大體積混凝土水化熱的解決

謝佳桃+劉欣怡

摘 要：建筑物高度和體積的不斷擴(kuò)大，大體積混凝土的運(yùn)用愈加頻繁，人們對(duì)其質(zhì)量要求也越來(lái)越高。大體積混凝土的水化熱是施工中一個(gè)需要控制的重要的要點(diǎn)。大量的水化熱會(huì)導(dǎo)致混凝土開(kāi)裂，這會(huì)嚴(yán)重影響到混凝土的使用性能。通過(guò)對(duì)開(kāi)裂原因的分析，本文針對(duì)性的提出如何減小水化熱對(duì)混凝土的破壞。

關(guān)鍵字：大體積混凝土；溫度裂縫；裂縫控制措施

1 引言

隨著我國(guó)的基礎(chǔ)建設(shè)的發(fā)展，大體積混凝土廣泛應(yīng)用于各種超大建筑、大壩、橋墩、錨定以及超大型橋梁結(jié)構(gòu)當(dāng)中。在運(yùn)用于這些建筑當(dāng)中時(shí)，安全、經(jīng)濟(jì)是必須要考慮到的因素，同時(shí)由于大體積混凝土在結(jié)構(gòu)中一般都會(huì)充當(dāng)重要受力或傳力部位，因此它的質(zhì)量尤為關(guān)鍵。

2 大體積混凝土使用中存在的問(wèn)題

混凝土是由水泥、砂石、水和各種外摻劑混合而成的一種性狀較為穩(wěn)定的混合物。在其凝結(jié)的過(guò)程中內(nèi)部會(huì)發(fā)生水化反應(yīng)，這會(huì)產(chǎn)生大量的熱量：小體積混凝土由于傳熱路徑較短，對(duì)水化熱的反應(yīng)不強(qiáng)烈，而大體積混凝土因?yàn)楹穸却蟆鳠崧仍颍瑢?dǎo)致混凝土?xí)驗(yàn)槭艿嚼瓚?yīng)力而開(kāi)裂。

在施工的時(shí)候，大體積混凝土對(duì)整體性要求高，同時(shí)必須滿足強(qiáng)度、剛度、穩(wěn)定性和耐久性要求，故其施工難度也較大。本文主要研究因水泥水化熱而產(chǎn)生裂縫這一問(wèn)題。

3 裂縫的產(chǎn)生機(jī)理[1]

混凝土是抗壓材料，其抗拉能力很弱，因此一旦有拉應(yīng)力作用在混凝土上，就很有可能導(dǎo)致混凝土開(kāi)裂。水泥的水化放熱會(huì)導(dǎo)致混凝土產(chǎn)生溫度應(yīng)力而拉裂混凝土。

大體積混凝土的開(kāi)裂主要是由下面兩個(gè)因素引起的：（1）大體積混凝土由于水泥水化產(chǎn)生的熱量引起的溫度差；（2）內(nèi)部約束及外部約束對(duì)混凝土變形的影響溫度差是溫度應(yīng)力的起因。混凝土中的水泥在凝結(jié)的過(guò)程中會(huì)發(fā)生水化反應(yīng)，在水化反應(yīng)的過(guò)程中會(huì)散發(fā)大量的熱。在混凝土的表面，由于與外界環(huán)境距離很近，故散熱速率較快，熱量可迅速散發(fā)到空氣中，保持混凝土表面溫度與外界保持一致；而在混凝土內(nèi)部，砼的散熱性很差，與外界距離又很大，內(nèi)部熱量不易散發(fā)出去，故在大體積混凝土內(nèi)部和外部會(huì)形成較大的溫差。

約束分為內(nèi)部約束和外部約束。混凝土的內(nèi)部和外部具有較大溫差，這種溫度分布不均勻會(huì)導(dǎo)致各部分變形不一致，從而會(huì)產(chǎn)生內(nèi)部約束。大體積混凝土從內(nèi)到外溫度是逐漸降低的，內(nèi)部溫度高，變形就較大；外部溫度較低，變形就較小。這樣會(huì)造成內(nèi)部膨脹，而外部約束內(nèi)部的膨脹，就會(huì)在混凝土表面產(chǎn)生拉應(yīng)力，當(dāng)拉應(yīng)力大于混凝土的抗拉強(qiáng)度時(shí)，就會(huì)在混凝土表面產(chǎn)生大量裂縫。這是由于混凝土內(nèi)溫度不均勻?qū)е碌牧芽p。

外部約束一般是出現(xiàn)在澆筑后六七天時(shí)，這時(shí)混凝土水化反應(yīng)基本完成，內(nèi)部的熱量慢慢往外散失，在此過(guò)程中伴隨著水分的蒸發(fā)，混凝土就會(huì)產(chǎn)生收縮，但由于支座約束著混凝土不能自由收縮，就會(huì)產(chǎn)生收縮應(yīng)力，此應(yīng)力為拉應(yīng)力。當(dāng)拉應(yīng)力大于混凝土的抗拉強(qiáng)度時(shí)就會(huì)產(chǎn)生較大的裂縫。

于是我國(guó)在2009年11月頒布的《大體積混凝土施工規(guī)范》（GB50496-2009），其中對(duì)大體積混凝土施工過(guò)程中溫控指標(biāo)提出了下列規(guī)定[2]：

1.混凝土澆筑體在入模溫度基礎(chǔ)上的溫升值不宜大于50℃。

2.混凝土澆筑體的里表溫差（不含混凝土收縮的當(dāng)量溫度）不宜大于20℃。

3.混凝土澆筑體的降溫速率不宜大于2.0℃/d。

4.混凝土澆筑表面與大氣溫差不宜大于20℃。

4 減小裂縫的措施

4.1 采用合理的混凝土配合比

合理配置混凝土配合比。混凝土中產(chǎn)生水化熱和發(fā)生收縮的都是水泥，因此在混凝土（尤其是高等級(jí)混凝土）中水泥的含量越少產(chǎn)生的水化熱也就越少，也就能更好的防止混凝土開(kāi)裂，因此盡量選用高等級(jí)的水泥來(lái)減少其用量。

同時(shí)在選擇水泥時(shí)，選擇水化熱低、初凝時(shí)間長(zhǎng)來(lái)降低水化放熱總量和延緩降溫過(guò)程。

往混凝土中添加外摻劑，盡量減少單位體積混凝土的用水量，嚴(yán)格控制水灰比，延長(zhǎng)混凝土達(dá)到最高溫度的時(shí)間。[3]

4.2 預(yù)埋冷水管道

在混凝土澆筑前預(yù)埋冷水管道，在混凝土凝結(jié)的時(shí)候往里面通冷水來(lái)帶走水化熱，降低內(nèi)外溫差。

4.3 在底座添加砂石墊層

在大體積混凝土做地基的時(shí)候在下方布置一層卵石層和一層砂墊層，以此來(lái)形成一個(gè)墊層，在一定程度上解決了混凝土的滑動(dòng)問(wèn)題，減輕外部約束力。

4.4 做好后期養(yǎng)護(hù)工作

混凝土的后期養(yǎng)護(hù)主要有保溫、保濕工作。保持混凝土外表面溫度，避免內(nèi)外溫差過(guò)大；每天做好保濕養(yǎng)護(hù)，減少混凝土內(nèi)部水分的散發(fā)，減小混凝土的收縮。

5 結(jié)語(yǔ)

混凝土是工程質(zhì)量最基礎(chǔ)的保障，因此防止混凝土開(kāi)裂是必須做好的一項(xiàng)硬性指標(biāo)。但在實(shí)際工程中，混凝土的開(kāi)裂是常有的事，因此更進(jìn)一步的采取采取措施來(lái)防止混凝土的開(kāi)裂是有研究意義的。

參考文獻(xiàn)

[1]江昔平，王社良，段述信.超大體積混凝土溫度裂縫產(chǎn)生機(jī)理分析與抗裂控制新對(duì)策 [J].混凝土.2007，12：98-101

[2]GB50496-2009，大體積混凝土施工規(guī)范[S].北京：中國(guó)計(jì)劃出版社，2009

[3]付春輝.大體積混凝土基礎(chǔ)水化熱分析[J].北方交通.2016，12：54-58