大體積混凝土溫度裂縫的成因分析及控制技術

王春福 王瑜玲

近年來，現代化建設迅猛發展，高層建筑、特大型橋梁、港口、碼頭、大壩、高速公路、大型鍋爐基礎、特種防護設施的建設越來越趨于大型化。大體積混凝土在工程中的應用越來越普遍。與普通混凝土相比，大體積混凝土結構厚、體形大、混凝土數量多、工程條件復雜、施工技術要求高，且大體積混凝土經常出現的問題，不是力學上的結構強度，而是以控制混凝土溫度變形裂縫，從而提高混凝土抗滲、抗裂、抗侵蝕性能，提高建筑結構的整體性和耐久年限為突出任務。

本文針對大體積混凝土的特點，分析了溫度裂縫產生的原因，并從設計、材料和施工三個方面介紹了溫度裂縫的控制措施。

1 大體積混凝土溫度裂縫產生的原因及影響因素分析

1.1 大體積混凝土溫度裂縫產生的原因

實驗和研究表明，混凝土是熱的不良導體，導熱性能差。水泥加水拌和后立即放熱，水化熱的釋放主要集中在早期，由于大體積混凝土結構本身體積大，且一般要求一次性整體澆筑，短期內混凝土內部積聚了大量的熱量不易散發，內部溫度在一定的時間內不斷上升，而混凝土表面散熱較快，造成混凝土內外溫差梯度過大，使混凝土表面受到很大的拉應力，當混凝土表面拉應力超過其抗拉強度時，就會在結構表面出現溫度裂縫。混凝土屬脆性材料，在硬化初期，齡期短，抗拉強度低，此時如果加上施工操作缺陷，便會在混凝土結構中引起抗拉強度不均，造成一些抗拉強度偏低的部位，從而成為裂縫出現的薄弱環節。故而在混凝土凝結硬化過程中，必須采用相應的技術措施，控制混凝土硬化時的溫度，保持混凝土內外合理溫差，避免混凝土出現溫度裂縫。

1.2 大體積混凝土溫度裂縫的影響因素分析

大體積混凝土溫度裂縫的影響因素主要包括水泥品種，水泥用量，摻合料品種，摻合料用量，化學外加劑，施工環境及工藝流程，骨料溫度，養護條件等［2］。

2 大體積混凝土溫度型裂縫預防控制措施

實踐證明，大體積混凝土的溫度裂縫是不可避免的，只有通過合理的預防措施防治和控制裂縫的發展。防止大體積混凝土出現溫度裂縫應從三方面出發:設計、材料和施工。首先應做到控制溫度、改善約束，即減小溫度應力;再則應盡可能提高混凝土抗裂能力，改善混凝土自身性能。這些措施不是孤立的，而是相互聯系、相互制約，必須結合實際，全面考慮，合理采用。

2.1 設計措施

1 )根據結構物的實際情況選擇結構方案和使用材料，降低拉應力，預防裂縫。2)在易產生應力集中的薄弱環節采取加強措施。3)在大體積混凝土基礎表面及內部設置必要的溫度配筋，以改善應力分布，防止裂縫的出現;配設構造鋼筋提高混凝土的抗裂性能，配筋應采用小直徑、小間距。4)采用補償收縮混凝土技術，如在混凝土中摻用膨脹劑來補償收縮，防止收縮產生的裂縫。

2.2 配合比及原材料控制措施

合理選擇原材料，優化混凝土配合比。根據國內外經驗主要有以下幾條:1)優化混凝土配合比設計，在保證混凝土強度及工作性能的情況下，盡可能降低混凝土的用水量和水泥用量，降低水灰比，并在混凝土中摻加礦物摻合料和化學外加劑等，減少水化熱和收縮，預防混凝土的開裂。2)水泥的礦物組成中C3A的水化熱和水化放熱速率最大，C3S次之，接著是C4AF，C2S的水化熱最小，放熱速率最慢。因此為降低水化熱可選用C3A或C3S含量低，C4AF和C2S含量高的水泥，如中熱硅酸鹽水泥、礦渣硅酸鹽水泥、粉煤灰硅酸鹽水泥、火山灰質硅酸鹽水泥等。C4AF在四種礦物組分中收縮最小，增加其含量可減少混凝土的收縮，改善溫度裂縫問題。3)嚴格按照規范要求，控制骨料的含泥量，選擇級配良好的砂石原料。粗骨料應選級配連續、較大粒徑的;細骨料應選用級配良好的中砂和中粗砂。夏季高溫施工時，在拌制混凝土前可用水將粗骨料濕潤冷卻，降低混凝土的澆筑溫度。4)摻加礦物摻合料不僅可以減少每立方米混凝土中的水泥用量，還可以有效地降低水化的峰值溫度，推遲水化熱溫峰的出現時間，同時可以改善混凝土的耐久性。摻礦物摻合料降低水化熱的數量和延長溫峰出現時間與其摻量有關。礦物摻合料的摻量越大，水化熱的降低越多，延長溫峰出現的時間也越長。混凝土中摻加礦物摻合料后，取代了一部分水泥，減少了水泥用量，同時減少了發熱量最大的C3S和C3A，降低了水化溫升。目前主要使用的礦物摻合料有粉煤灰、礦粉和硅灰等。5)在混凝土拌制過程中，摻加一定類型的減水劑，不僅可以改善新拌混凝土的工作性，還可以降低水化放熱溫峰、延遲放熱峰值的出現，減少裂縫的出現。隨著減水劑摻量增加，水化熱降低的越多，延長溫峰出現的時間越長。摻入減水劑后，28 d內水泥總的放熱量與不摻者大致相同，不同之處在于改變了水化放熱過程。普通減水劑均能不同程度地推遲水泥水化熱峰值出現的時間與高度，這主要是因為推遲了水泥熟料中C3A和C3S的水化，延緩了放熱過程。6)在混凝土中摻加聚丙烯纖維，可以增強混凝土的抗裂強度。在早期混凝土結構形成過程中，聚丙烯纖維可以減少混凝土的收縮、泌水和離析，提高混凝土內部結構的密實性，增強抗裂強度。

2.3 施工技術措施

1 )加強對原材料的檢驗、試驗工作，所有進場材料檢驗合格后方可使用。2)混凝土的拌制過程中，嚴格控制原材料計量準確，嚴格控制攪拌時間和出機時的坍落度，一般控制混凝土的出機溫度在6℃左右。對混凝土出機溫度影響最大的是石子及水的溫度，高溫時可考慮降低石子的溫度來保證混凝土的出機溫度。3)澆筑大體積混凝土時應盡量避開炎熱天氣，較適宜的施工氣溫為5℃～28℃。高溫環境下操作時，可采用溫度較低的地下水，或在水中加冰塊來降低新拌混凝土的溫度，同時骨料等應進行遮陽、灑水降溫處理，選擇泵送混凝土時，泵管上須遮蓋濕麻袋，并經常淋水散熱。在混凝土入模時，還可以采取強制通風措施，加速模內熱量的散發，降低混凝土入模溫度。4)根據季節選用不同的施工方法，保溫法或降溫法;在高溫下澆筑混凝土時，嚴格控制分層澆筑厚度，利用澆筑層面進行散熱;根據現場情況制定合理的拆模時間，及時對結構表面進行覆蓋保溫，避免發生急劇的溫度梯度，防止表面裂縫。5)根據現場情況，對結構進行分塊、分層、分期澆筑或者在適當位置設置施工后澆帶。6)加強早期養護，提高混凝土早期及相應齡期的抗拉強度和彈性模量。為了降低大體積混凝土的內外溫差，可用表面保溫保濕養護的方法，使混凝土緩慢降溫，降低內外溫差，充分發揮其徐變特性，減小溫度應力。7)在有代表性的部位設溫度監測裝置，及時掌握混凝土內部溫升與表面溫度的變化值，加強測溫和施工溫度監測。8)根據規范和圖紙，嚴格依照施工方案和交底要求進行施工。9)與時俱進，在保證混凝土質量的前提下，適時采用新技術、新材料與新工藝，減少混凝土的開裂。

3 結語

混凝土的自身性質決定了大體積混凝土溫度裂縫的不可避免性。只有了解了大體積混凝土溫度裂縫的產生原因才能合理的進行結構設計和施工。從設計、材料及施工等方面采取措施綜合治理，提高混凝土結構的耐久性，使其更安全、更持久。

［1］ 羅建平.大體積混凝土施工溫度裂縫控制技術措施［J］.科技創業月刊，2006(12)：99.

［2］ 陳 輝，韓芳垣.大體積混凝土溫度裂縫的成因分析及控制措施［J］.混凝土，2006(2)：3.

［3］ 王瑜玲.膠凝材料水化熱及混凝土絕熱溫升數學模型研究［Z］.2008.

［4］ 戴鎮潮.大體積混凝土的防裂［J］.混凝土，2001(9)：35-36.

［5］ 王戰堂.大體積混凝土材料型裂縫成因與預防控制［J］.山西建筑，2006，32(23)：148-149.

［6］ 高勇明.大體積混凝土溫度裂縫控制的技術探討［J］.西部探礦工程，2006(6)：210-211.