淺議大體積混凝土溫度裂縫

李建中

鶴壁煤電股份有限公司化工分公司（458000）

混凝土是一種由砂石骨料、水泥、水及其他外加填料混合而成的非均質脆性材料。混凝土裂縫產生的原因很多，在實際工程中要根據實際情況區別對待。混凝土裂縫產生包括干縮裂縫、塑性收縮裂縫、沉陷裂縫、溫度裂縫等。

大體積混凝土的裂縫主要是溫度裂縫，他多發生在混凝土表面或溫差變化較大地區的混凝土結構中。混凝土結構物的溫度裂縫可分為微觀裂縫和宏觀裂縫。微觀裂縫在混凝土結構中的分布是不規則，不貫通的，并且肉眼看不見。宏觀裂縫是由微觀裂縫擴展而來的。溫度，作為一種變形作用，在混凝土結構中引起的裂縫有表面裂縫和貫穿裂縫兩種。這兩種裂縫在不同程度上都屬于有害裂縫。由于高層建筑、高聳結構物和大型設備基礎大量的出現，大體積混凝土也被廣泛采用，大體積混凝土結構的溫度裂縫日益成為建筑工程技術人員面臨的技術難題。

1 大體積混凝土溫度裂縫的成因

混凝土澆筑后，在硬化過程中，水泥水化產生大量的水化熱和澆筑產生的熱量，共同作用混凝土溫度。由于大體積混凝土的體積較大，大量的水化熱聚集在混凝土內部而不易散發，導致內部溫度急劇上升，而混凝土表面散熱較快，這樣就形成內外的較大溫差，使混凝土表面產生一定的拉應力。當拉應力超過混凝土的抗拉強度極限時，混凝土表面就會產生裂縫，這種裂縫多發生在混凝土施工中后期。

大體積鋼筋混凝土結構中,由于結構截面大，體積大，水泥用量多，水泥水化所釋放的水化熱會產生較大的溫度變化和收縮膨脹作用，由此引起的溫度應力是導致鋼筋混凝土產生裂縫的主要原因。這種裂縫的起因是溫度變化引起的變形，當變形得不到滿足時才會引起應力。

2 大體積混凝土溫度裂縫控制及采取措施

在大體積混凝土工程施工中，由于水泥水化熱引起混凝土澆筑內部溫度和溫度應力劇烈變化，從而導致混凝土發生裂縫。因此，控制混凝土澆筑塊體因水化熱引起的溫升、混凝土澆筑塊體的內外溫差及降溫速度，是防止混凝土出現有害的溫度裂縫的關鍵問題。

我們將大體積混凝土溫度裂縫的基本控制措施分為設計措施、施工措施和監測措施。隨著材料科學的發展和施工技術的完善，現場大體積混凝土的施工積累了不少經驗，如留永久性變形縫或伸縮縫、用蛇形冷卻水管來降低大體積混凝土內部溫度、采用液態氮降低混凝土入模溫度以及使用微膨脹混凝土減緩干縮等等。總上所述，為防止裂縫、減輕溫度應力，我們主要是從控制溫度、提高混凝土抗拉強度、改善約束條件幾個方面著手。

2.1 控制溫度的措施

①采用減水劑、減少用水量及水泥用量；合理選擇骨料粒徑及級配、砂率，在保證混合物和易性的原則下盡可能減少用水量,以降低水泥用量；采用優質粉煤灰等活性摻和料取代水泥用量，改善混合物和易性，可減少用水量，提高混凝土結構的后期強度及耐久性；

②加冷卻攪和水或用摻冰屑將碎石冷卻以降低混凝土的澆筑溫度；當混凝土體積特大或氣溫很高時，單靠冷卻拌和水法滿足不了要求，故還需與冷骨料配合使用。拌合混凝土時，用濕法、干法與真空氣法進行預冷骨料；

③熱天澆筑混凝土時減少澆筑厚度，利用澆筑層面散熱，澆筑后及時灑水養護，以保持混凝土表面經常濕潤；

④在混凝土中埋設鋼管，混凝土硬化過程中向鋼管內通入冷水，以降低核心部分混凝土溫度；

⑤規定合理的拆模時間，氣溫驟降時進行表面保溫，如∶用碘鎢燈或其他加熱裝置加熱表面，以免混凝土表面出現急劇的溫度梯度；

⑥施工中長期暴露的混凝土澆筑塊表面或薄壁結構，在寒冷季節采取保護措施。

2.2 提高混凝土極限抗拉強度

①選擇良好級配的粗骨料，嚴格控制其含泥量不大于1.5%；

②加強混凝土的振搗，采用二次投料法及二次振搗法，加強早期養護，并在澆筑后及時排除表面積水,以提高混凝土濕度和早期齡期抗拉強度，減少收縮變形；

③在大體積混凝土內設置必要的溫度配筋（采用小直徑、密間距）。在應力集中處（如界面突變或轉折處，底板（頂板）與墻轉折處（孔洞轉角及周邊）增加斜向構造配筋，以防止混凝土出現裂縫。

2.3 改善約束條件的措施

①采取分層或分塊澆注大體積混凝土，合理設置水平或垂直施工縫，或在適當的位置設置施工后澆帶，以降低約束程度，并減少每次澆注長度的蓄熱量，以防止水化熱的集聚，減少溫度應力；

②對大體積混凝土基礎與巖石基地，或基礎與厚大的混凝土墊層之間設置滑動層，例如采用平面澆瀝青木絲板或聚苯乙烯泡沫塑料，以消除嵌固作用，釋放約束應力；

③采用合理的平面和立面設計,避免截面突變，從而減小約束應力。

此外，改善混凝土的性能，提高抗裂能力，加強養護，防止表面干縮，特別是保證混凝土的質量對防止裂縫是十分重要，應特別注意避免產生貫穿裂縫，出現后要恢復其結構的整體性是十分困難的，因此施工中應以預防和避免貫穿性裂縫的發生為主。在混凝土的施工中，為了提高模板的周轉率，往往要求新澆筑的混凝土盡早拆模。當混凝土溫度高于氣溫時應適當考慮拆模時間，以免引起混凝土表面的早期裂縫。新澆筑早期拆模，在表面引起很大的拉應力，出現“溫度沖擊”現象。在混凝土澆筑初期，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，與水化熱應力迭加，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，如泡沫海棉等，對于防止混凝土表面產生過大的拉應力，具有顯著的效果。

從溫度應力觀點出發，保溫應達到下述要求∶

①防止混凝土內外溫度差及混凝土表面梯度，防止表面裂縫；

②防止混凝土超冷，應該盡量設法使混凝土的施工期最低溫度不低于混凝土使用期的穩定溫度；

③防止老混凝土過冷，以減少新老混凝土間的約束。

混凝土的早期養護，主要目的在于保持適宜的溫濕條件，以達到兩個方面的效果，一方面使混凝土免受不利溫、濕度變形的侵襲，防止有害的冷縮和干縮。一方面使水泥水化作用順利進行，以期達到設計的強度和抗裂能力。

適宜的溫濕度條件是相互關聯的。混凝上的保溫措施常常也有保濕的效果。從理論上分析，新澆混凝土中所含水分完全可以滿足水泥水化的要求而有余。但由于蒸發等原因常引起水分損失，從而推遲或防礙水泥的水化，表面混凝土最容易而且直接受到這種不利影響。因此混凝土澆筑后的最初幾天是養護的關鍵時期，在施工中應切實重視起來。

3 結語

根據上述分析，大體積混凝土在三個階段產生的溫度應力均與內外部的溫差有關，因此，有效的控制混凝土內外溫差和提高混凝土極限抗拉強度，就成為了有效控制溫度應力的關鍵。對此，《混凝土結構工程施工及驗收規范》曾作了如下要求“大體積混凝上表面和內部溫差應控制在設計要求的范圍內，當設計無具體要求時，溫差不宜超過25℃”，并對澆筑溫度也作了“不宜超過28℃”的規定。對于大體積混凝土的溫差控制一般從三方面著手∶①控制混凝土的絕對發熱量；②采取有效措施降低混凝土內外溫差；③改善周圍的約束條件，改進配筋狀況，減小裂縫寬度。只有在施工中采取以上行之有效的措施，才能控制裂縫的出現或發展，進而保證建筑物安全、穩定地工作。