大體積混凝土溫度裂縫控制技術研究

王曉明

1 溫度應力與溫度裂縫

1.1 溫度應力的定義

對于大體積混凝土的定義，迄今為止尚無統一的說法。美國混凝土學會（ACI）、日本建筑學會、大體積混凝土施工規范（GB50496-2009）》均根據自己的研究成果對其進行了定義，但由于闡述側重點不一樣，導致定義不是很全面。僅用混凝土的幾何尺寸來定義和用混凝土內部溫度與環境溫度之差達到某規定值來定義大體積混凝土，也是不夠嚴謹的。所以綜合闡述，從幾何尺寸、溫度差導致溫度應力、裂縫控制措施等三方面去定義較為全面，即：大體積混凝土結構為現場澆筑的幾何尺寸較大，且采取了相應的技術措施去處理溫度差值、解決溫度應力，最大限度地減少混凝土開裂的混凝土結構。從上述對大體積混凝土定義的闡述可知，在大體積混凝土結構中，裂縫的產生大都與溫度應力有關。混凝土溫度應力一般約為30d。該階段混凝土的絕熱溫升與混凝土單位體積中水泥用量和水泥使用品種有關，并隨混凝土的齡期按指數關系遞增，該階段彈性模量隨混凝土齡期的增長而逐漸增高。中期應力為自早期結束至混凝土冷卻到穩定溫度時止，該階段混凝土性能趨于穩定，其彈性模量變化不大。晚期應力為中期結束至后期使用階段，這時溫度應力主要是由外界氣溫和水溫的變化所引起。

1.2 溫度應力的危害

混凝土為脆性材料，抗拉強度只是抗壓強度的1/10～1/20左右，其拉伸能力也很小，在短期加載過程中的極限拉伸變形更加小，所以大體積混凝土結構設計中通常要求不出現拉應力或出現很小的拉應力，而大體積混凝土結構基本不配置鋼筋的，或僅僅在其表面或孔洞位置處配置少量鋼筋，所以一旦出現了拉應力（水化熱溫度應力）就只能依靠混凝土自身來承受，抗拉性能差的脆性混凝土很容易產生裂縫。混凝土結構開裂不僅直接影響結構外觀，還會造成鋼筋銹蝕、混凝土碳化、降低強度，縮短結構耐久性，影響其正常使用，所以采取相應的技術措施去處理和解決溫度應力、并按裂縫開展去處理以最大限度地減少混凝土開裂顯得尤其重要。

2 溫度裂縫控制方法

2.1 材料控制方法

根據影響大體積混凝土開裂的因素，逐個分析裂縫產生的原因，然后提出確實可行的一套裂縫緩解技術方法是非常重要的。溫度裂縫控制首要應該從基礎方法-材料的選擇方面去考慮。由前可知，大體積混凝土裂縫的產生大都與溫度應力過大有關，而溫度應力主要來源于水泥水化熱，所以：①合理選用低或者中水化熱的水泥，以降低混凝土溫度峰值；②在混凝土中添加適當的混合材料（主要是粉煤灰）可以減少水泥的用量，降低混凝土的絕熱溫升；③在混凝土材料中摻加緩凝劑或高效減水劑，減少拌合混凝土時的用水量和減少水泥用量；④選擇粒徑較大、顆粒形狀較好、熱學性能好且級配良好的骨料。例如，王嘉楊在參考大量文獻的基礎上，提出材料控制的方法為：適當選擇降低混凝土水化熱的材料，降低混凝土成型時的溫度，在混凝土拌合物中添加纖維的措施來提高混凝土的抗裂性，以達到阻止混凝土裂縫發展的目的。劉偉通過試驗對摻加粉煤灰、乳化瀝青和聚丙烯纖維等改性材料混凝土的力學性能進行了研究，對多摻改性材料大體積混凝土抵抗溫度應力的能力進行了驗證。

2.2 水管冷卻法

由于水泥用量大，水泥水化時大量的熱量匯集導致混凝土內部溫度急劇上升（內部溫度可達60～90℃左右），而混凝土是熱的不良導體，自身溫降速度較慢，為了保證工程質量，加快工程施工進度，冷卻水管法是大體積混凝土溫控常用措施之一，即：在混凝土中預埋一些網狀水管，利用管中循環冷水（可用地下水、江、河、湖泊、自來水等各種水源）的流動來降低混凝土內部的溫度。20世紀中期，美國設計的胡佛壩為當時世界上最高的混凝土壩體，就選用了水管冷卻降溫的方法，進行了現場大量試驗，表明水管冷卻對混凝土壩體降溫效果十分明顯，由此成為大體積混凝土溫控方面的一項重要的措施。

2.3 設置永久變形縫

為了降低地基不均勻沉降、地震作用以及溫度應力和收縮變形等因素對建筑物的影響，在建造建筑物之前預先將變形敏感部位的結構斷開，留出一定變形縫，以保證各部分建筑物相互之間有足夠的寬度，從而在變形過程中降低建筑破壞的可能性。大體積混凝土地下室永久變形縫的設置，一般要求整個結構體系在設縫處完全脫開，特別要使高層與裙房徹底脫開，防止各自沉降對整體結構變形產生較大的影響。

3 結論

①材料控制方法作為一種基礎的裂縫控制方法，通過選用低或者中水化熱的水泥、添加適當的粉煤灰、摻加緩凝劑或高效減水劑、選擇性質合適且級配良好的骨料等手段，可以有效減少水或水泥的用量、降低混凝土的絕熱溫升，降低裂縫的開展。②冷卻水管、設置永久變形縫、設置溫度后澆帶、跳倉法為傳統和新興的施工控制技術，同樣為大體積混凝土在施工和使用過程中起到了較好的抗裂作用。

[1]楊超杰.大體積混凝土施工與溫度控制技術[J].建材與裝飾，2017（51）：52.

[2]黃 斌.大體積混凝土風冷卻溫度控制技術試驗研究[J].公路，2017，62（10）：240～245.