大體積混凝土溫度裂縫初探

文/苗戰偉、羅凡 96786 部隊 北京 100094

王靜、李軍 軍事科學院國防工程研究院 北京 100094

在大體積混凝土施工過程中，因為水化熱導致混凝土內外溫差大，因而產生的溫度應力使混凝土出現裂縫。大體積混凝土裂縫，不但會影響混凝土結構的使用時間，甚至會因為內部的裂縫導致結構破壞，造成嚴重的安全質量問題，因此，應采取措施解決大體積混凝土施工溫度裂縫問題。

1、溫度裂縫產生的原因

1.1 水泥水化過程的水化熱

大體積混凝土中主要溫度升高因素是水泥水化熱。混凝土在硬結過程中，由于水化反應會產生大量的熱量，從而導致混凝土溫度升高。由于大體積混凝土主要特點即截面尺寸大，水化熱聚集在結構內部不容易散發出去，所以會引起混凝土結構內部急驟升溫。

1.2 外界氣溫的變化

在施工階段，外界氣溫的變化對防止大體積混凝土開裂也有較大影響。外界氣溫愈高，混凝土的澆筑溫度也需愈高；如果外界溫度下降，又增加混凝土降溫的幅度，特別是氣溫驟降，會大大加大混凝土內、外的溫度梯度，因而會導致過大的溫度應力，容易使大體積混凝土結構出現裂縫。

1.3 混凝土收縮

混凝上中含有大量空隙、粗孔及毛細孔，孔隙中存在水分，而水分的活動將影響到混凝土的一系列性質，這種由于“濕度變形”引起的收縮與裂縫的產生有很大關系。混凝土的收縮變形主要有自由收縮、塑性收縮、碳化收縮、干縮幾種形式。

1.4 內外約束的影響

各種結構物在變形變化中，必然會受到一定的約束或抑制而阻礙變形，這就是指的約束條件。約束種類一般可概括為兩類：即外約束和內約束（亦稱自約束）。外約束指結構物的邊界條件，一般指支座或其他外界因素對結構物變形的約束。內約束指較大斷面的結構，由于內部非均勻的溫度及收縮分布，各質點變形不均勻而產生的相互約束。具有大斷面之結構，其變形還可能受到其他物體的宏觀約束。大體積混凝土由于溫度變化會產生變形，而這種變形又受到約束，便產生了應力，這就是溫度變化引起的應力狀態。而當應力超過某一數值，便引起裂縫。

2、溫度裂縫的控制措施

基于以上原因，溫度裂縫的控制，主要從控制自身水化熱和調節外部因素著手采取適當措施。

2.1 降低水化熱導致的內外溫差

混凝土的絕熱溫升可按下式計算：

式中：T（t）——混凝土齡期為t 時的絕熱溫升（℃）；

W——每m3 混凝土的膠凝材料用量（kg/m3）；

C——混凝土的比熱，一般為0.92～1.0〔kJ/（kg.℃）〕；

ρ——混凝土的重力密度，2400～2500（kg/m3）；

m——與水泥品種、澆筑溫度等有關的系數，0.3～0.5（d-1）；

t——混凝土齡期（d）。

所以，混凝土絕熱最高溫度：

由上式可知，影響混凝土絕熱溫升的因素包括：水泥品種、水泥用量、混合材料品種、用量和澆筑溫度。

2.2 控制外界氣溫影響，降低混凝土入模溫度

控制砂石料溫度，避免夏季太陽直曬，必要時用冷水或冰水攪拌混凝土；混凝土運輸過程中避免日曬；同時，保證模內通風，加速模內熱量散發。

2.3 加強施工中的溫度控制

（1）合理預設測溫探頭和混凝土內外降溫設施；（2）混凝土澆筑完成后，及時做好保溫保濕養護；（3）加強測溫控溫，控制降溫速率和混凝土內外溫差，使降溫速率和內外溫差保持在合理范圍內（低于25℃）。

2.4 改善約束條件

合理設置施工縫和后澆帶，分層分塊施工，減輕約束力，以放松約束條件并減少水化熱的聚集。同時，合理安排施工順序，避免出現過大高差。

3、××隧道大體積混凝土施工實例

××隧道斷面面積542m2，毛洞跨度24.3m，高度20.2m，被復厚度2m，采用P8的C30 混凝土。本工程在合理選材、科學配比的基礎上，對測溫控溫措施進行了重點研究應用。

3.1 測溫措施

本工程采用電子測溫儀進行測溫，可直觀、準確、快捷的數字顯示被測溫度，主機為便攜式儀表，測溫線為預埋式、由插頭、導線和溫度傳感器制成，每支測溫線可測一點溫度。

3.1.1 測溫流程布置測溫點→確定測溫點深度→選擇合適的測溫線→預埋測溫線澆注混凝土→測溫。

3.1.2 測溫點布置

按照《大體積混凝土施工規范》（GB50496-2018）標準，根據實際情況，選擇有代表性的部位，測點按平面分層布置，根據工程截面形狀、厚度，在底板、側墻的中心點、角點等代表性部位布設測溫點。

3.2 冷卻水管的埋設及控制

3.2.1 水管位置

根據混凝土內部溫度分布特征布設冷卻水管，冷卻水管通常采用直徑5Omm 的黑鐵管，其水平間距依據溫控計算確定，冷卻水管進出水口集中布置，以利于統一管理。

3.2.2 冷卻水管使用及其控制

（l）冷卻水管使用前進行壓水試驗，防止管道漏水、阻水；冷卻水管裝好后不準在管上踩踏，防止接頭部位損壞漏水；

（2）混凝土澆筑到各層冷卻水管標高后開始通水，通水流量、流速應達到設使管內產生紊流，溫峰過后即停止通水；

（3）為防止上層混凝土澆筑后下層混凝土溫度的回升，下層混凝土采用二次通水冷卻，通水時間根據測溫結果確定；

（4）冷卻水進水溫度越低，與混凝土溫差越大，冷卻效果越好，但過大的溫差會在冷卻水管周圍的混凝土中引起相當大的拉應力，所以通常將冷卻水與混凝土之間的溫差控制在20℃以內；

（5）如果始終保持同一流向，冷卻結束后，出口端的混凝土溫度將高于進口端的混凝土溫度。為了使冷卻結束時，混凝土溫度盡量均勻，在冷卻過程中，應不斷改變水流方向。宜每半天改變一次水流方向，盡可能壓低各個斷面上的水化熱溫升；

（6）冷卻通水結束后，采用同標號水泥漿或砂漿封堵冷卻水管。為避免鋼筋銹蝕，應保證冷卻水管進出口割斷處距混凝土表面大于7cm。

施工實踐證明，以上措施的應用，很好地控制了混凝土內外溫差，滿足≤25`C 的規范要求，有效地防止了溫度裂縫的發生，確保了大體積混凝土的施工質量。同時確定終止混凝土保溫養護工作的安全溫度，以便進行后續施工工作。