大體積混凝土溫度裂縫控制

(重慶交通大學(xué) 重慶 400074)

一、引言

隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的的快速騰飛，構(gòu)筑物的體積都在不斷提升，因此大體積混凝土無(wú)法避免得應(yīng)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(jīng)常出現(xiàn)但是難以控制的現(xiàn)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?yàn)榉植家?guī)律強(qiáng)，應(yīng)力分布容易觀察，所以國(guó)內(nèi)外對(duì)于外力引起的裂縫都又深入的研究。溫度裂縫一直各個(gè)國(guó)家都在研究，可是因?yàn)樗某梢蚣疤攸c(diǎn)都難以控制，所以一直是重點(diǎn)研究對(duì)象。如今大體積混凝土已經(jīng)運(yùn)用到各個(gè)方方面面，世界各個(gè)國(guó)家都想對(duì)他進(jìn)行深入透徹的研究。美國(guó)有研究機(jī)構(gòu)207及224專門(mén)對(duì)各種外力內(nèi)里對(duì)混凝土裂縫的產(chǎn)生進(jìn)行研究，但是因?yàn)楣r不同所以對(duì)混凝土的伸縮縫以及混凝土中的鋼筋含量無(wú)法給出準(zhǔn)確的要求，都需要工程師對(duì)于不同情況進(jìn)行不同的分析，再根據(jù)不同的規(guī)范自行采用數(shù)據(jù)[1]。我們國(guó)家在大體積混凝土裂縫方面也進(jìn)行了深入的研究,王鐵夢(mèng)先生是這方面的代表[2],是第一個(gè)系統(tǒng)化的研究大體積混凝土的溫度裂縫的先驅(qū)[3]，他的著作對(duì)于溫度裂縫做了細(xì)致的研究[4]，從理論到工程實(shí)際問(wèn)題上都做了深入研究和細(xì)致的介紹，是最早的實(shí)用手冊(cè)，也是對(duì)于溫度裂縫的標(biāo)準(zhǔn)之一[5]

三、溫度裂縫的產(chǎn)生原因

(一)水化熱

水泥硬化產(chǎn)生水化熱，水化熱使混凝土整體升溫，這是水泥硬化時(shí)期的一種普遍現(xiàn)象。水泥從泵車或現(xiàn)場(chǎng)拌合后都需不斷攪拌保持他的流動(dòng)性，入模后水泥會(huì)硬化，水泥水化一般可達(dá)到20℃-30℃甚至更高。規(guī)范讓我們盡量將混凝土的內(nèi)外溫差控制不超過(guò)25℃[6]。水泥入模后，因?yàn)樗年P(guān)系，水泥會(huì)放出大量熱量，混凝土整體都會(huì)升溫，隨著時(shí)間的推遲，混凝土截面過(guò)大，使得內(nèi)部的產(chǎn)生的熱量一直集聚在內(nèi)部，不容易散發(fā)出去，而外部因?yàn)榭梢院涂諝饨佑|，所以溫度下降的很快，這就使得內(nèi)部的體積膨脹更加嚴(yán)重，會(huì)對(duì)表面產(chǎn)生膨脹的引力，是表面產(chǎn)生裂縫后期降溫階段，外部與空氣接觸，所以溫度不會(huì)有太大的變化，但是混凝土內(nèi)部散熱慢，所以前后的溫度梯度會(huì)很大。

(二)外界氣溫

如果外部氣溫過(guò)高，那么水泥入模是的溫度就是外界溫度，也就相對(duì)更高，那么水化產(chǎn)生的熱量加上本身入模的熱量疊加就會(huì)更多，更加難以散熱，雖然外界溫度相對(duì)高，但是混凝土外部依然可以將水化的熱量散發(fā)出去，所以就會(huì)產(chǎn)生內(nèi)外的溫度差，產(chǎn)生溫度應(yīng)力。但是當(dāng)拆模時(shí)，外界溫度過(guò)低，外部溫度下降劇烈，產(chǎn)生內(nèi)外的溫差，再次產(chǎn)生溫度梯度，產(chǎn)生溫度裂縫，此時(shí)需要有保溫措施。

(三)約束條件

結(jié)構(gòu)在產(chǎn)生變形時(shí)，會(huì)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(jié)構(gòu)產(chǎn)生的變形,是溫差與溫度膨脹系數(shù)的乘積,當(dāng)拉應(yīng)力超過(guò)混凝土極限拉伸值時(shí),就會(huì)出現(xiàn)裂縫，經(jīng)過(guò)實(shí)驗(yàn)多次驗(yàn)證,多數(shù)工程溫差在20℃一25℃之間不會(huì)開(kāi)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(duì)于溫度的影響很大，首先應(yīng)該選用在硬化時(shí)不會(huì)放熱太多的的低水化熱的水泥，其次在配比時(shí)減少水泥的用量。水泥礦物中發(fā)熱速率最快和發(fā)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(yōu)良，不僅對(duì)于混凝土的強(qiáng)度有提高的作用同時(shí)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(shí)大體積混凝土澆筑時(shí)比較適宜的方法，分塊澆筑的有點(diǎn)在于可以把大體積的混泥土分成小體積分別澆筑，這樣對(duì)于熱量問(wèn)題產(chǎn)生裂縫的幾率就會(huì)大大降低，不過(guò)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(méi)處理好，可能會(huì)造成應(yīng)力集中，對(duì)耐久性、穩(wěn)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(duì)于混凝土的溫度裂縫也有影響。混凝土內(nèi)部有很多的孔隙孔道，水分蒸發(fā)會(huì)使內(nèi)部產(chǎn)生應(yīng)力，從而產(chǎn)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(shí)產(chǎn)生膨脹，可以使干縮的體積被充滿，減小干縮產(chǎn)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(shí)候的溫度非常有必要，入模時(shí)溫度低了就會(huì)讓內(nèi)部的最高溫度降低，這樣內(nèi)外的溫差就會(huì)減小，從而減少溫度裂縫。

五、結(jié)束語(yǔ)

文中已經(jīng)詳細(xì)敘述了混凝土溫度裂縫該如何避免，主要是兩個(gè)方面，第一個(gè)方面從溫度著手，設(shè)計(jì)階段對(duì)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(yùn)用都是從混凝土水化產(chǎn)熱的角度去降低水化熱。施工階段運(yùn)用不同的施工手法，目的也在于混凝土內(nèi)部更好的散熱，減小溫度梯度，養(yǎng)護(hù)階段外界溫度對(duì)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(gè)反面是濕度的影響，這個(gè)主要是在養(yǎng)護(hù)階段，養(yǎng)護(hù)階段的混凝土容易水分散發(fā)，從而影響水化熱，所以適當(dāng)灑水，可以用來(lái)控制溫度裂縫。第三個(gè)方面是約束，約束介紹的比較深?yuàn)W，就是在混凝土膨脹收縮時(shí)外界約束也會(huì)有很大的影響。