大體積混凝土溫度裂縫控制

(重慶交通大學 重慶 400074)

一、引言

隨著我國經濟的的快速騰飛，構筑物的體積都在不斷提升，因此大體積混凝土無法避免得應用于橋梁工程、房屋建筑、水利工程、市政工程等方面。

二、大體積混凝土的研究概況

混凝土裂縫一直是在工程中經常出現但是難以控制的現象。裂縫包括外力引起的裂縫和溫度裂縫。彎矩外荷載引起的裂縫因為分布規律強，應力分布容易觀察，所以國內外對于外力引起的裂縫都又深入的研究。溫度裂縫一直各個國家都在研究，可是因為他的成因及特點都難以控制，所以一直是重點研究對象。如今大體積混凝土已經運用到各個方方面面，世界各個國家都想對他進行深入透徹的研究。美國有研究機構207及224專門對各種外力內里對混凝土裂縫的產生進行研究，但是因為工況不同所以對混凝土的伸縮縫以及混凝土中的鋼筋含量無法給出準確的要求，都需要工程師對于不同情況進行不同的分析，再根據不同的規范自行采用數據[1]。我們國家在大體積混凝土裂縫方面也進行了深入的研究,王鐵夢先生是這方面的代表[2],是第一個系統化的研究大體積混凝土的溫度裂縫的先驅[3]，他的著作對于溫度裂縫做了細致的研究[4]，從理論到工程實際問題上都做了深入研究和細致的介紹，是最早的實用手冊，也是對于溫度裂縫的標準之一[5]

三、溫度裂縫的產生原因

(一)水化熱

水泥硬化產生水化熱，水化熱使混凝土整體升溫，這是水泥硬化時期的一種普遍現象。水泥從泵車或現場拌合后都需不斷攪拌保持他的流動性，入模后水泥會硬化，水泥水化一般可達到20℃-30℃甚至更高。規范讓我們盡量將混凝土的內外溫差控制不超過25℃[6]。水泥入模后，因為水化的關系，水泥會放出大量熱量，混凝土整體都會升溫，隨著時間的推遲，混凝土截面過大，使得內部的產生的熱量一直集聚在內部，不容易散發出去，而外部因為可以和空氣接觸，所以溫度下降的很快，這就使得內部的體積膨脹更加嚴重，會對表面產生膨脹的引力，是表面產生裂縫后期降溫階段，外部與空氣接觸，所以溫度不會有太大的變化，但是混凝土內部散熱慢，所以前后的溫度梯度會很大。

(二)外界氣溫

如果外部氣溫過高，那么水泥入模是的溫度就是外界溫度，也就相對更高，那么水化產生的熱量加上本身入模的熱量疊加就會更多，更加難以散熱，雖然外界溫度相對高，但是混凝土外部依然可以將水化的熱量散發出去，所以就會產生內外的溫度差，產生溫度應力。但是當拆模時，外界溫度過低，外部溫度下降劇烈，產生內外的溫差，再次產生溫度梯度，產生溫度裂縫，此時需要有保溫措施。

(三)約束條件

結構在產生變形時，會受到外界條件阻礙他們的變形,即約束條件[7]。在外界的約束條件下,混凝土結構產生的變形,是溫差與溫度膨脹系數的乘積,當拉應力超過混凝土極限拉伸值時,就會出現裂縫，經過實驗多次驗證,多數工程溫差在20℃一25℃之間不會開裂[8]

四、溫度裂縫控制措施

(一)水泥以及骨料的選擇

水泥的選取對于溫度的影響很大，首先應該選用在硬化時不會放熱太多的的低水化熱的水泥，其次在配比時減少水泥的用量。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)[9]。礦渣硅酸鹽水泥、火山灰水泥就是性能很優良，不僅對于混凝土的強度有提高的作用同時在大體積混凝土中，他們的水化熱都很小。

(二)摻合料和外加劑的選擇

分塊澆筑時大體積混凝土澆筑時比較適宜的方法，分塊澆筑的有點在于可以把大體積的混泥土分成小體積分別澆筑，這樣對于熱量問題產生裂縫的幾率就會大大降低，不過分塊澆筑要注意分塊之間的縫隙，混凝土是一種整體性材料，如果沒處理好，可能會造成應力集中，對耐久性、穩定性破壞非常大[10]。

(三)摻合料和外加劑的選擇

摻入摻合料對于混凝土的溫度裂縫也有影響。混凝土內部有很多的孔隙孔道，水分蒸發會使內部產生應力，從而產生裂縫。外加劑主要有膨脹劑和減水劑等，膨脹劑是使混凝土硬化時產生膨脹，可以使干縮的體積被充滿，減小干縮產生的裂縫，減水劑是減小混凝土的水灰比，可以使混凝土的配合是的水泥用量減少，減少混凝土的裂縫[11]。

(四)降低溫度

降低混凝土入模時候的溫度非常有必要，入模時溫度低了就會讓內部的最高溫度降低，這樣內外的溫差就會減小，從而減少溫度裂縫。

五、結束語

文中已經詳細敘述了混凝土溫度裂縫該如何避免，主要是兩個方面，第一個方面從溫度著手，設計階段對于大粒徑骨料的選擇，低水化熱的水泥選配，外加劑摻合劑的運用都是從混凝土水化產熱的角度去降低水化熱。施工階段運用不同的施工手法，目的也在于混凝土內部更好的散熱，減小溫度梯度，養護階段外界溫度對于拆模后的混凝土有很大的影響，所以保溫是比較好的解決手段。第二個反面是濕度的影響，這個主要是在養護階段，養護階段的混凝土容易水分散發，從而影響水化熱，所以適當灑水，可以用來控制溫度裂縫。第三個方面是約束，約束介紹的比較深奧，就是在混凝土膨脹收縮時外界約束也會有很大的影響。