大體積混凝土溫度裂縫控制技術(shù)研究

伍丁輝?宋隆洋?唐茁程?楚加慶?李東?鄭柯堯

摘要：抑制大體積混凝土的溫度裂縫的出現(xiàn)，始終是控制施工質(zhì)量時常面對的一大重難點。本文將大體積混凝土溫度裂縫產(chǎn)生的原因大致總結(jié)為兩點，并針對這兩個方向，列舉出了對應(yīng)的多種解決辦法，旨在對現(xiàn)行的溫度裂縫控制措施提出改良和優(yōu)化，達(dá)到更好的控制效果，為以后的大體積混凝土溫度裂縫控制提供一些參考。

關(guān)鍵詞：混凝土;溫度應(yīng)力;溫度裂縫;現(xiàn)場技術(shù)

一、前言

在解決大體積混凝土出現(xiàn)溫度裂縫的問題時，我們要先了解何為大體積混凝土。根據(jù)規(guī)范《大體積混凝土施工標(biāo)準(zhǔn)》GB50496-2018中的定義：混凝土結(jié)構(gòu)物實體最小幾何尺寸不小于1m的大體量混凝土，或預(yù)計會因混凝土中膠凝材料水化引起的溫度變化和收縮而導(dǎo)致有害裂縫產(chǎn)生的混凝土，稱之為大體積混凝土。隨著房屋建造技術(shù)的更替，大體積混凝土的應(yīng)用越來越廣泛。像水壩、高層房屋基礎(chǔ)、大型設(shè)備基礎(chǔ)等等都有大體積混凝土構(gòu)件的存在。

從定義中就能明白，大體積混凝土結(jié)構(gòu)物中的溫度裂縫是不可避免的，重要的是采用合理的措施來防治和控制裂縫的發(fā)展。觀其現(xiàn)象究其本質(zhì)，大體積混凝土出現(xiàn)溫度裂縫的原因有兩點：

1、溫度過高。導(dǎo)熱不夠及時形成溫差。

2、抗裂性能不夠。溫度應(yīng)力大于抗裂極限。

種種解決溫度裂縫的措施，其本質(zhì)上都是通過這兩點去解決問題。通過各種不同的手段，或者是降低水化熱，或是增設(shè)水冷裝置，或是調(diào)整混凝土配合比等等，解決其中一點，使最終混凝土的溫度裂縫面積縮小，數(shù)量減少。

本文也將通過這兩個方面提出系統(tǒng)的解決措施，以供參考。

二、溫度裂縫成型機制

混凝土在凝固過程中會產(chǎn)生大量熱量，這種熱量一般稱為混凝土水化熱。混凝土中的礦物成分在發(fā)生水化反應(yīng)，釋放熱量，其中最主要的礦物成分為鋁酸三鈣。水泥中鋁酸三鈣的比例越高，放熱量就越大。水泥水化的放熱一般存在于澆筑后的1—3的，即混凝土凝固的早期階段。一般而言，水化熱的存在對于混凝土早期強度的提升是有幫助作用的。適當(dāng)?shù)臒崃慨a(chǎn)生可以促進(jìn)水泥水化反應(yīng)，加快混凝土的凝結(jié)，尤其是在氣溫較低的天氣里，可以起到保證混凝土終期強度的作用。

這里還要提到混凝土的導(dǎo)熱性能。混凝土的燃燒性能為不燃燒體，導(dǎo)熱性能為熱的不良導(dǎo)體。這就導(dǎo)致混凝土在收到局部高溫時會產(chǎn)生爆炸。對于大體積混凝土而言，其不良導(dǎo)熱性會使水化熱持續(xù)累積，造成混凝土的溫度急劇上升。混凝土體積越大，水化熱越難釋放。內(nèi)部的高溫和表面的低溫質(zhì)檢形成的溫度梯度提供了溫度應(yīng)力，而混凝土澆筑過程中本身存在細(xì)孔、空襲、缺陷材料，加之混凝土組成材料種類多樣，膨脹系數(shù)各有不同，在這些薄弱連接處因溫度影響就會產(chǎn)生細(xì)小裂縫，隨著裂縫融合，最終形成肉眼可見的貫通裂縫。

三、溫度裂縫控制措施

（一）通過降低溫度抑制溫度裂縫

通過降低溫度控制溫度裂縫，主要降低三種溫度：初始溫度、最高溫度、養(yǎng)護(hù)溫度。

1.初始溫度控制

初始溫度的影響因素主要來自環(huán)境。在氣候炎熱的季節(jié)，盡量選擇在夜間進(jìn)行大體積混凝土的澆筑。在加水拌和時，使用經(jīng)過冷卻后的拌和水。使用的粗、細(xì)骨料要經(jīng)過降溫措施控制溫度，比如向石子、沙堆噴水，搭設(shè)建議的遮陽棚，使用編織袋、塑料布等進(jìn)行覆蓋等措施。

2.最高溫度控制

常用的施工措施時在混凝土內(nèi)部預(yù)埋冷卻管，一般采用直徑40mm，厚度3mm的鋼管。這種方法優(yōu)點在于使用起來靈活方便，且降溫效果好，可以將冷卻管分部至混凝土構(gòu)件的各個角落，方便控制整體溫度。缺點則在于水管的接頭部位一旦出現(xiàn)滲漏水的情況，將會影響混凝土實體質(zhì)量，形成薄弱環(huán)節(jié)。

由于水化熱的產(chǎn)生主要在混凝土凝結(jié)前期，為了避開水化熱的集中爆發(fā)，在混凝土配合比方面，我們可以減少鋁酸三鈣的比例，可以摻入粉煤灰，使得混凝土的水化熱產(chǎn)生均攤在整個凝固過程中，這樣做的優(yōu)點在于可以降低凝結(jié)前期的水化熱，降低混凝土凝固過程中的最高溫度，但缺點在于前期強度將會有所降低。

此外我們還可以使用外加劑減少水泥的水化熱和溫升，黃學(xué)輝等[1] 等采用直接測定法測試了礦物、化學(xué)外加劑對水泥水化熱的影響，比如FDN- 5型減水劑，糖蜜緩凝劑等化學(xué)外加劑能不同程度地降低水泥凈漿的水化熱和溫升。

3.養(yǎng)護(hù)溫度控制

前文說過，溫度裂縫的產(chǎn)生，不單單時因為高溫，而是因為高溫和低溫之間形成的溫度梯度所產(chǎn)生的溫度應(yīng)力導(dǎo)致的。要想減少溫度裂縫產(chǎn)生，我們要使混凝土內(nèi)部和表面之間的溫差減小，對于養(yǎng)護(hù)溫度的控制，不能一味的降溫，過低的表面溫度反而會加劇溫度裂縫的成型。為了保證混凝土內(nèi)外表面溫差降低，養(yǎng)護(hù)過程中可以采用一定的保溫措施，通過在混凝土構(gòu)件表面覆蓋保溫材料（細(xì)土，鋸末，沙袋等），控制整個養(yǎng)護(hù)過程的溫差。

在養(yǎng)護(hù)的過程中，我們也要做到對大體積混凝土構(gòu)件的溫度實時監(jiān)測。我們可以按照澆筑平面預(yù)先對大體積混凝土劃分測區(qū)，并預(yù)埋測溫線，對其內(nèi)部各個部位進(jìn)行溫度實時檢測，以便及時采取措施控制溫度。從謝榮[2]《大體積混凝土溫度監(jiān)控的研究》一文中可以證實，溫度監(jiān)控可以使現(xiàn)場管理人員更及時的針對大體積混凝土構(gòu)件溫度變化做出反應(yīng)。從文中我們能發(fā)現(xiàn)，水泥在澆筑后1—5天的階段放熱最為劇烈，針對此階段，可以適當(dāng)加快溫度檢測頻率。在觀察到溫度上升速度減緩后，溫度檢測的頻率可以適當(dāng)放緩。

（二）通過提升抗裂性能抑制溫度裂縫

通過提升抗裂性能抑制溫度裂縫的措施主要分類三類：調(diào)節(jié)混凝土配合比，優(yōu)選原材料;優(yōu)化施工方法，采用新型工法工藝;增強后期維護(hù)，保護(hù)成品質(zhì)量。

1.調(diào)節(jié)混凝土配合比，優(yōu)選原材料

適當(dāng)調(diào)節(jié)混凝土配合比，并選用優(yōu)質(zhì)的原材料可以明顯提升混凝土的抗裂性能。葉成杰等[3]在《大體積混凝土抗裂性能研究》一文中通過具體實驗得到，通過用等比粉煤灰替換水泥的方法可以合理改善混凝土的干縮性能，比例在30%-40%時效果較好。

此外，選用優(yōu)質(zhì)的原材料也可以提高混凝土的抗裂性能，減少薄弱面。適當(dāng)提高粗骨料的比例，降低含砂率可以提高混凝土早期抗裂性能，同時提升粗骨料的粒徑還可起到組織裂縫擴(kuò)展的作用。

2.優(yōu)化施工方法，采用特別工法工藝

在大體積混凝土構(gòu)件的澆筑過程中，我們可以采用分層分塊澆筑的方法。其目的在于讓混凝土的比表面積提升，擴(kuò)大散熱面積，減小溫度應(yīng)力，組織裂縫擴(kuò)展。還可通過設(shè)置膨脹加強帶，增設(shè)加強鋼筋的方法達(dá)到提高混凝土抗裂性能的目的

3.強后期維護(hù)，保護(hù)成品質(zhì)量

養(yǎng)護(hù)措施不論是對表觀質(zhì)量的控制還是對終期強度的保證而言，都具有十分重要的意義。養(yǎng)護(hù)不合理，就容易出現(xiàn)裂縫這樣的質(zhì)量問題。澆筑完成后，要注意混凝土表面的密實問題，并用塑料薄膜進(jìn)行保護(hù)。針對大體積混凝土澆筑后的養(yǎng)護(hù)要求，要嚴(yán)格做到溫度和濕度的控制。炎熱天氣要注意灑水和遮陽，濕寒天氣要注意保溫，這樣既可以減小混凝土內(nèi)外溫差，還可以保障成品質(zhì)量。

四、結(jié)語

大體積混凝土溫度裂縫的產(chǎn)生雖然不可避免，但我們?nèi)匀挥修k法抑制其產(chǎn)生。隨著大體積混凝土在施工中越來越常見，克服溫度裂縫這一難題對于施工擁有重要的意義。對于大體積混凝土的施工，我們要秉持著越發(fā)重視的態(tài)度，不斷在施工中嘗試新的方式方法，做到每一項技術(shù)要求，這樣方可提高施工質(zhì)量，讓大體積混凝土施工技術(shù)運用的更加得心應(yīng)手。

參考文獻(xiàn)

[1] 黃學(xué)輝， 鄭健， 馬保國. 外加劑對水泥凈漿水化熱的影響[J]. 武漢理工大學(xué)學(xué)報（01）：26-29.

[2] 解榮. 大體積混凝土溫度監(jiān)控的研究[D]. 長安大學(xué)， 2011.

[3] 葉成杰， 殷志祥， 高早亮. 大體積混凝土抗裂性能研究[J]. 四川建筑科學(xué)研究， 2010（2）：3.