淺議大體積混凝土溫度裂縫控制的施工技術

◎ 浙江金華玉龍建設工程有限公司 張榮輝

大體積混凝土是指現場澆筑、成型和養(yǎng)護且體積與厚度較大的混凝土，也可定義為“混凝土結構物實體最小尺大于或等于1m, 或預計會因水泥水化熱引起混凝土內外溫差過大而導致裂縫的混凝土。”大體積混凝土在施工中易遇到的一大難題，也是一個極具破壞性的危害就是溫度裂縫。因此要確保施工安全，保證混凝土的質量，就要求在施工過程中采取有效的控溫措施。

1、大體積混凝土溫度裂縫產生的原因

1）外界氣溫濕度變化的影響 。外界氣溫直接影響著澆筑溫度，混凝土的澆筑溫度隨著外界氣溫不斷升高而升高，若外界氣溫降低，就形成了混凝土的內外溫度梯度。如果外界溫度的下降過快，會造成很大的溫度應力，極易造成混凝土開裂。

2）混凝土的收縮 。混凝土在不受外力的情況下在空氣中自然硬結收縮，這種自發(fā)變形不會產生應力，但在受到外部約束，如支承條件、鋼筋等，混凝土變形受限，會對其產生拉應力，使得混凝土開裂。

3）水泥水化熱。在澆筑后大約7d左右的時間，混凝土水化會釋放大量的熱，這些水華熱會使混凝土內部溫度升高，引起表面拉應力，對混凝土進行降溫后，因受到表面已凝固的混凝土約束，就會產生嚴重的內外溫差，當拉應力超過混凝土的極限抗拉強度時，混凝土表面就會產生裂縫。

2、大體積混凝土溫度監(jiān)測

2.1 混凝土溫升計算

1）混凝土內部最大絕熱溫升(T0 )

式中：T0 ——混凝土最大絕熱溫升，℃；

W——單位水泥用量, kg/m3；

Q0 ——單位重量水泥的水化熱總量, kJ /kg, 可選用“直接法”測定；

C——混凝土比熱, J / ( kg ·℃)；

γ——混凝土容重, kg/m3 。

2）混凝土內部最高溫升(Tmax)

水化熱不斷積蓄與散發(fā)的過程即混凝土的硬化過程。通過實驗證明，混凝土內部溫升一般在3d左右達到最大值，之后則呈降溫態(tài)勢。這樣混凝土的最大實際溫升亦為最大絕熱溫升的50% ，即：

式中：T0 ——混凝土最大絕熱溫升，℃。

Tmax ——混凝土最大實際溫升，℃；

2.2 溫升對混凝土結構的影響

大體積混凝土因受到厚度和體積的影響，表面和內部散熱速度極不一致，水化熱溫升將使混凝土內部溫度高于表面溫度，形成內外溫差。內外溫差越大，混凝土表面的約束應力也就越大，當混凝土的抗拉強度抵不過應力值時，就會造成開裂，即溫度裂縫，給混凝土結構造成極大危害。

內外溫差的預測：

式中∶ tc ——混凝土內部溫度, ℃；

t0 ——混凝土入模溫度, ℃, 實測或熱工計算求得；

Td ——齡期為d時混凝土內部實際溫升, ℃；

△t ——混凝土內外溫差, ℃；

ts——混凝土表面溫度, ℃, 無保溫養(yǎng)護時可視為環(huán)境平均氣溫。

2.3 混凝土溫度監(jiān)測過程

溫度控制是大體積混凝土施工中的一個重要環(huán)節(jié)，也是防止溫度裂縫的關鍵。在平面上，測溫點沿底板縱橫方向間距約10m左右布置一點。在垂直方向上，每個測溫點沿垂直高度在其表面、中部和板底分別埋沒設測溫管，每個測溫點測溫管間距100mm。測溫管安裝位置要準確，固定牢固。在混凝土溫度上升階段，每2小時測溫一次，混凝土溫度下降階段每6小時測溫一次，測溫工作24h連續(xù)進行，并且還應控制混凝土降溫速度(大體積混凝土的平均降溫速度一般不宜大于2 ℃/d) 。

3、大體積混凝土溫度裂縫的控制措施

3.1 優(yōu)化設計方案

1）在工程結構設計中要特別注意改善約束條件，以降低大體積結構的約束度來減少由于砼自身原因引起的裂縫。例如：避免基礎過大起伏；合理地分縫分塊等。

2）由于混凝土保護層的厚度愈大愈容易發(fā)生裂縫，因此混凝土鋼筋保護層的厚度應盡量取較小值。

3）裂縫易發(fā)生部位加強構造措施：在孔洞周圍以及轉角處布置一些斜筋，讓鋼筋代替混凝土承擔拉應力，這樣可以有效控制裂縫。

4）由于施工過程中水化熱較大，往往需要配置溫度筋，但現在的溫度筋大都是按構造設置的，沒有反映出板厚的增加引起溫度效應的增大，為達到有效控制裂縫的目的，必要時還需在上、下板筋之間設置豎向筋。

3.2 選擇熱量低的原材料，優(yōu)化混凝土配合比

1）減少水泥用量。由于水化熱是造成溫差的原因，因此要減小溫差就要盡量降低水化熱現象，盡量采取早期水化熱低的水泥就可以避免水化熱程度；而且考慮到水泥的水化熱是礦物成分與細度的函數，因此要選擇適宜的礦物組成并調整水泥的細度模數，在施工中一般采用低熱礦渣水泥和中熱硅酸鹽水泥。

2）骨料控制。科學設計配合比，在保證強度的前提下，選取粒徑大、強度高級、配好的骨料，確定合適的水泥用量、水灰比和砂率，坍落度不宜過大，這樣可以獲得較小的空隙率及表面積，從而降低水化熱，減少干縮，減小了混凝土的裂縫。

3）摻加外加料和外加劑。在混凝土中添加粉煤灰不但可以減少水泥的用量，還可以增加混凝土的密實度，提高抗?jié)B能力，改善工作度，降低最終收縮值，從而大幅降低大體積混凝土因水泥水化熱而引起的內部溫升，防止結構出現溫度裂縫。

4）對商品混凝土的生產實行動態(tài)管理。應對混凝土的配合比進行優(yōu)化；不同用途的混凝土應采用不同的配合比；不同季節(jié)、不同的施工環(huán)境應采用不同的配合比；加強原材料的計量與控制，特別要加強雨季砂、石含水量的控制；原材料變化時應重新確定配合比；商品混凝土的砂率宜為38%～45%，水灰比宜為0.4～0.6，最小水泥用量宜為300kg/m3。

3.3 制定合理的施工方案，加強施工管理

1）制定混凝土澆注方案，合理的安排施工工序。大體積混凝土澆注常采用的方法有全面分層法、分段分層法、斜面分層法。大體積混凝土應實行分層澆注。由于裂縫都是最先出現在混凝土的薄弱部位，控制混凝土的密實度是減少混凝土薄弱部位出現的唯一辦法，因此在澆注過程中應進行均勻振搗，注意振搗間距均勻，以振搗力波及范圍重疊二分之一為宜，直至表面泛漿。另外，在混凝土初凝前進行二次抹壓，可以消除因混凝土塑性收縮而產生的表面裂縫，以增加表面混凝土密實度。

2）采取保溫保濕養(yǎng)護的控溫措施。混凝土澆筑后應做好及時做好保濕保溫養(yǎng)護工作，控制混凝土降溫速度，減低溫度應力。具體需要做到以下幾個方面：長時間的對混凝土采取養(yǎng)護措施，確定合理的拆模時間，以延緩降溫速度并延長降溫時間，充分發(fā)揮混凝土的“應力松弛效應”；采用熱敏溫度計監(jiān)測或專人多點監(jiān)測，隨時掌握混凝土內的溫度變化，要將混凝土內外溫差控制在25℃以內，基面溫差和基底面溫差控制在20℃以內，并及時調整保濕保溫養(yǎng)護措施，使混凝土的溫度梯度和濕度不致過大，有效控制有害裂縫的出現。

3）降低混凝土入模溫度。澆筑大體積混凝土時應盡量避開炎熱天氣，若外界溫度過高則可采用以下幾點進行降溫養(yǎng)護：一種是采用溫度較低的地下水攪拌混凝土，或在混凝土拌和水中加入冰塊，并通過對骨料和在運輸及澆筑過程中進行灑水降溫、遮陽保護等措施進行養(yǎng)護，以降低混凝土拌和物的入模溫度；還有一種可摻加相應的緩凝型減水劑，改善混凝土流動性；第三種就是在混凝土入模時，采取強制通風措施，加速模內熱量的散發(fā)。

4、結束語

本文在理論與實踐上對大體積混凝土施工溫度與裂縫之間的關系進行了的初步探討，在實際工程中，我們應該全面了解混凝土在強度變化過程中內部溫度的場分布情況,并且根據溫度梯度變化情況, 定量、定性地指導施工, 以控制降溫速率, 防止裂縫的出現。