建筑工程大體積混凝土溫度裂縫控制研究

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1 大體積混凝土概述

我國對大體積混凝土的定義有兩種，第一種按照混凝土的結構尺寸將實體尺寸大于1m的大體量混凝土稱為大體積混凝土，第二種按照混凝土的性質將水化熱產生有害裂縫的混凝土稱為大體積混凝土[1]。

大體積混凝土的特征為結構大、尺寸大、承載力強、防水、鋼筋布置密度大、出現裂縫的概率大、安全性高、混凝土設計標號高、水泥用量大、收縮變形概率大、澆筑量大、施工時間長、施工工藝高、受季節和溫度影響大[2]。

2 大體積混凝土溫度裂縫的類型及成因

2.1 大體積混凝土溫度裂縫的類型

（1）干縮裂縫。網狀裂縫和平行線狀淺細裂縫是大體積混凝土干縮裂縫的特征，一般裂縫寬度在0.05～0.20mm，這種類型的裂縫在大體積混凝土平面中比較常見。大體積混凝土施工過程中水泥的用量和水灰比是導致干縮裂縫的原因，混凝土澆筑后水分蒸發就會形成干縮裂縫。干縮裂縫首先會導致大體積混凝土的抗滲性下降，然后影響大體積混凝土的使用耐久性，最后造成大體積混凝土的承載力下降[3]。

（2）溫度裂縫。混凝土內外溫度差距導致大體積混凝土產生的裂縫主要為溫度裂縫，溫度裂縫發生在表面或者結構中都是有可能的，并且裂縫的寬度也不盡相同。一般來說，冬季溫差導致的裂縫寬度比較大，夏季溫差導致的裂縫寬度比較小。溫度裂縫的寬度有大有小，其裂縫的走向也沒有規律，橫豎交錯的裂縫都是常見的。

（3）沉陷裂縫。大體積混凝土沉陷裂縫是結構基地導致的，地基回填土和土質疏松會導致混凝土沉陷，最后混凝土模板支撐間距比較大導致沉降裂縫的發生。冬季混凝土化凍之后是沉陷裂縫發生的常見時期，沉陷裂縫一般表現為貫穿型，裂縫走向和沉陷的方向有直接關系，如果沉陷比較嚴重會導致裂縫錯位。

（4）塑性收縮裂縫。大體積混凝土塑性收縮裂縫會對混凝土的性能和使用壽命造成影響，一般來說，塑性收縮裂縫主要發生在天氣炎熱或者風力較強的天氣狀況。塑性收縮裂縫表現為不連貫、長短不一致、中間寬兩端細，主要發生在混凝土表面。

2.2 大體積混凝土產生溫度裂縫的原因

（1）約束作用。大體積混凝土澆筑完成之后結構不同會導致混凝土內部發生約束作用，最后產生溫度裂縫，因此混凝土澆筑過程中保持結構均勻非常重要。

（2）水化熱。大體積混凝土澆筑完成之后外部熱量散失比較快，內部由于混凝土導熱性差的原因使熱量散失比較慢，而大體積混凝土需要使用大量的水泥，混凝土內部水含量比較大，在混凝土內部熱量散失困難的情況下水溫會升高，最后因混凝土內外溫差過大而產生溫度裂縫。

（3）收縮變形。大體積混凝土發生收縮變形之前凝固體內部大密度固體顆粒會發生下沉現象，而水與顆粒相反向上沁到混凝土外表面，在混凝土粗骨料和鋼筋下方形成水囊，最后混凝土體積收縮產生應力變形出現溫度裂縫。

3 建筑工程大體積混凝土溫度裂縫防治措施

3.1 溫度裂縫抗裂防治措施

（1）設計階段。建筑工程設計人員在施工圖紙中設計大體積混凝土的使用時需要按照相應的施工標準，既要保證大體積混凝土的設計強度符合要求，又需要保證大體積混凝土抗彎及抗沖切性能滿足要求，這樣在混凝土澆筑完成后才能夠減少溫度裂縫的產生。在設計時為了滿足強度要求一般會選擇強度等級較大的混凝土，但是并不是混凝土強度性能越好就越不容易產生溫度裂縫。C50強度大體積混凝土雖然能夠滿足設計要求，但是C50混凝土的絕熱溫升較大，容易產生溫度裂縫，因此在滿足混凝土強度要求的前提下應根據實際情況適當降低混凝土的強度等級，一般來說C25～C40等級的混凝土容易控制溫度裂縫的產生。

（2）施工階段。①施工人員需要對混凝土各個階段的溫度進行控制。混凝土進入澆筑模板之前的溫度應該控制在5～30℃，該階段混凝土的溫升值應該小于50℃。混凝土澆筑體完全凝固之前內部和外部的溫度差距最大不能超過25℃，即混凝土表面溫度和中心溫度之間的差距。混凝土日降溫速度不能超過2℃，當混凝土保溫覆蓋膜拆除后混凝土溫度與外界溫度之間的差距不能超過20℃。②施工人員需要對水泥、骨料、外加劑、摻合料的選擇進行控制，保證混凝土配合比達到最佳。選擇水泥時應注重其性能，為了降低水化熱和凝結時間的影響，應該選擇水化熱低、凝聚時間長且強度性能符合要求的水泥，常見的水泥材料類型為硅酸鹽水泥。骨料應該盡量選擇非堿活性的粗骨料和細骨料，粗骨料應該保證粒徑大小合適且含泥量符合要求，粒徑合適則能夠降低混凝土的絕熱溫升，含泥量合適是為了保證混凝土性能符合要求；細骨料應該選擇粒徑小于4.25mm的砂，一般來說細骨料應該選擇粒徑在2.3～3.0mm且含泥量小于3%的中砂，這樣才能降低大體積混凝土水化熱產生溫度裂縫的概率。添加外加劑的目的是減少混凝土材料用量、降低混凝土施工成本以及降低混凝土的水化熱，因此混凝土的選擇應該按照減少劑、膨脹劑、泵送劑進行劃分，外加劑的類型選擇應該從目的出發。添加摻合料的目的是降低混凝土水泥的用量，水泥用量越多越不容易對混凝土溫度進行控制。摻合料主要有煤粉灰和粒化高爐礦渣粉兩種類型，煤粉灰的使用可以減少10%左右的水泥用量，從而降低大體積混凝土的水化熱，而粒化高爐礦渣粉通過減少混凝土的沁水量，同樣可以達到降低大體積混凝土水化熱的目的，因此摻合料的適當使用可以起到抗裂防治的作用。③大體積混凝土澆筑過程中需要控制內部和外部的溫度差距，因此最好選擇分層澆筑或者跳倉澆筑的方法，使混凝土未終凝時內部應力可以釋放出來，不容易因約束或者應力而產生溫度裂縫。混凝土分塊澆筑的方法可以減少每個澆筑段的蓄熱量，這樣由于水化熱引發溫度裂縫的概率也會明顯降低。除此之外，澆筑混凝土時還應該對特殊天氣進行預防，防止溫度、風、雨雪對混凝土的性能造成影響。夏季和冬季溫差大，在混凝土澆筑過程中必須做好保溫和保濕措施，這兩個季節的混凝土澆筑難度過大；雨雪天氣應該使用塑料薄膜進行覆蓋，防止雨水直接沖刷未完成凝結的混凝土。混凝土澆筑過程中還需要進行振動，但是不能過度振搗或者漏振，防止因混凝土沁水而產生收縮裂縫。為了控制混凝土內外溫度差距，可以適當延緩混凝土模板拆卸的時間，從而降低溫度裂縫產生的概率。

（3）養護階段。建筑工程大體積混凝土澆筑完成之后必須進行養護，控制混凝土內部和外部之間的溫度差距和溫度下降速度，防止溫度差距過大由溫度應力產生溫度裂縫。混凝土養護可以讓混凝土溫度下降的速度變緩，然后混凝土經過化學反應可以憑借自身的抗拉強度減少裂縫的產生。在混凝土澆筑完成之后的12h左右應該進行養護工作，可根據實際情況采用覆蓋養護或者噴霧養護，保證養護時間大于半個月。塑料薄膜是常見的養護材料，麻袋、土工布也可以作為養護材料。

3.2 特殊溫度裂縫抗裂防治措施

（1）薄壁冷水循環系統。大體積混凝土利用冷卻水管和熱傳遞效應將混凝土中的熱量傳遞到冷卻水系統中，降低了混凝土內部的熱量，對防止水化熱產生溫度裂縫具有明顯效果。薄壁冷卻水循環系統主要包括蒸發器、冷凝器、冷水泵、薄壁冷卻水管、冷卻塔、冷卻水泵、溫度傳感器、緩沖水箱等設備，通過溫度反饋系統自動調節冷卻水循環系統完成對混凝土溫度的控制。

（2）預冷拌和水和骨料。大體積混凝土同樣可以使用預冷拌和水和骨料對進入混凝土模型的溫度進行控制，預冷拌和水通常使用地下水或者制冷機冷卻水。在骨料與混凝土拌和之前先使用冷水沖刷骨料，然后在拌和過程中摻入冰屑，最后通過遮陽棚和濕麻袋對骨料降溫，即可達到降低混凝土水熱化的目的，從而控制溫度裂縫的產生。

（3）液氮冷卻。液氮冷卻需要通過管道傳輸的方式讓混凝土與液氮充分接觸，據測試液氮可以將混凝土進入澆筑模板之前的溫度控制在25～30℃。該種方法雖然不會降低混凝土的性能，也不會造成額外的污染，但操作起來難度較大。

（4）補水軟管。養護人員可以先在混凝土表面設置軟管，然后在保溫材料和軟管之間多設置一層塑料薄膜，最后在覆蓋塑料薄膜和混凝土表面之間灑水，這樣可以提高混凝土的養護效果，降低溫度裂縫產生的概率。

3.3 建筑工程大體積混凝土溫度裂縫的監測防治措施

建筑工程中需要對大體積混凝土進行溫度實時檢測，同時將混凝土的溫度變化控制在規定范圍，從而降低產生溫度裂縫的概率。工作人員可以使用便攜式建筑電子測溫計，然后利用測溫探頭對不同施工環節下混凝土澆筑體的內外溫差、降溫速率、環境溫度進行測試，保證大體積混凝土的內外溫差和降溫速度都在規定范圍內。

4 結束語

綜上所述，建筑工程大體積混凝土溫度裂縫產生的原因主要有約束作用、水化熱、收縮變形三種，其中溫度裂縫的抗裂防治措施可以分為自身和外力兩個方面。如果從自身方面預防溫度裂縫的產生，則需要從建筑工程大體積混凝土的設計、施工和養護三個方面提高混凝土的抗裂能力。從外力方面預防溫度裂縫的產生，則需要使用薄壁冷水循環系統、預冷拌和水和骨料、液氮冷卻、補水軟管等設備對混凝土的溫度進行控制，使其保持在不容易產生裂縫的溫度范圍。無論是哪種溫度裂縫的抗裂防治措施，都能夠取得良好的效果。