筏基大體積混凝土溫度裂縫控制的研究

楊立群 李飛奇

摘要：伴隨我國高層建筑的不斷涌現，筏板基礎的應用十分廣泛。因為基礎深、底板厚、混凝土一次澆筑量大，筏板基礎大體積混凝土結構溫度裂縫問題越來越突出，并成了工程界廣泛關注的問題。本文就筏基大體積混凝土溫度裂縫控制進行了探討。

關鍵詞：筏基；大體積混凝土；溫度；裂縫控制

中圖分類號： TU544+.91 文獻標識碼： A

一、大體積混凝土裂縫的種類

混凝土內部裂縫種類很多，按照裂縫的成因、出現的階段以及對混凝土結構的影響可以劃分為很多類別，以下為混凝土內部裂縫種類的幾種劃分：

（1）混凝土裂縫按照其出現的不同階段可劃分為早期裂縫、中期裂縫和后期裂縫。通常所說的早期裂縫是指混凝土澆筑完成后的一個月內出現的裂縫，此時混凝土尚未達到設計強度。中期裂縫形成在混凝土澆筑完成后的 2~6 個月內，由于設計因素或施工原因造成的裂縫。后期裂縫是指混凝土澆筑完成 1~2 年或者更長時間內形成的裂縫，這類裂縫形成主要是由于外因突變或自然界侵蝕造成。

（2）混凝土裂縫按照可視性可分為微觀裂縫和宏觀裂縫。微觀裂縫是指肉眼看不到的、混凝土內部固有的一種裂縫。微觀裂縫寬度一般在 0.05mm 以下，是不連貫的。微觀裂縫是混凝土本身固有的，荷載不超過設計規定的情況視為無害。宏觀裂縫是大于等于0.05mm 的裂縫，是微觀裂縫隨著時間的推移不斷發展而形成的。工程界普遍認為寬度小于 0.2~0.3mm 的裂縫是無害的，但這里必須有個前提，即裂縫不在擴展，為最終寬度。

微裂縫的存在對混凝土的一些基本性質產生重要的影響，例如彈塑性、徐變、各種強度、變形、泊松比、結構剛度以及化學反應等。當混凝土受到低于極限荷載 30%拉力作用下時，混凝土的微裂縫分布是不規則、非貫穿的。因此，帶有微裂縫的混凝土是可以承受拉力的，受拉時微裂縫無顯著變化；當拉力荷載為極限荷載的 30%~70%時，在結構的薄弱環節，微裂縫很容易擴展并串聯起來，寬度開始擴展并且數量開始增加；當荷載達到到70%~90%時，微裂縫顯著地擴展并迅速增多并且串連合并，直至混凝土結構完全破壞。

（3）混凝土裂縫按其成因可分為沉降裂縫、塑性裂縫、溫度裂縫、應力裂縫等。

（4）混凝土裂縫按照是否有發展可分為發展裂縫、可自動愈合裂縫和終止裂縫。

（5）混凝土裂縫按其深度可分為深裂縫、淺裂縫。裂縫深度不大于 500 mm 的裂縫為淺裂縫;裂縫深度大于 500 mm 的裂縫為深裂縫。

（6）混凝土裂縫按形狀劃分可分為橫向裂縫、縱向裂縫、水平裂縫、垂直裂縫、斜裂縫、龜裂縫等。 在大體積混凝土結構內部，裂縫并不是以單一形式存在的。大部分裂縫可能同時具有幾種裂縫的特性，有時也會從一種裂縫轉化為另一種形式裂縫。裂縫的形式是變化多樣的，沒有統一的劃分標準。要正確認識和分析混凝土結構的裂縫,首先要掌握混凝土的原材料、結構特性、部位特性、澆筑時間等宏觀條件，在了解裂縫的分布、走向、形成時間、發展情況、深度、寬度等微觀情況后，根據得到的信息和數據，分析裂縫的成因、推斷裂縫的發展趨勢、得出裂縫的預防的措施以及補救方法。

二、大體積混凝土溫度裂縫的主要影響因素

大體積混凝土施工階段產生的溫度裂縫，是大體積混凝土內外溫差所導致的，一旦溫度應力超過混凝土所能承受的抗拉強度，就會產生裂縫。

（一）水泥水化熱

在大體積混凝土結構澆筑完成后，水泥在水化過程中釋放大量水化熱。由于混凝土的導熱能力較差，聚集在混凝土內部的熱量無法有效的散失，大體積混凝土內部溫度持續升高且居高不下。混凝土表面與大氣相接觸，具有良好的散熱條件，熱量很快得到釋放。散熱條件的不同致使大體積混凝土不同部位出現不同的溫度，產生很大的內表溫差。內表溫差的存在致使混凝土內部產生溫度應力。一旦溫度應力超出混凝土的極限應力，就會導致混凝土開裂，從而產生溫度裂縫。

（二）大體積混凝土的導熱性能

大體積混凝土導熱性能越好，即導熱系數越大，內部熱量傳導速率就越大，其與外界熱量交換的效率也就越高，從而降低大體積混凝土內的最高溫升，同時也減小了大體積混凝土的內外溫差。

（三）施工期間環境溫度變化

大體積混凝土結構施工期間，環境溫度對其影響十分明顯。環境溫度的高低會影響到混凝土的澆筑溫度（即大體積混凝土的入模溫度），澆注溫度越高，大體積混凝土的熱峰值就越高。同時，當環境溫度發生變化時，會影響到大體積混凝土的降溫幅度，環境溫度的驟降會加大大體積混凝土內外層之間的溫度梯度，不利于大體積混凝土溫度裂縫的防治。

三、大體積混凝土溫度裂縫的控制措施

（一）水泥的選擇

水泥是一種重要的建筑材料，水泥水化過程中釋放大量的水化熱。大體積混凝土由于水泥用量巨大，內部聚集大量熱量不易散發，形成混凝土內表溫差，從而產生溫度裂縫。在筏板大體積混凝土施工中，應盡量選擇低熱水泥，從根本上控制由水泥的水化熱所引起的混凝土內部溫度。實踐表明，每減少 10kg 水泥用量便可以降低 1℃的溫度。此外，為了降低因水泥水化產生的熱量引起的溫升，在滿足基礎混凝土強度的條件下，應當盡量利用混凝土 60~90 天的后期強度，這樣既可以避免混凝土在前期就釋放出大量的水化熱而使混凝土產生較大的溫差，又可以降低混凝土澆筑塊體的溫升。

（二）骨料的選擇

骨料在混凝土中主要起到骨架和填充的作用，可分為細骨料和粗骨料。在工程施工過程中可以將粒徑大于 5mm 的骨料稱之為粗骨料，又稱石；粒徑小于 5mm 的骨料稱之為細骨料，又稱砂。

連續級配的骨料可以使得混凝土更密實，和易性更好，在減少水泥用量的情況下仍然可以達到強度目標。因此，在骨料的選擇中應優先考慮連續級配的骨料。為達到所謂連續級配，粗骨料可以選擇碎石，細骨料應選擇中粗砂，提高混凝土的強度和抗裂性能。

（三）控制混凝土入模溫度

選擇較適宜的氣溫澆筑大體積混凝土，應盡量避免在炎熱天氣進行澆筑。如工期需要，必須在炎熱天氣進行澆筑，可調整工序，使混凝土澆筑時間避開當天的高溫時段。同時采用澆筑時避免陽光直射，對施工運輸機具進行保溫防曬等措施，降低混凝土的入模溫度，將其控制在25℃以下

（四）控制混凝土澆筑溫度

混凝土的澆筑溫度越高，混凝土澆筑后內部所達到的最高溫度也越高，則會造成大體積混凝土內部和表面的溫差變大，使混凝土的表面開裂。降低混凝土的澆筑溫度是在施工過程中控制混凝土溫度裂縫的有效手段。影響混凝土澆筑溫度的因素有: 混凝土的出機溫度、運輸途中混凝土的溫度變化、泵送過程中混凝土的溫度升高等。降低砂石的溫度是降低混凝土出機溫度的有效方法，夏季施工可對砂石采用覆蓋、避免陽光直射、用冷水沖淋等方式來降低砂石的溫度。必要時還可用加冰水為拌合水來降低混凝土的出機溫度。在運輸的過程中可以采取在運輸車的儲藏罐上噴淋冰水，在泵送管道上覆蓋草席淋灑冰水可以有效的降低混凝土在運輸過程中的升溫，保證混凝土的澆筑入模溫度。

（五）加強混凝土的保溫和養護

1、在大體積混凝土保溫養護過程中，應加強對混凝土核心溫度、內表溫差以及降溫速率的監測工作，并根據監測結果及時有效地調整溫控方案，將溫度監測與溫控措施緊密的聯系在一起，真正做到監測結果指導溫控方案。

2、在大體積混凝土保溫養護過程中，為防止混凝土的徐變與溫度發展不協調現象的發生，帶來不必要的問題，盡量不得采用強制、不均勻的降溫措施，例如水管冷卻。

3、當混凝土模板采用木質模板時，應考慮到木質模板的保溫效果，確定具體拆模時間。

結語

大體積混凝土裂縫產生的機理較為復雜，合理的選擇混凝土的原材料，合理的設計混凝土的配合比，降低混凝土中的水泥用量，增強混凝土的抗裂性能可以有效的避免大體積結構物溫度裂縫的出現。本文僅對大體積混凝土溫度裂縫提出了簡單的控制措施。總之，只有對其產生原因進行正確分析才能從根本上予以防治，從而確保工程質量。

參考文獻：

[1]胡章貴. 大體積混凝土溫度裂縫的成因與控制[J]. 中國科技信息,2011,08:78-79.

[2]樓偉中,周雄杰. 大體積混凝土溫度裂縫控制的分析與研究[J]. 中國水運(下半月),2012,10:252-254.