大體積混凝土溫度裂縫的形成原因與控制策略

徐玉虎

（南京普迪混凝土有限公司，江蘇 南京 210000）

大體積混凝土溫度裂縫的形成原因與控制策略

徐玉虎

（南京普迪混凝土有限公司，江蘇 南京 210000）

文章首先簡要分析了大體積混凝土溫度裂縫的成因，在此基礎上對控制大體積混凝土溫度裂縫的有效策略進行論述。期望通過研究能夠對大體積混凝土工程質量的提升有所幫助。

大體積混凝土；溫度裂縫；成因；控制

1 大體積混凝土溫度裂縫的成因分析

在很多土木工程中，為了滿足工程需要都會采用大體積混凝土構件，然而，由于一些因素的影響，使得大體積混凝土常常會出現溫度裂縫，這在一定程度上影響了工程質量。在大體積混凝土結構中，由于截面積和體積較大，加之水泥的用量較多，從而使得水泥水化過程中釋放出來的水化熱會產生較大的溫度變化，由此所引起的溫度應力是造成混凝土裂縫最主要的原因之一。通常情況下，由此種原因導致的混凝土裂縫有兩種形式，一種是表面裂縫，另一種是貫穿裂縫，前者是因為混凝土構件內外部的散熱條件不同，即外部溫度較低、內部溫度高，致使形成了一定的溫度梯度，進而使混凝土的內部產生壓應力、外表面產生拉應力，當拉應力超過混凝土的抗拉強度后，便會產生裂縫；后者是由于混凝土的強度隨著時間的推移逐步發展，當達到一定程度時，混凝土的溫度會逐步下降，由降溫差所引起的變形再加上混凝土本身的收縮變形，當受到邊界約束時引起的拉應力超過混凝土自身抗拉強度時，便會造成貫穿截面的裂縫。通過分析可知，大體積混凝土的溫度裂縫實質上就是一種變形變化引起的裂縫，溫度是它的起因，隨著溫度的變化會引起變形，而變形無法得到滿足時，便會形成應力，應力超限就會形成裂縫。據此可將大體積混凝土溫度裂縫的成因歸結為以下幾點：

1.1 溫度變化

對于大體積混凝土工程而言，由于水泥的用量多，水泥水化熱會引起內部溫度與溫度應力的劇烈變化，混凝土結構內部某個點的溫度值將會隨著時間的變化而發生改變，當溫度值超限后，便會引起混凝土變形。

1.2 變形約束

在基巖上進行大體積混凝土澆筑時，由于基巖本身的彈性模量較高，因溫度變化引起的混凝土變形會在一定程度上受到基巖的約束，并在新澆筑混凝土結構的內部產生溫度應力，同時受水泥水化熱作用的影響，混凝土內部會出現一個溫度上升的階段，約束的存在阻止了溫度膨脹變形，從而使混凝土內部形成了壓應力，如圖1所示。

1.3 應力超限

表1中給出了不同齡期條件下的混凝土的抗拉強度。

表1 不同齡期的混凝土抗拉強度

從表1中的數值可以清楚地看出，混凝土的早期抗拉強度比較低，齡期為3天時僅占比為26%，所以要著重加強混凝土構件的早期養護，避免過早拆模。在此需要著重闡明的一點是，在水泥標號提高、用量增加的情況下，混凝土的抗拉強度會隨之相應有所增加。

2 控制大體積混凝土溫度裂縫的有效策略

2.1 優選材料

對大體積混凝土溫度裂縫的控制，可從混凝土的拌制材料入手，具體策略如下：

（1）水泥。可在配制混凝土時，選用水化熱低的水泥，并在不影響工程質量的前提下，盡可能減少水泥的使用量。同時，可摻入適量的摻合料，借此來延緩混凝土的終凝時間。根據工程實踐，可將礦渣水泥作為大體積混凝土的首選材料，但在使用時，要注意此類水泥的收縮量較大，應考慮由此所形成的收縮應力對混凝土結構的影響。在水泥用量方面，可通過增大粉煤灰的摻入量，來減少水泥的使用，但要注意不得超過規范標準的限定要求，以免影響混凝土的強度與和易性。此外，混凝土的初凝時間應當控制在20小時以上，通過對初凝時間的延長可以降低溫度應力。

圖1 大體積混凝土內部壓應力的形成

（2）骨料。在骨料的選擇上，要盡量選用連續級配的，同時，可摻入一些粒徑在150～250mm的堅硬石塊，由此既能減少水泥用量，又能使石塊發揮出吸收熱量的作用，降低水化熱，控制早期溫度裂縫的形成。

2.2 確保配筋合理

鋼筋主要承擔鋼筋混凝土的拉應力，但是卻對大體積混凝土的溫度應力作用相對較小。配筋宜設置在混凝土結構表層和結構穩定性薄弱的位置，在施工中，合理配置鋼筋，能夠有效控制寬度深度較大的裂縫開展，避免因這類裂縫對大體積混凝土結構的安全性構成危害。通過大量工程實踐表明，在混凝土內適當增加鋼筋，能夠提高混凝土的極限強度，尤其對直徑細、間距窄的鋼筋而言，能夠大幅度提升混凝土抗裂性。

2.3 對約束條件進行改善

大體積混凝土的結構約束情況決定著其溫度應力大小，這種約束作用受分縫間距影響程度較大。若想要縮小約束范圍，則可采取合理分縫的方式達到預期效果。為便于支拆模板，應控制好后澆縫的寬度，使其滿足同截面鋼筋搭接長度的要求，即不超過1m，從而保證后澆縫處的水平鋼筋可延展性。選用膨脹性水泥配制后澆縫混凝土，將主體結構澆筑時間控制在30天內。為減少外部結構約束作用，可將滑動層設置在混凝土與外界的接觸面上。

2.4 控制好澆筑溫度

根據季節溫度變化，強化混凝土結構的內外溫差控制，尤其要重點控制混凝土在攪拌機出料到卸料、泵送、澆筑等施工環節的溫度。若在夏季施工，則應將草包覆蓋在水平輸送管道上，并經常噴灑冷水，減少冷量損失。在混凝土澆筑階段，采取分層澆筑、一次到頂的措施避免混凝土大面積暴露在外，同時適當加快澆灌速度、減少澆灌時間。若在冬季施工，可采取連續施工的方式，對于結構厚度在1.0m以上的混凝土，要強化保溫養護工作，利用混凝土水化熱作用進行養護，防止混凝土出現凍害。通過試驗表明，混凝土早期強度若達到臨界強度，則會增強對零下溫度的防凍害作用；若未能達到臨界強度，則易在零下溫度條件下遭受凍害。在混凝土配制中如果使用C20-C30強度等級的水泥，那么可將設計強度的40%設置為臨界值；如果使用C40-C50強度等級的水泥，那么可將設計強度的30%設置為臨界值。

2.5 做好養護工作

在常溫或負溫的施工條件下均要做好大體積混凝土保溫養護工作，減少因混凝土內外部溫差過大造成表面裂縫。常溫條件下，在混凝土表面覆蓋保溫層，緩沖氣溫變化對混凝土表面造成的影響；負溫條件下，則根據工程特點、混凝土內外溫差要求等情況做好養護措施，設置不透風材料覆蓋層。養護工作要點如下：

（1）在保溫養護大體積混凝土時，要現場監測混凝土內部最高溫升、降溫速度以及內外部溫差，根據監測結果對保溫養護措施進行調整，以滿足養護過程中對溫度條件指標的把控要求。

（2）在養護中，不允許采用強制降溫措施或不均勻降溫措施降低混凝土內部溫度，避免引起混凝土裂縫。在施工階段，通常采用鋼模或木模進行混凝土施工。若采用木模，則可將木模作為保溫材料；若采用鋼模，則要對鋼模采取一定的保溫措施。當模板拆除后，根據澆筑塊體的內部溫度場情況，采取適當的保溫措施，以保證達到溫控指標要求。

（3）若大體積混凝土的部位標高位于±0.000以下，則采取回填土措施；若位于±0.000以上，則要采取覆蓋養護措施，避免混凝土暴露在外。

3 結語

綜上所述，溫度裂縫是影響大體積混凝土結構的主要問題之一，本文在簡要分析溫度裂縫成因的基礎上，提出幾點控制溫度裂縫的策略，通過優選材料、確保配筋合理、對約束條件進行改善、控制好澆筑溫度、做好養護工作等措施，可以使大體積混凝土的溫度裂縫得到有效的控制。

[1]陳桂林，姜瑋，劉文超，等.大體積混凝土施工溫度裂縫控制研究及進展[J].自然災害學報，2016（3）：85-87.

[2]陳漢清.大體積混凝土溫度裂縫的成因及預防措施[J].河南建材，2016（11）：102-104.

[3]劉遠飛，吳菲，高志剛.大體積混凝土溫度裂縫成因分析與對策研究[J].山西建筑，2013（31）：98-100.

[4]胡明亮.大體積混凝土溫度裂縫的預防與治理措施[J].江西建材，2016（16）：68-70.

Causes and control strategies of temperature cracks in mass concrete

Xu Yuhu
(Nanjing paudi Concrete Co. Ltd., Nanjing 210000, China)

This paper brie fl y analyzes the causes of the temperature cracks of mass concrete, on the basis of an effective strategy for control of temperature cracks in mass concrete are discussed. The paper is expected to enhance the quality of large volume concrete help.

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徐玉虎（1985— ），男，江蘇南京，助理工程師；研究方向：混凝土生產與質量檢測。