大體積混凝土溫度裂縫的原因及控制

薛飛

摘要：在房屋基礎或水利設施的土建工程中，大體積混凝土的裂縫問題一直困擾著工程技術人員，在施工中往往由于受外界與自身溫度變化的影響，出現各種形式的裂縫，嚴重影響建筑物的安全性能。本文針對大體積混凝土的施工條件，闡述大體積混凝土裂縫形成的主要原因，并提出預防措施，供廣大同行參考。

關鍵詞：溫度裂縫;大體積混凝土;水化熱;導熱系數

引言

在一些大型建筑的基礎施工及水利設施的壩體施工中，大體積混凝土的結構應用越來越廣泛。但大體積混凝土的溫度裂縫就成為了工程施工中最常見的一個質量問題。裂縫的形成不僅僅影響建筑物的外觀質量，還會影響建筑物的結構安全。因此須從多方著手解決大體積混凝土的溫度裂縫問題。

1大體積混凝土的結構特點及缺陷分析

大體積混凝土具有“體積大、拉伸變形小”的結構特點，其最小斷面尺寸一般都大于1米以上。基于以上特點，大體積混凝土極易產生溫度裂縫，主要有以下幾個方面的因素：

（1）水泥水化熱引起的內部溫升及溫度應力的影響。

水泥在水化過程會產生熱量，大體積混凝土內部的熱量就會在水化過程中因為很難釋放到外界而熱量聚積，溫度升高。熱量的釋放程度與水泥的品種和混合比有關。一般混凝土的溫升時間持續3～5天。由于混凝土的熱導系數偏低，聚積的熱量隨著混凝土的凝結硬化，熱量也在逐漸散失。因此，在降溫過程中產生的體積收縮與混凝土的彈性量、抗拉強度之間的抗衡應力越來越強，從而產生溫度應力裂縫。

（2）環境溫度急劇變化對混凝土的影響。

在不同的季節施工時，當澆注混凝土的溫度與外界氣溫的變化相差較大時，就會產生混凝土內部與外界的溫度差異梯度，從而使大體積混凝土產生裂縫。

（3）混凝土失水收縮引起的變形影響。

混凝土在攪拌混合時，水、水泥、砂石的配比也會對混凝土的裂縫產生影響。尤其是在水分的散失過程中，混凝土塊會發生干燥收縮，導致變形開裂。

（4）混凝土結構面積承受載荷的影響。 通常情況下，混凝土面積越大，在溫度變化和混凝土收縮時，混凝土的強度與載荷作用的抵抗力就越大，越容易裂縫。因為，結構截面越大，水泥的用量就越多，水化熱產生的溫升就越高，散熱也就越慢。隨著溫度的逐漸散失，熱脹冷縮產生的表面應力超過混凝土的極限抗拉強度，就會在混凝土表面產生裂縫。

2控制措施

現以某水庫壩體施工過程為例，探討大體積混凝土溫度裂縫的控制措施。

（1）控制混凝土的溫升措施。根據混凝土的溫升原理，在控制混凝土溫升時，盡可能減少降溫和水分蒸發產生的收縮，減小溫度應力，以防止溫升產生裂縫。

具體措施如下：

選擇水泥品種時要優先考慮低水化熱的水泥，減小水化熱溫升;混合配比時盡可能的在允許范圍內選擇大粒徑的粗骨料，不僅可以減少水泥用量，也可減少收縮應力;

并在配料時添加活性外加劑，如粉煤灰、失水劑等，加速水分蒸發散失;控制混凝土的水灰比、塌落度、水泥含雜等指標，攪拌時可以加冰降溫，或者人工方法控制出機溫度和澆注溫度，也可以在混凝土澆筑前預埋冷卻水管，通過冷卻水循環降低水化熱溫升，從而減小大體積混凝土的內外溫差;限制澆注層厚度和最短的澆注間歇期。

本工程中混凝土及其原材料等控制參數為：采用C30混凝土P.S42.5礦渣硅酸鹽水泥;配合比為（單位kg）=水159：水泥296：砂715：石子1256：粉煤灰67（每立方米混凝土質量比）;砂、石含水率分別為Ps2%、Pgl%;混凝土容重為2480kg/m3。材料的溫度及環境氣溫控制：水Tw22℃，砂、石子Te、Ts21℃，水泥Tg26℃、粉煤灰Tf23℃，環境氣溫T021℃。

（2）混凝土結構設計的控制措施。

混凝土的結構設計因素包括：混凝土等級、水泥用量、混凝土截面、混凝土與鋼筋（或鋼架）的結構等。水泥強度越高，水泥的用量越大，水化熱就越高。所以，在滿足工程強度及標準技術要求的前提下，要盡可能選用強度等級低的混凝土，充分利用混凝土60天的后期強度。以此降低水泥用量，降低混凝土的溫升，降低養護費用。另外，可以在配筋率、鋼架結構設計方面合理布置結構截面設計，盡可能減小溫度收縮的影響。

（3）混凝土結構收縮的控制措施。

混凝土在結構收縮過程中，會產生收縮裂縫，這與混凝土的密實度、與鋼筋的握持力、強度等有關。可以通過澆筑時的二次振搗，提高混凝土的抗壓強度;也可以采用二次投料的砂漿裹石或凈漿裹石攪拌新工藝來提高混凝土的密實度。

（4）加強混凝土的養護措施。

為了消除大體積混凝土內外溫差和環境溫度變化造成的影響，應根據施工當地的氣候條件合理確定澆水養護次數。一般要早晚各進行一次，覆蓋保濕可以采取用草簾、麻片、密封薄膜、濕沙或鋸末等材料覆蓋，也可提高混凝土的表面抗裂能力。混凝土的養護時間至少要保持在兩周以上，甚至更長。

（5）混凝土施工工藝控制措施。

混凝土施工中，除合理配比以外，還應嚴格控制施工工藝過程和相關技術標準。水泥的7天水化熱應小于25kj/kg;粗骨料的選擇要符合導熱性好、膨脹系數小的要求，盡可能選用較大的粒徑，細料選用細度模數高的中砂，可以降低用水量和水泥用量約25kg/m3左右，減少混凝土水分散失的影響，從而降低水泥水化熱、混凝土溫升和收縮。本工程中混凝土出機溫度按公式Tl=TO-O.16 （TO-Ti）計算，T1=22.9℃。式中：Tl-出機溫度（℃）;Ti-攪拌棚內溫度（℃）。

（6）加強混凝土的溫升測試監測措施。

大體積混凝土的裂縫控制，需要在施工中對混凝土絕熱溫升進行測試。具體可以根據水泥的用量、水化熱、混凝土比熱、混凝土密度來計算絕熱溫升。溫升檢測是保證混凝土澆注溫度和澆筑后溫升不超過規定值的主要控制參數。絕熱溫升Th=WO·QO/（C·p），式中：WO—每立方米混凝土中的水泥用量（kg/m3）;C—混凝土的比熱容取0.97 （KJ/kg·k）;QO—每千克水泥的累積最終熱量（KJ/kg）;p—混凝土的質量密度（kg/m3）。

在施工中實際溫升Th=41.9℃，同時還要保證混凝土養護中溫差不超過△T25℃。可以根據測量結果及時調整養護技術措施。

3效果及結論

通過采取上述技術措施和監測手段，該水庫壩體大體積混凝土澆注質量良好，溫度裂縫得到了有效控制。因此，大體積混凝土工程控制溫度裂縫是一項綜合性的技術工作，在現代化的建筑工程中已經成為施工質量控制的重要環節，不容忽視。