淺議大體積混凝土溫度裂縫

李建中

鶴壁煤電股份有限公司化工分公司（458000）

混凝土是一種由砂石骨料、水泥、水及其他外加填料混合而成的非均質(zhì)脆性材料。混凝土裂縫產(chǎn)生的原因很多，在實際工程中要根據(jù)實際情況區(qū)別對待。混凝土裂縫產(chǎn)生包括干縮裂縫、塑性收縮裂縫、沉陷裂縫、溫度裂縫等。

大體積混凝土的裂縫主要是溫度裂縫，他多發(fā)生在混凝土表面或溫差變化較大地區(qū)的混凝土結(jié)構(gòu)中。混凝土結(jié)構(gòu)物的溫度裂縫可分為微觀裂縫和宏觀裂縫。微觀裂縫在混凝土結(jié)構(gòu)中的分布是不規(guī)則，不貫通的，并且肉眼看不見。宏觀裂縫是由微觀裂縫擴展而來的。溫度，作為一種變形作用，在混凝土結(jié)構(gòu)中引起的裂縫有表面裂縫和貫穿裂縫兩種。這兩種裂縫在不同程度上都屬于有害裂縫。由于高層建筑、高聳結(jié)構(gòu)物和大型設(shè)備基礎(chǔ)大量的出現(xiàn)，大體積混凝土也被廣泛采用，大體積混凝土結(jié)構(gòu)的溫度裂縫日益成為建筑工程技術(shù)人員面臨的技術(shù)難題。

1 大體積混凝土溫度裂縫的成因

混凝土澆筑后，在硬化過程中，水泥水化產(chǎn)生大量的水化熱和澆筑產(chǎn)生的熱量，共同作用混凝土溫度。由于大體積混凝土的體積較大，大量的水化熱聚集在混凝土內(nèi)部而不易散發(fā)，導(dǎo)致內(nèi)部溫度急劇上升，而混凝土表面散熱較快，這樣就形成內(nèi)外的較大溫差，使混凝土表面產(chǎn)生一定的拉應(yīng)力。當拉應(yīng)力超過混凝土的抗拉強度極限時，混凝土表面就會產(chǎn)生裂縫，這種裂縫多發(fā)生在混凝土施工中后期。

大體積鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)中,由于結(jié)構(gòu)截面大，體積大，水泥用量多，水泥水化所釋放的水化熱會產(chǎn)生較大的溫度變化和收縮膨脹作用，由此引起的溫度應(yīng)力是導(dǎo)致鋼筋混凝土產(chǎn)生裂縫的主要原因。這種裂縫的起因是溫度變化引起的變形，當變形得不到滿足時才會引起應(yīng)力。

2 大體積混凝土溫度裂縫控制及采取措施

在大體積混凝土工程施工中，由于水泥水化熱引起混凝土澆筑內(nèi)部溫度和溫度應(yīng)力劇烈變化，從而導(dǎo)致混凝土發(fā)生裂縫。因此，控制混凝土澆筑塊體因水化熱引起的溫升、混凝土澆筑塊體的內(nèi)外溫差及降溫速度，是防止混凝土出現(xiàn)有害的溫度裂縫的關(guān)鍵問題。

我們將大體積混凝土溫度裂縫的基本控制措施分為設(shè)計措施、施工措施和監(jiān)測措施。隨著材料科學(xué)的發(fā)展和施工技術(shù)的完善，現(xiàn)場大體積混凝土的施工積累了不少經(jīng)驗，如留永久性變形縫或伸縮縫、用蛇形冷卻水管來降低大體積混凝土內(nèi)部溫度、采用液態(tài)氮降低混凝土入模溫度以及使用微膨脹混凝土減緩干縮等等。總上所述，為防止裂縫、減輕溫度應(yīng)力，我們主要是從控制溫度、提高混凝土抗拉強度、改善約束條件幾個方面著手。

2.1 控制溫度的措施

①采用減水劑、減少用水量及水泥用量；合理選擇骨料粒徑及級配、砂率，在保證混合物和易性的原則下盡可能減少用水量,以降低水泥用量；采用優(yōu)質(zhì)粉煤灰等活性摻和料取代水泥用量，改善混合物和易性，可減少用水量，提高混凝土結(jié)構(gòu)的后期強度及耐久性；

②加冷卻攪和水或用摻冰屑將碎石冷卻以降低混凝土的澆筑溫度；當混凝土體積特大或氣溫很高時，單靠冷卻拌和水法滿足不了要求，故還需與冷骨料配合使用。拌合混凝土?xí)r，用濕法、干法與真空氣法進行預(yù)冷骨料；

③熱天澆筑混凝土?xí)r減少澆筑厚度，利用澆筑層面散熱，澆筑后及時灑水養(yǎng)護，以保持混凝土表面經(jīng)常濕潤；

④在混凝土中埋設(shè)鋼管，混凝土硬化過程中向鋼管內(nèi)通入冷水，以降低核心部分混凝土溫度；

⑤規(guī)定合理的拆模時間，氣溫驟降時進行表面保溫，如∶用碘鎢燈或其他加熱裝置加熱表面，以免混凝土表面出現(xiàn)急劇的溫度梯度；

⑥施工中長期暴露的混凝土澆筑塊表面或薄壁結(jié)構(gòu)，在寒冷季節(jié)采取保護措施。

2.2 提高混凝土極限抗拉強度

①選擇良好級配的粗骨料，嚴格控制其含泥量不大于1.5%；

②加強混凝土的振搗，采用二次投料法及二次振搗法，加強早期養(yǎng)護，并在澆筑后及時排除表面積水,以提高混凝土濕度和早期齡期抗拉強度，減少收縮變形；

③在大體積混凝土內(nèi)設(shè)置必要的溫度配筋（采用小直徑、密間距）。在應(yīng)力集中處（如界面突變或轉(zhuǎn)折處，底板（頂板）與墻轉(zhuǎn)折處（孔洞轉(zhuǎn)角及周邊）增加斜向構(gòu)造配筋，以防止混凝土出現(xiàn)裂縫。

2.3 改善約束條件的措施

①采取分層或分塊澆注大體積混凝土，合理設(shè)置水平或垂直施工縫，或在適當?shù)奈恢迷O(shè)置施工后澆帶，以降低約束程度，并減少每次澆注長度的蓄熱量，以防止水化熱的集聚，減少溫度應(yīng)力；

②對大體積混凝土基礎(chǔ)與巖石基地，或基礎(chǔ)與厚大的混凝土墊層之間設(shè)置滑動層，例如采用平面澆瀝青木絲板或聚苯乙烯泡沫塑料，以消除嵌固作用，釋放約束應(yīng)力；

③采用合理的平面和立面設(shè)計,避免截面突變，從而減小約束應(yīng)力。

此外，改善混凝土的性能，提高抗裂能力，加強養(yǎng)護，防止表面干縮，特別是保證混凝土的質(zhì)量對防止裂縫是十分重要，應(yīng)特別注意避免產(chǎn)生貫穿裂縫，出現(xiàn)后要恢復(fù)其結(jié)構(gòu)的整體性是十分困難的，因此施工中應(yīng)以預(yù)防和避免貫穿性裂縫的發(fā)生為主。在混凝土的施工中，為了提高模板的周轉(zhuǎn)率，往往要求新澆筑的混凝土盡早拆模。當混凝土溫度高于氣溫時應(yīng)適當考慮拆模時間，以免引起混凝土表面的早期裂縫。新澆筑早期拆模，在表面引起很大的拉應(yīng)力，出現(xiàn)“溫度沖擊”現(xiàn)象。在混凝土澆筑初期，由于水化熱的散發(fā)，表面引起相當大的拉應(yīng)力，此時表面溫度亦較氣溫高，此時拆除模板，表面溫度驟降，必然引起溫度梯度，從而在表面附加一拉應(yīng)力，與水化熱應(yīng)力迭加，再加上混凝土干縮，表面的拉應(yīng)力達到很大的數(shù)值，就有導(dǎo)致裂縫的危險,但如果在拆除模板后及時在表面覆蓋一輕型保溫材料，如泡沫海棉等，對于防止混凝土表面產(chǎn)生過大的拉應(yīng)力，具有顯著的效果。

從溫度應(yīng)力觀點出發(fā)，保溫應(yīng)達到下述要求∶

①防止混凝土內(nèi)外溫度差及混凝土表面梯度，防止表面裂縫；

②防止混凝土超冷，應(yīng)該盡量設(shè)法使混凝土的施工期最低溫度不低于混凝土使用期的穩(wěn)定溫度；

③防止老混凝土過冷，以減少新老混凝土間的約束。

混凝土的早期養(yǎng)護，主要目的在于保持適宜的溫濕條件，以達到兩個方面的效果，一方面使混凝土免受不利溫、濕度變形的侵襲，防止有害的冷縮和干縮。一方面使水泥水化作用順利進行，以期達到設(shè)計的強度和抗裂能力。

適宜的溫濕度條件是相互關(guān)聯(lián)的。混凝上的保溫措施常常也有保濕的效果。從理論上分析，新澆混凝土中所含水分完全可以滿足水泥水化的要求而有余。但由于蒸發(fā)等原因常引起水分損失，從而推遲或防礙水泥的水化，表面混凝土最容易而且直接受到這種不利影響。因此混凝土澆筑后的最初幾天是養(yǎng)護的關(guān)鍵時期，在施工中應(yīng)切實重視起來。

3 結(jié)語

根據(jù)上述分析，大體積混凝土在三個階段產(chǎn)生的溫度應(yīng)力均與內(nèi)外部的溫差有關(guān)，因此，有效的控制混凝土內(nèi)外溫差和提高混凝土極限抗拉強度，就成為了有效控制溫度應(yīng)力的關(guān)鍵。對此，《混凝土結(jié)構(gòu)工程施工及驗收規(guī)范》曾作了如下要求“大體積混凝上表面和內(nèi)部溫差應(yīng)控制在設(shè)計要求的范圍內(nèi)，當設(shè)計無具體要求時，溫差不宜超過25℃”，并對澆筑溫度也作了“不宜超過28℃”的規(guī)定。對于大體積混凝土的溫差控制一般從三方面著手∶①控制混凝土的絕對發(fā)熱量；②采取有效措施降低混凝土內(nèi)外溫差；③改善周圍的約束條件，改進配筋狀況，減小裂縫寬度。只有在施工中采取以上行之有效的措施，才能控制裂縫的出現(xiàn)或發(fā)展，進而保證建筑物安全、穩(wěn)定地工作。