淺談大體積混凝土溫度裂縫控制措施

閆振林

（河南財政稅務(wù)高等?？茖W(xué)校工程經(jīng)濟系 河南 鄭州 451464）

淺談大體積混凝土溫度裂縫控制措施

閆振林

（河南財政稅務(wù)高等專科學(xué)校工程經(jīng)濟系 河南 鄭州 451464）

大體積混凝土在施工過程中如果控制不當(dāng)會產(chǎn)生溫度裂縫問題，溫度裂縫產(chǎn)生的原因很多，分析研究溫度裂縫產(chǎn)生的機理，制定有效措施可以提高混凝土構(gòu)件的強度、整體性和耐久性。

大體積混凝土 溫度裂縫 控制措施

大體積混凝土在工程中的應(yīng)用越來越廣泛，然而大體積混凝土的溫度裂縫控制一直是工程界十分關(guān)注的問題。一般認為水泥的水化放出的熱量大且聚集在構(gòu)件內(nèi)部不易散出，形成里表溫差，是造成混凝土表面產(chǎn)生裂縫的主要原因。

1. 大體積混凝土的概念

對于大體積混凝土國內(nèi)外并無統(tǒng)一的概念。

《工程結(jié)構(gòu)裂縫控制》認為：“在工業(yè)與民用建筑結(jié)構(gòu)中，一般現(xiàn)澆連續(xù)墻式結(jié)構(gòu)、地下建筑物及設(shè)備基礎(chǔ)等容易由于溫度收縮應(yīng)力引起裂縫的結(jié)構(gòu)，通稱為大體積混凝土結(jié)構(gòu)?！?國內(nèi)還有些學(xué)者認為大體積混凝土是“最小斷面任何一個方向尺寸大于0.8m以上的混凝土結(jié)構(gòu)，其尺寸大到必須采取相應(yīng)的技術(shù)措施降低其溫差，控制溫度應(yīng)力與裂縫開展的混凝土”。上海建設(shè)工程局《深基礎(chǔ)若干暫行規(guī)定》則認為：當(dāng)厚度大于1米，基礎(chǔ)邊長大于20米，體積大于400立方米的現(xiàn)澆混凝土，稱為大體積混凝土。《大體積混凝土工程施工規(guī)范》（GB50496-2012）認為 “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。” 這一描述相對準確且具有可操作性。

筆者認為如下描述大體積混凝土可能比較嚴謹：大體積混凝土是指這類構(gòu)件：現(xiàn)場澆筑混凝土構(gòu)建的幾何尺寸較大，且由于混凝土的水泥水化熱不易散發(fā)，在約束環(huán)境下，極易產(chǎn)生溫度收縮裂縫，以最大的限度減少開裂而必須采取技術(shù)措施解決溫度裂縫。

2. 溫度裂縫

一般認為：水泥在水化過程中產(chǎn)生的水化熱會導(dǎo)致混凝土內(nèi)部溫度急劇上升，而混凝土是熱的不良導(dǎo)體，由此在混凝土內(nèi)外形成較大的溫差，因而會造成大體積混凝土內(nèi)部與外部熱脹冷縮程度不均，同時混凝土在內(nèi)外約束作用下產(chǎn)生巨大的溫度應(yīng)力，當(dāng)溫度應(yīng)力超過混凝土的抗拉強度極限，引起的裂縫稱為溫度裂縫。

大體積混凝土溫度裂縫，按其發(fā)生的深度、原因及性質(zhì)，一般可分為貫穿裂縫、深層裂縫、表面裂縫、網(wǎng)狀裂縫。

（1）貫穿裂縫是裂縫連續(xù)產(chǎn)生，裂縫較長、較寬、裂縫不斷擴展、相連，最后裂縫貫穿整個截面，形成“貫穿裂縫”。它會帶來一系列問題，如：貫穿性裂縫會改變結(jié)構(gòu)的受力模式，降低大體積混凝土結(jié)構(gòu)的整體性，直接危害到結(jié)構(gòu)的承載力，導(dǎo)致結(jié)構(gòu)產(chǎn)生失效破壞。

（2）深層裂縫也是較長、較寬，但裂縫不連續(xù)，裂縫部分地切斷了結(jié)構(gòu)的斷面，它也有一定的危害性。

（3）表面裂縫、網(wǎng)狀裂縫特點是：裂縫寬度小、深度不深，裂縫主要出現(xiàn)在混凝土的表面、且比較分散、危害性一般較小。但其可能發(fā)展為深層裂縫甚至貫穿裂縫。特別是遇到地震等偶然荷載作用，這些微裂縫很容實也會發(fā)展成深層裂縫、甚至貫穿裂縫，從而導(dǎo)致整個結(jié)構(gòu)產(chǎn)生毀滅性的破壞。

3. 溫度裂縫產(chǎn)生的原因

研究表明：大體積混凝土溫度裂縫的產(chǎn)生主要是由水泥水化熱、外界氣溫的變化、約束條件的變化和混凝土的收縮變形等原因引起的。

2.2 病原菌排位 2012-2016年病原菌的排位中，居前三位的革蘭陰性菌依次是大腸埃希菌、肺炎克雷伯菌、鮑曼不動桿菌；居前三位的革蘭陽性菌依次是金黃色萄萄球菌、凝固酶陰性葡萄球菌、腸球菌，這六種菌占檢出菌的38.01%；真菌以白色念珠菌最常見，占檢出真菌的55.10%；具體見表2。

3.1 水泥的水化熱

水泥水化熱是大體積混凝土產(chǎn)生溫度裂縫的主要因素。大體積混凝土結(jié)構(gòu)一般斷面較厚，水泥的水化熱聚在結(jié)構(gòu)內(nèi)部不易散失，引起急劇升溫。研究表明，水泥的水化熱與單位體積水泥用量以及水泥品種有關(guān)?；炷羶?nèi)部的最高溫度多數(shù)發(fā)生在混凝土澆筑的初期，其后隨著混凝土齡期的增長，彈性模量的增高，對混凝土內(nèi)部降溫收縮的約束也就愈來愈大，以致產(chǎn)生很大的拉應(yīng)力，當(dāng)混凝土的抗拉強度不足以抵抗這種應(yīng)力時，開始出現(xiàn)溫度裂縫。

3.2 外界氣溫的變化

混凝土的內(nèi)部溫度是澆筑溫度、水化熱的絕熱溫升和結(jié)構(gòu)散熱降溫等各種溫度的疊加之和，外界氣溫愈高，混凝土的結(jié)構(gòu)溫度也愈高，如外界溫度下降，會增加混凝土的降溫幅度，特別是在外界氣溫驟降時，會增加外層混凝土與內(nèi)部混凝土的溫度梯度。溫度應(yīng)力是由溫差引起的變形造成的，溫差愈大，溫度應(yīng)力也愈大。

3.4 約束條件

結(jié)構(gòu)在變形變化時，必然受到外界條件的約束條件。在全約束條件下，混凝土結(jié)構(gòu)的變形，超過混凝土的極限抗拉強度時，就會產(chǎn)生裂縫。

3.5 混凝土的收縮變形

混凝土的凝結(jié)硬化過程一般會產(chǎn)生收縮變形，少數(shù)為膨脹變形。由于混凝土收縮變形引起的溫度應(yīng)力是不可忽視的。影響混凝土收縮的因素主要包括水泥品種和混和材、外加劑及施工工藝，特別是養(yǎng)護條件。

4. 控制溫度裂縫的措施

大體積混凝土溫度裂縫的控制是一個復(fù)雜的問題，影響因素多。在控制大體積混凝土溫度裂縫時應(yīng)從產(chǎn)生溫度裂縫的各個因素出發(fā)，從設(shè)計、施工、養(yǎng)護及溫控等各個環(huán)節(jié)加以控制，以避免溫度裂縫的產(chǎn)生，并最終確保工程質(zhì)量。

4.1 設(shè)計階段

4.1.1 選擇合適的水泥品種

盡量選用水化熱較低的水泥。為降低水化溫升、減小體積變形，大體積混凝土一般不應(yīng)使用水化熱高的水泥，如硅酸鹽水泥和普通硅酸鹽水泥，應(yīng)使用中熱硅酸鹽水泥和低熱礦渣水泥；同樣，也不應(yīng)使用早強型水泥。因此，在滿足混凝土設(shè)計要求的前提下，應(yīng)盡可能采用低水化熱水泥。

4.1.2 減少水泥用量

水泥水化產(chǎn)生的水化熱是大體積混凝土發(fā)生溫度變化而導(dǎo)致體積變化的主要根源。因此，在配合比設(shè)計時，在滿足強度、耐久性等條件下盡可能減少水泥用量。

4.1.3 優(yōu)化混凝土的骨料粒徑和級配

盡可能采用大的骨料最大粒徑。最大粒徑越大，骨料的空隙率和表面積越小，細骨料宜采用中砂。

4.1.4 優(yōu)化混凝土配合比

設(shè)計時針對具體工程的特點、難點和現(xiàn)場實際情況，進行大量的、細致的水化熱、泌水性、可泵性等試驗，經(jīng)過多次優(yōu)化，減小單方混凝土中的水泥用量，控制水灰比及砂率。必要時加入適量的外加劑。

4.2 施工階段

4.2.1 降低骨料溫度及混凝土入模溫度

炎熱天氣澆筑混凝土?xí)r，宜采用遮蓋、灑水、拌冰屑等降低混凝土原材料溫度的措施，混凝土入模溫度宜控制在30℃以下；冬期澆筑混凝土，宜采用熱水拌和、加熱骨料等提高混凝土原材料溫度的措施，混凝土入模溫度不宜低于5℃。

4.2.2 合理設(shè)置伸縮縫和采用后澆帶

設(shè)置伸縮縫是目前大多數(shù)國家采用的控制大體積混凝土裂縫的方法，但是設(shè)置伸縮縫會給增加施工難度。后澆帶是在某個貫穿整個橫斷面的位置，將結(jié)構(gòu)構(gòu)件混凝土全部臨時斷開，使已澆筑的混凝土可以自由收縮，減少收縮應(yīng)力，待主體結(jié)構(gòu)保留一段時間后時，再用高一個等級的微膨脹混凝土澆筑，并及時潤濕養(yǎng)護14d以上。

5 .結(jié)語

溫度裂縫是大體積混凝土澆筑過程普遍存在且不可避免的現(xiàn)象，裂縫的出現(xiàn)不僅會降低建筑物的抗?jié)B能力，影響建筑物的使用功能，而且會引起鋼筋的銹蝕，加速混凝土的碳化，降低材料的耐久性，繼而影響建筑物的承載能力。因此，在大體積混凝土施工中，應(yīng)采取各種有效的措施和合理的處理方法來預(yù)防裂縫的出現(xiàn)和發(fā)展，提高混凝土的澆筑質(zhì)量，滿足建筑結(jié)構(gòu)安全性和耐久性的要求。

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