冬施混凝土溫度變化及裂縫控制措施

張日升

(北京聯東投資集團有限公司，北京 101111)

1 冬季施工溫度裂縫產生的原因

混凝土內部溫度是由澆筑溫度和散熱溫度、水泥水化熱溫度共同組成的，其中澆筑溫度是混凝土拌合物出機后經運輸、卸料、泵送、澆筑、振搗等工序后的溫度。混凝土的澆筑溫度與外界氣溫的高低有關系，當外界氣溫高于混凝土拌合物溫度時，混凝土內部熱量不易散失，內部溫度高容易引起混凝土開裂;反之，當外界氣溫較低，尤其是北方冬季環境氣溫更低，混凝土表面散熱速率加快，容易在混凝土內部和表面之間形成很陡的溫度梯度，從而導致混凝土表面與內部形成的溫度裂縫，此種裂縫一般產生在混凝土澆筑后的升溫階段。另一方面，混凝土澆筑一段時間后，混凝土的溫度會逐漸下降，內部多余水分蒸發，導致混凝土收縮變形開裂。水泥水化熱引起的溫度應力和溫度變形是大體積混凝土產生裂縫的主要原因，據有關資料介紹，水泥水化過程中釋放的熱量約為502.42 J/g，隨著水泥水化反應的結束以及混凝土的不斷散熱，大體積混凝土由升溫階段過渡到降溫階段，由于混凝土內部熱量是通過表面向外散熱的，在降溫階段，混凝土溫度場的分布仍是中心溫度高，表面溫度低的狀態，因此內部混凝土產生較大的內約束，地基和邊界條件也對收縮的混凝土產生較大的約束，所以降溫收縮，在混凝土中形成了較大的拉應力，當這種拉應力超過混凝土的抗拉強度時就會產生混凝土裂縫。

2 冬季施工裂縫控制

裂縫控制的主要方法是通過設計、施工、材料等方面綜合技術措施將裂縫控制在無害范圍內，優選有利于抗拉性能的混凝土級配，盡力減小水灰比、減少坍落度、降低砂率、增加骨料粒徑、降低含泥量及雜質含量，選用影響收縮和水化熱較小的外加劑和摻合料，采取保溫保濕的養護技術，對于超長結構可采取后澆帶方法施工，復雜的結構難免會出現少量裂縫影響正常使用和耐久性，少量有害裂縫采用近代化學灌漿技術處理，滿足設計使用和耐久性要求。但由于混凝土本身的特性，溫度裂縫是不可避免的，但是我們可以采取相應的措施來控制有害裂縫的出現。

做好混凝土的保溫保濕養護工作是防止大體積混凝土開裂的關鍵，要使混凝土緩緩降溫，充分發揮其徐變特性，減小溫度應力，減小內外溫差，為混凝土創造完全應力松弛的條件，這對增加早期強度和減少收縮是十分有利的。在混凝土澆筑完成后，立即在混凝土的表面覆蓋塑料薄膜，使混凝土內蒸發的游離水積在混凝土表面進行保濕養護，薄膜上再蓋一層草簾子，防止產生急劇的溫度梯度，并應隨混凝土內部溫度的升高，逐漸提高養護溫度，在整個養護過程中要密切關注混凝土溫度變化，隨時調節養護溫度，嚴格控制降溫速率在0.9℃/h～1.5℃/h，保證大體積混凝土的內在質量。

3 冬季施工大體積混凝土測溫實例

如航天院8102工程169號建筑物，總建筑面積29 000 m2，框架剪力墻結構，局部鋼結構，基礎類型為筏板基礎。其中筏板厚度1 500 mm，混凝土共計6 000 m3，為大體積混凝土工程。根據大體積混凝土的設計規范及相關要求需進行大體積混凝土的測溫工作，筏板基礎大體積混凝土澆筑時室外環境低于5℃，為切實反映大體積混凝土內部溫度變化情況，要求加強混凝土內外溫度測溫記錄，以保證大體積混凝土施工質量，測溫工作采用山東環宇公司生產的一線通電子測溫儀器(見圖1～圖3)。

圖1 基礎底板大體積混凝土測溫點平面布置圖

根據筏板基礎的施工流水段劃分布置測溫點(截取部分流水段圖)，本工程測溫點共布置24個，每流水段設置4個測溫點，每個測溫點處設置3個測溫探頭，位置分別為:上層測溫點應在混凝土表面下100 mm處設置，下層測溫點應在基底往上100mm處設置，中間測溫點沿高度方向1/2處等分設置。

當基礎鋼筋驗收時，可開始進行布點施工，用一根φ14鋼筋，其長度高出基礎表面500mm，將溫度傳感器采用膠布固定于鋼筋上，然后與底板鋼筋網綁扎牢。

整個測溫記錄反映(見表1)。

1)內部溫度:內部溫度上升最快平均每2 h升溫0.9℃，3 d后達到最大值54.6℃，之后開始下降，下降速度較緩慢，從整個升溫過程反映，該工程大體積混凝土基礎表面溫度與內部溫度差始終維持在25℃以內，滿足施工規范要求。

圖3 大體積混凝土測溫實物圖

表1 測溫記錄表

2)表層溫度:表層溫度變化趨勢與內部溫度基本一致，但受環境氣溫不同的影響，升溫速度較快。入模溫度、澆筑速度和單位體積混凝土用水量對升溫速度影響較大。升溫期間，平均0.21 ℃ /2 h，其中降溫過程，平均0.15 ℃ /2 h。

3)內外溫差:內外溫差變化趨勢大致與內部溫度相同，但受環境溫度影響，局部溫差變化趨勢相反，溫差在前期上升較快，在2 d達到最大值為10.9℃，澆筑完成7 d內，溫差在10℃以下范圍波動，受天氣影響，在第9天，內外溫差低于0℃。

通過對圖4的分析，可以得出如下結論:1)在降溫過程中，各測點混凝土的內外溫差始終都沒有超過25℃，說明所采取的施工及保溫養護措施達到了溫度控制要求和裂縫控制的目的。2)到后期時，混凝土中部溫度低于上部溫度1℃～2℃，原因在于到后期時，中部混凝土向外部散熱比較容易，而上部混凝土采用一層塑料布保水，上蓋一層60 mm厚聚苯保溫板，起到了一定的保溫作用，由此使得上部溫度比中部溫度還高。3)測點的中部和下部溫度曲線變化都很平緩，上部溫度波動也不大，說明混凝土養護工作做的很好。

圖4 大體積混凝土溫度變化曲線

4 大體積混凝土施工總結

影響混凝土裂縫的因素相當復雜，本文也只是關注了一個能量化的過程，如水泥品種及用量、混凝土入模溫度、環境溫度、施工方案、配筋率、幾何尺寸等等。所以要控制大體積混凝土由于溫升產生裂縫是其結構施工中最常見，也是較難解決的問題之一，但是我們應該明白裂縫的出現不僅會降低建筑物的抗滲能力，影響建筑物的使用功能，而且會引起鋼筋的銹蝕，混凝土的碳化，降低材料的耐久性，縮短建筑物的正常壽命。所以我們要進行理論和實踐上的進一步探討，雖然學術界對于混凝土裂縫的成因和計算方法有不同的理論，但對于具體的預防和改善措施意見還是比較統一，同時在實踐中的應用效果也是比較好的，具體施工中要靠我們多觀察、多比較，出現問題后多分析、多總結，結合多種預防處理措施，混凝土的裂縫是完全可以避免的。

［1］ 楊愛霞，李 強.混凝土結構冬季施工和溫度控制技術［J］.科技創新導報，2008(5):17-19.

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