提高混凝土的抗裂能力。从外力方面预防温度裂缝的产生，则需要使用薄壁冷水循环系统、预冷拌和水和骨料、液氮冷却、补水软管等设备对混凝土的温度进行控制，使其保持在不容易产生裂缝的温度范围。无论是哪种温度裂缝的抗裂防治措施，都能够取得良好的效果。