淺談大體積混凝土溫度裂縫及控制措施
陳志明
摘要：本文通過對大體積混凝土的概念及溫度裂縫控制的重要性進行了分析,總結(jié)出大體積混凝土溫度裂縫防治和控制的措施。并提出了大體積混凝土施工過程中溫度控制的措施，給相關(guān)工程技術(shù)人員提供了有價值的參考。
關(guān)鍵詞：大體積混凝土；溫度裂縫；控制措施
前言：
我國國民經(jīng)濟的高速增長,帶動了建筑業(yè)的快速、持續(xù)的發(fā)展。由于高層建筑、高聳結(jié)構(gòu)物和大型設(shè)備基礎(chǔ)大量的出現(xiàn),大體積混凝土也被廣泛采用,大體積混凝土結(jié)構(gòu)的溫度裂縫日益成為建筑工程技術(shù)人員面臨的技術(shù)難題。本文從分析大體積混凝土溫度裂縫產(chǎn)生的原因入手,試圖找出影響裂縫大小的因素,總結(jié)出有價值的控制措施,給工程技術(shù)人員提供了有益的參考。
1、大體積混凝土的概念及溫度裂縫控制的重要性
什么是大體積混凝土？ 目前尚無統(tǒng)一定義。美國混凝土學(xué)會有過規(guī)定:“任何就地澆筑的大體積混凝土,其尺寸之大,必須要求采取措施解決水化熱及隨之引起的體積變形問題, 以最大的限度減少開裂”。日本建筑學(xué)會(JASSS)標(biāo)準(zhǔn)的定義是: “ 結(jié)構(gòu)斷面最小尺寸在80cm 以上, 同時水化熱引起的混凝土內(nèi)最高溫度與外界氣溫之差預(yù)計超過25℃的混凝土稱之為大體積混凝土”。這些定義比較具體,也便于應(yīng)用,但作為定義是不夠嚴(yán)謹(jǐn)?shù)摹?br /> 大體積混凝土尺寸厚大，水泥水化熱散發(fā)困難，使得混凝土澆筑后溫度升高幅度大，出現(xiàn)比較大的膨脹量，到了后期降溫階段，又會出現(xiàn)相應(yīng)的比較大的溫度收縮。若溫度收縮過大過快、使混凝土中出現(xiàn)嚴(yán)重的貫穿性裂縫，就會大大降低大體積混凝土的強度、整體性、抗?jié)B能力等。
2、大體積混凝土溫度裂縫產(chǎn)生的影響因素
（1）大體積混凝土施工階段所產(chǎn)生的溫度裂縫, 是其內(nèi)部矛盾發(fā)展的結(jié)果。一方面是溫度變化引起的應(yīng)力和應(yīng)變，另一方面是混凝土自身的強度和抵抗變形的能力,混凝土溫度變化產(chǎn)生的變形受到混凝土內(nèi)部或外部的約束后, 將產(chǎn)生很大的應(yīng)力。一旦溫度應(yīng)力超過混凝土能承受的抗拉強度時,即會出現(xiàn)裂縫。
（2） 溫度裂縫產(chǎn)生的主要原因： 一是由于溫差較大引起的，砼結(jié)構(gòu)在硬化期間水泥放出大量水化熱，內(nèi)部溫度不斷上升，使砼表面和內(nèi)部溫差較大，砼內(nèi)部膨脹高于外部，此時砼表面將受到很大的拉應(yīng)力， 而砼的早期抗拉強度很低，因而出現(xiàn)裂縫。這種溫差一般僅在表面處較大，離開表面就很快減弱，因此裂縫只在接近表面的范圍內(nèi)發(fā)生，表面層以下結(jié)構(gòu)仍保持完整。二是由結(jié)構(gòu)溫差較大，受到外界的約束引起的，當(dāng)大體積砼澆筑在約束地基（例如樁基）上時，又沒有采取特殊措施降低，放松或取消約束， 或根本無法消除約束，易發(fā)生深進，直至貫穿的溫度裂縫。
2.1 水泥水化熱是大體積混凝土產(chǎn)生溫度裂縫的主要因素
水泥水化過程是大體積混凝土中的主要溫度因素。水泥在水化過程中要發(fā)出一定的熱量,而大體積混凝土結(jié)構(gòu)物一般斷面較厚,水泥發(fā)出的熱量聚集在結(jié)構(gòu)物內(nèi)部不易散失。通過實測,水泥水化熱引起的溫升,而在建筑工程中一般為20℃～30℃,甚至更高。由于混凝土的導(dǎo)熱性能較差,澆筑初期混凝土的強度和彈性模量都很低,對水化熱引起的急劇溫升約束不大,相應(yīng)的溫度應(yīng)力也較小。隨著混凝土齡期的增長,彈性模量的增高,對混凝土內(nèi)部降溫收縮的約束也就愈來愈大,以致產(chǎn)生很大的拉應(yīng)力。
2.2 外界氣溫變化的影響
大體積混凝土在施工期間，外界氣溫變化的影響很大。混凝土的內(nèi)部溫度是澆筑溫度、水化熱的解熱溫升和結(jié)構(gòu)散熱降溫等各種溫度的疊加之和， 外界氣溫愈高，混凝土的結(jié)構(gòu)溫度也愈高，如外界溫度下降， 會增加混凝土的降溫幅度， 特別是在外界氣溫驟降時，會增加外層混凝土與內(nèi)部混凝土的溫度梯度。溫度應(yīng)力是由溫差引起的變形造成的，溫差愈大，溫度應(yīng)力也愈大。在高溫條件下，大體積混凝土不宜散熱，混凝土內(nèi)部的最高溫度可達(dá)60～65℃， 并且有較大的延續(xù)時間。在這種情況下研究合理的溫度控制措施，防止混凝土內(nèi)外溫差引起的過大溫度應(yīng)力顯得更為重要。
2.3 混凝土的收縮變形
由于泵送混凝土的流動性與抗裂的要求相互矛盾，故應(yīng)選取在滿足泵送的塌落度下限條件下盡可能降低水灰比。因為水越多，開裂可能越大，隨著混凝土施工厚度增高，混凝土浮漿增多，因此嚴(yán)格控制砂、石骨料和含水率，并進行計算機處理，自動調(diào)整配料的水灰比，必要時調(diào)整水泥水灰比，進一步減少用水量。對于控制混凝土的收縮和提高抗裂性是必要的。混凝土在水泥水化過程中產(chǎn)生的體積變形，多數(shù)是收縮變形，少數(shù)為膨脹變形。由于混凝土收縮變形引起的溫度應(yīng)力是不可忽視的。
3、大體積混凝土溫度裂縫的控制
大量的研究表明,大體積混凝土結(jié)構(gòu)物中的溫度裂縫是不可避免的,重要的是采用合理的措施來防治和控制裂縫的發(fā)展。防止大體積混凝土出現(xiàn)溫度裂縫應(yīng)從兩方面出發(fā), 一方面應(yīng)從控制溫度、改善約束, 即從減小溫度應(yīng)力著手，另一方面應(yīng)盡可能設(shè)法提高混凝土抗裂能力,改善混凝土自身性能,但這些措施不是孤立的,而是相互聯(lián)系、相互制約的,必須結(jié)合實際,全面考慮, 合理采用。
3.1 合理選擇原材料, 優(yōu)化混凝土配合比
選擇混凝土原材料,優(yōu)化混凝土配合比的目的是使混凝土具有較強的抗裂能力,具體來說,就是要求混凝土的絕熱溫升較小,抗拉強度較大、極限拉伸變形能力較大、熱強比較小,自生體積變形最好是微膨脹,至少是低收縮。
3.2 合理進行溫度控制
對于大體積混凝土的溫度控制, 主要考慮三個特征值: 入模溫度、最高溫度及養(yǎng)護溫度。入模溫度控制： 混凝土的入模溫度取決于各種原材料的初始溫度,主要方法是施工時加冰冷卻拌合水、骨料、水泥, 盡量選擇較低氣溫時段澆筑砼，在混凝土運輸工具上覆蓋麻袋, 并經(jīng)常噴灑冷水降溫。最高溫度控制： 在混凝土內(nèi)部預(yù)埋水管,利用冷卻水管內(nèi)流通的制冷水帶走大體積混凝土內(nèi)部積聚的水泥水化熱, 削減澆筑層水化熱溫升。這種方法因具有適用性和靈活性,以及能夠控制整個結(jié)構(gòu)物內(nèi)部溫度, 所以在國內(nèi)外得到廣泛應(yīng)用。養(yǎng)護溫度控制： 大體積混凝土的裂縫,特別是表面裂縫,主要是由于混凝土中產(chǎn)生了溫度梯度。為了使大體積混凝土的內(nèi)外溫差降低,可采用混凝土表面保溫的方法,使混凝土內(nèi)外溫差降低。
3.3 分縫分塊澆筑
分縫分塊有兩方面的目的:一是為了便于施工,將龐大的壩體逐塊逐層地進行澆筑同時為了防止裂縫,減小基礎(chǔ)塊的尺寸,增加散熱面,從而降低施工期間的溫度應(yīng)力,以減小產(chǎn)生裂縫的可能性。
3.4 加強施工溫度監(jiān)測
對大體積混凝土內(nèi)部各部位進行溫度跟蹤監(jiān)測,可以及時準(zhǔn)確地掌握混凝土各個部位的溫度變化,以便采取處理措施降低內(nèi)部溫度,保證工程質(zhì)量�；炷�土溫升最快的階段在澆筑后的1～5d,在這段期間, 宜每30 min 讀取數(shù)據(jù)一次,以后數(shù)據(jù)的讀取時間可以延長,建議在混凝土澆注后的6～20d,每3 h讀取一次數(shù)據(jù), 澆注后的21～30 d,每6h 讀取一次數(shù)據(jù)。
3.5 采用先進的施工技術(shù)
在加強混凝土質(zhì)量控制的同時,應(yīng)積極推廣新技術(shù)、新材料與新工藝的應(yīng)用,以減少混凝土的開裂。
3.6 合理組織施工
在施工過程中精心安排混凝土施工時間,在高溫季節(jié)施工時,混凝土澆筑時間盡量安排在16 時至翌日上午10 時前進行, 以減少混凝土溫度回升。新舊混凝土澆筑間隔時間為5～7d,相鄰澆筑壩塊高差控制在8 m 以內(nèi)。
4、大體積混凝土施工溫度控制措施
（1）散熱孔法。因設(shè)備基礎(chǔ)混凝土厚度較大， 在基礎(chǔ)鋼筋綁扎時，設(shè)置散熱孔、孔沿基礎(chǔ)厚度方向豎向排列， 散熱孔的采用Φ50鋼管，水平面間距1000mm，梅花形布置， 鋼管直接插入基礎(chǔ)底部、鋼管上部高出基礎(chǔ)上表面100mm，沿鋼管高度方向每間距500 打Φ20的孔，以便于傳熱。
（2）水冷法。在基礎(chǔ)內(nèi)部沿水平方向每1 米（梅花形） 預(yù)埋￠20的焊管，利用冷卻水管內(nèi)流通的制冷水帶走大體積混凝土內(nèi)部積聚的水泥水化熱, 削減水化熱溫升。這在個別有條件的基礎(chǔ)施工中進行了采用，效果良好。
（3） 基礎(chǔ)混凝土內(nèi)摻入毛石。部分設(shè)備基礎(chǔ)混凝土澆灌中，加入了混凝土總量15%—20%的毛石，這樣可減少混凝土用量，減少水泥水化熱。毛石的摻量要控制好，一般不要超過混凝土總體積的20%，若摻多了，會降低混凝土強度。施工中需注意毛石投放要均勻、分散。
（4）設(shè)置構(gòu)造鋼筋。對于基礎(chǔ)深度超過3 米的，施工時采用基礎(chǔ)沿水平面在基礎(chǔ)中部設(shè)置Φ12@200（雙向）的構(gòu)造鋼筋，以增強混凝土的抗拉性能。
（5）螺栓孔內(nèi)蓄水降溫。因大型設(shè)備基礎(chǔ)內(nèi)有一定數(shù)量的預(yù)留螺栓孔洞，基礎(chǔ)澆灌完成后，在螺栓孔內(nèi)蓄滿水， 以達(dá)到降溫的目的。
（6）分層澆灌法�；炷�土澆灌時， 分層澆灌、每層厚度控制在500—600mm。
 

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