大體積混凝土溫度裂縫的成因與控制

胡章貴 畢節學院

大體積混凝土溫度裂縫的成因與控制

胡章貴 畢節學院

眾所周知，大體積混凝土內部水化熱積聚不易散發，外部則散熱較快，很容易由于溫度的不均衡分布產生應力，故而產生溫度裂縫。本文詳細地介紹了大體積混凝土產生裂縫的機理，并從材料、設計、施工方面提出控制手段，引用具體實例進行論證。

大體積混凝土；溫度裂縫；溫度應力；控制

一、前言

混凝土的裂縫是個非常復雜的問題。特別是大體積混凝土，由于其強度高、體積大，表面小，水泥水化熱釋放比較集中（主要集中在澆筑后的7天左右），內部溫度升高比較快，當混凝土內外溫差較大時，會使混凝土產生溫度拉伸應力，當拉伸應力大于混凝土抗拉強度時，混凝土就會產生溫度裂縫，從而影響結構安全和正常使用。所以必須對其原因進行分析，并制定相應控制措施，以確保大體積混凝土的施工質量。

二、溫度裂縫產生的原因

通常情況下混凝土裂縫分為以下幾種類型：彎矩等外力因素引起的裂縫；溫度裂縫；干燥收縮及塑性收縮引起的裂縫。

大體積混凝土澆筑后，水泥會釋放出大量水化熱，混凝土溫度升高。由于混凝土本身為不良導體，混凝土內部水化熱積聚不易散發，外部則散熱較快。根據熱脹冷縮原理，在受到基礎或表面已經凝固的混凝土的約束情況下，溫度變化引起的建筑物體積變化將產生拉應力，如果該拉伸應力大于混凝土的抗拉強度，則混凝土將產生裂縫。

三、溫度裂縫控制手段

1、從設計方面，對高強度大體積混凝土進行設計優化

(1)盡可能選用中、低強度的混凝土；

(2)合理分縫分塊，避免基礎過大起伏，在基礎下底面設置滑動層降低結構的約束度；

(3)合理布置分布鋼筋，盡量采用小直徑，密間距。裂縫易發生部位加強構造措施：如孔洞周圍以及轉角處布置一些斜筋；

(4)鋼筋保護層應盡量取較小值。

2、從材料方面，合理的選用熱量低、放熱慢的材料，并結合外加劑的使用，是控制裂縫的重要措施

(1)骨料控制：科學設計配合比，在保證強度的前提下，選取粒徑大強度高級配好的骨料，確定適當的水灰比、水泥用量、砂率，坍落度不宜過大，這樣可以獲得較小的空隙率及表面積，從而減少水泥的用量，降低水化熱，減少干縮，減小混凝土裂縫的開展；

(2) 合理的選用水泥，減少用量：使用水化熱較低的水泥以及盡量降低單位水泥用量，降低混凝土內溫度梯度。大體積混凝土因結構斷面較厚，表面系數相對較小，所以水泥發生的熱量聚集在混凝土內部不易散失。水泥礦物中發熱速率最快和發熱量最大的是鋁酸三鈣（C3A），其他是硅酸三鈣（C3S）、硅酸二鈣（C2S）和鐵鋁酸四鈣（C4AF）。因此我們在大體積混凝土施工中應盡量使用礦渣硅酸鹽水泥、火山灰水泥等低熱水泥；

(3)摻和料和外加劑：在混凝土中摻入粉煤灰，不但可以減少水泥用量，而且可有效降低水化熱的產生，并改善混凝土的可泵性和工作性；在混凝土中摻入適當用量的減水劑，可有效減少水泥用量，從而降低水化熱的產生；在混凝土中摻入UEA，混凝土在硬化過程中產生體積膨脹，可以部分補償硬化過程中冷縮和干縮，減免混凝土的開裂；

(4)水溫控制：如有需要可采用冰水混合攪拌，以降低混凝土入模溫度。

3、從施工角度控制，制定合理的施工方案，加強施工管理

(1)混凝土的配料：嚴格遵守實驗室簽發的配料單進行配料，水、水泥、砂、石子均應以重量計，不得以車、锨數計量。稱量偏差控制在允許偏差范圍內。拌和程序和拌和時間應通過試驗決定，并嚴格控制。

(2)混凝土的澆筑：大體混凝土澆筑方式主要有三種：分層平行推進、分層斜面推進、分層交錯推進方式。應根據結構特點、澆筑量確定相應的分層澆筑方式，以盡可能增大散熱面積，減少溫度應力。宜合理安排施工工序，避免過大的高差和側面長期暴露，調整施工進度，避免在夏季或冬季的極端氣候時進行澆筑。

（3)混凝土的振搗：實行分層振搗、快插慢拔的振搗方法。振搗上一層時插入下一層混凝土5cm以消除兩層間的接縫。通過二次振搗可以使混凝土更加密實，對提高混凝土的抗拉能力很有幫助。

(4)混凝土的二次抹壓：大體積混凝土壓面要兩遍木抹子搓平，還應根據現場條件，壓面至壓不動時為止。此工作對混凝土表層裂縫控制起到關鍵作用，必須設專人反復碾壓。

(5)混凝土的養護：混凝土澆筑后，應及時進行養護。當混凝土溫度高于氣溫時應適當考慮推遲拆模時間，以免引起混凝土表面的早期裂縫。由于水化熱的散發，表面引起相當大的拉應力，此時表面溫度亦較氣溫高，此時拆除模板，表面溫度驟降，必然引起溫度梯度，從而在表面附加一拉應力，與水化熱應力疊加，再加上混凝土干縮，表面的拉應力達到很大的數值，就有導致裂縫的危險，但如果在拆除模板后及時在表面覆蓋一輕型保溫材料，對于防止混凝土表面產生過大的拉應力，具有顯著的效果。冬季澆筑混凝土拆模時間不宜過短，一般在5d左右，拆模后應立即對混凝土面進行保溫，防止混凝土突然暴露在寒冷的空氣中產生溫度裂縫。

(6)混凝土的監測：混凝土澆筑前，在各控制點布設傳感器或設置溫度測量孔，以便將內外溫差控制在25℃以內。

(7)混凝土的內部降溫：在混凝土內部敷設循環冷卻水管以降低混凝土內部溫度。

四、大體積混凝土裂縫控制設計案例

1、工程概況

本工程為貴陽市帝璟佳苑1#、2#、3#高層住宅，層數28層，總建筑面積78170m2，基礎形式為筏板、孔樁、獨立柱基復合基礎，持力層為中風化白云巖。其塔樓核心筒基礎為大體積混凝土筏板基礎，尺寸為10m×10m×1.5m 。工程全部采用商品混凝土，混凝土等級C40，由拖式泵輸送澆筑。

2、控制手段

（1）原材料控制

a、 粗骨料選用抗壓強度高的碎石，粒徑15～40mm，質量符合國家現行標準《普通混凝土用碎石或卵石質量標準及檢驗方法》（JGJ53-92）的規定。

b、砂采用中粗砂，其質量符合國家現行標準《普通混凝土用砂質量標準及檢驗方法》（JGJ52-92）的規定。

c、水泥為高標號普通硅酸鹽水泥（P.O42.5），其出廠檢驗報告、產品合格證及進場復驗報告齊全，質量符合《混凝土結構工程施工質量驗收規范》（GB50204-2002）及《通用硅酸鹽水泥》（GB175-2007）的規定。

d、混凝土拌制水為飲用水，符合國家現行標準《混凝土拌合用水》（JGJ63-2006）的規定。

e、摻用的粉煤灰質量符合現行國家標準《用于水泥和混凝土中的粉煤灰》（GB1596-2005）的規定，摻和量不大于20%。

f、添加緩凝型復合高效減水劑，減少水泥用量，延長水化熱釋放時間，降低水化熱的峰值溫度。

g、添加混凝土膨脹劑UEA，具體添加劑量由生產廠家和設計單位現場共同確定。

3、以第1# 樓核心筒筏板基礎為對象進行大體積混凝土裂縫控制計算；

1混凝土配合比如表1。

(1）最大絕熱溫升（7天）：Th=mc·Q/c·ρ（1-e-mt）

=（295+25）×375/（0.97×2400）×0.921=47.5℃

(2）混凝土中心計算溫度：T1(t)=Tj+Th·ξ（t）=20+47.5×0.46=41.9℃

(3）混凝土表面溫度:T2(t)=Tq+4·h’( H- h’) ·〔T1(t)-Tq〕/ H2

=20 +4×0.56×（2.62-0.56）×(41.9-20)/2.622=34.7℃

(4）混凝土內平均溫度：Tm(t)=（T1(t)+ T2(t)）/2=38.3℃

經計算混凝土表層溫度與中心溫度之差為：41.9-34.7=7.2℃＜25℃，符合規范所規定要求。

(5）混凝土由于溫差產生的拉應力：

σ= E(t)×α×ΔT×S(t)×R/（1-μ）

=1.52×104×1.0×10-5×16.26×0.52×1.0/（1-0.15）=1.51 MP <1.8MP

(6）安全系數：K= 1.80/1.517 =1.19≥1.15，故安全儲備滿足要求。

4、混凝土澆筑后養護和溫度測試

混凝土養護采用一層草簾并在其上下各鋪一層塑料薄膜，防止混凝土脫水龜裂，同時在現場另準備一層塑料布和一層草簾子，據測溫記錄確定是否需蓋草簾子，當發現溫差超出規定值時，及時加蓋養護。

根據大體積混凝土溫度應力和收縮應力的分析，采用電子測溫儀測控溫度，具體做法是預埋測溫探頭進行測溫，測溫探頭的位置具有代表性，同時根據溫度對稱分布的特點，按澆筑高度，分布在底、中、表三個面，同時按平面尺寸分邊緣和中間兩種，對基礎底板布點測溫，每段基礎底板設置5個測溫點，測溫點距邊角和表面150mm。

經連續觀測，混凝土中心與表面溫差始終滿足規范控制要求，同時也無明顯溫度裂縫。

表 1 單位 Kg/ m3

五、結論

1、高強度大體積混凝土裂縫控制，應從控制溫度差的角度出發，防止產生溫度裂縫

2、嚴格控制原材料質量是避免大體積混凝土裂縫的關鍵；

3、控制水泥用量，合理摻用粉煤灰和礦粉，選用合理外加劑等方法是降低水化熱的有效途徑；

4、混凝土澆筑完畢后，應及時用保溫材料覆蓋以控制溫差；

5、混凝土配合比及溫差計算方法在控制高強度大體積混凝土裂縫中起著較好的指導作用。

[1]朱伯芳.大體積混凝土的溫度應力與溫度控制[M].北京：中國電力出版社

[2]建筑施工手冊(第四版)[M].北京：中國建筑工業出版社.2003

[3]劉秉京.混凝土技術[M].北京：人民交通出版社.2004

[4]王鐵夢.工程結構裂縫控制[M].北京：中國建筑工業出版社.1997

It is well known that the Mass concrete hydration heat build-up is not easy dissemination of internal and external is cooling rapidly, it is easy because of the uneven distribution of temperature cause stress and therefore produce temperature cracks.This article describes in detail cracks in mass concrete mechanism, and from materials, design,construction and put forward controls, citing specific examples to demonstrate.

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10.3969/j.issn.1001-8972.2011.08.040