大體積混凝土溫度裂縫的成因與控制

摘要：大體積混凝土內(nèi)出現(xiàn)的裂縫，按其深度不同，可分為貫穿裂縫、深層裂縫及表層裂縫三種。貫穿裂縫切斷了結(jié)構(gòu)斷面，可能破壞結(jié)構(gòu)的整體性和穩(wěn)定性，其危害性是較嚴(yán)重的；深層裂縫是部分切斷了結(jié)構(gòu)斷面，也有一定的危害性；表層裂縫一般危害性較小，但處于混凝土約束范圍內(nèi)的表層裂縫，在內(nèi)部混凝土降溫過(guò)程中可能發(fā)展為貫穿裂縫。本文探討了大體積混凝土溫度裂縫的成因及控制。

關(guān)鍵詞：大體積；混凝土；溫度裂縫；成因；控制措施

前言

大體積混凝土是指最小斷面任何一個(gè)方向尺寸是0.8 m 以上的混凝土結(jié)構(gòu)，其尺寸已經(jīng)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)力和裂縫開展的混凝土，一般來(lái)說(shuō)，認(rèn)為由于水化熱引起混凝土內(nèi)部的最高溫度與外界溫差預(yù)計(jì)超過(guò)25 ℃時(shí)，這個(gè)溫差使得混凝土產(chǎn)生應(yīng)力，導(dǎo)致開裂。為最大限度減少混凝土開裂，必須要解決水化熱以及隨之引起的體積變形問(wèn)題。

一、大體積混凝土溫度裂縫的成因

1、水化熱的影響

水化熱是大體積混凝土產(chǎn)生裂縫的主要因素。大體積混凝土斷面較厚，水泥水化釋放的熱量聚集在內(nèi)部不宜散失。由于混凝土的導(dǎo)熱能力較差，澆筑初期彈性模量和強(qiáng)度也很低，對(duì)水化熱引起的急劇溫升（混凝土內(nèi)部的最高溫度，多發(fā)生在澆筑后的3-5d）約束不大，相對(duì)溫度應(yīng)力也很小。隨著混凝土齡期的增長(zhǎng)，彈性模量增高，混凝土內(nèi)部對(duì)降溫收縮的約束也就愈來(lái)愈大，以致產(chǎn)生很大的溫度應(yīng)力。當(dāng)混凝土的抗拉強(qiáng)度不足以抵抗溫度應(yīng)力時(shí)，混凝土內(nèi)部便開始出現(xiàn)溫度裂縫。

2、外界氣溫的影響

外界氣溫的變化，對(duì)混凝土的溫度變化有直接的影響。外界氣溫高。則其澆筑溫度也高。而混凝土內(nèi)部溫度是水化熱的絕對(duì)溫度、澆筑溫度和結(jié)構(gòu)散熱等各種溫度的疊加。外界氣溫的降溫幅度過(guò)大，則加劇了混凝土內(nèi)層和外層的溫度梯度，溫度應(yīng)力愈大。同時(shí)，混凝土內(nèi)部水化產(chǎn)生的高溫持續(xù)時(shí)間較長(zhǎng)，在高溫作用下，熱量不易散失，產(chǎn)生溫度裂縫。

3、約束條件

混凝土內(nèi)部材料性質(zhì)的不完全相同，非均勻的溫度及收縮分布以入各質(zhì)點(diǎn)變形的不均勻性而產(chǎn)生相互作用，對(duì)大體積混凝土所產(chǎn)生的溫度變形，起到約束作用，產(chǎn)生應(yīng)力。當(dāng)應(yīng)力達(dá)到某一數(shù)值時(shí)，引起裂縫。由約束條件所引起的裂縫與混凝土的溫度膨脹系數(shù)有關(guān)。

4、導(dǎo)熱系數(shù)

混凝土內(nèi)部熱量的散失，與其導(dǎo)熱系數(shù)有一定的關(guān)系，水是水泥內(nèi)部傳導(dǎo)熱量的主要途徑，混凝土的水灰比過(guò)大，有助于泥的水化，但易引起內(nèi)部熱量的聚集，于混凝土不利。

5、施工方法的不當(dāng)，也可導(dǎo)致混凝土裂縫產(chǎn)生。

（1）大體積混凝土施工時(shí)，模板承受混凝土的側(cè)壓力和振搗混凝土的振動(dòng)力。因此，保證模板有足夠的剛度和強(qiáng)度，防止模板承受荷載過(guò)大，產(chǎn)生變形，引起混凝土的開裂。施工過(guò)程中必須根據(jù)具體的受力情況，進(jìn)行支撐體系的剛度計(jì)算，保證結(jié)構(gòu)的安全與穩(wěn)定，避免混凝土有害裂縫的出現(xiàn)。

（2）大體積混凝土結(jié)構(gòu)的不密實(shí)性和鋼筋保護(hù)層的過(guò)小，使空氣中的水分和CO2滲透到混凝土內(nèi)部，鋼筋銹蝕而產(chǎn)生體積膨脹，并由于混凝土的收縮，養(yǎng)護(hù)不良，導(dǎo)致混凝土的干裂。

二、大體積混凝土溫度裂縫的控制措施

1、材料的選擇

水泥：優(yōu)先選用低水化熱的水泥，故粉煤灰硅酸鹽水泥、礦渣硅酸鹽水泥（有抗?jié)B要求時(shí)不宜使用），因普通硅酸鹽水泥比礦渣硅酸鹽水泥產(chǎn)生的水化熱要多10%-15%，按理應(yīng)盡量不用普通硅酸鹽水泥，但在冬季施工時(shí)氣溫較低，宜采用水化熱高的水泥，加強(qiáng)混凝土的凝結(jié)和強(qiáng)度增長(zhǎng)，防止混凝土受凍害。當(dāng)混凝土標(biāo)號(hào) >C35 時(shí)，不可采用火山灰水泥和粉煤灰水泥。砂子：宜用天然潔凈的粗砂，當(dāng)混凝土的標(biāo)號(hào)>C30時(shí)，其泥含量 ≤3%，當(dāng)混凝土的標(biāo)號(hào)C30 時(shí)，含泥量≤1%，當(dāng)混凝土的標(biāo)號(hào)

2、配合比的設(shè)計(jì)

大體積混凝土一般都是通過(guò)泵送澆筑，因此根據(jù)泵送要求和降低單位水泥用量?jī)蓚€(gè)方面來(lái)考慮配合比的設(shè)計(jì)。水泥用量一般為 280-300kg/m3，最多不超過(guò) 400 kg/m3，根據(jù)資料顯示，水泥用量每減少 10kg，溫度相應(yīng)降低 1℃。水泥用量砂宜用中粗砂，砂率控制在 40%-50%。石子要求天然級(jí)配良好，且骨料的最大粒徑和泵管直徑比應(yīng)滿足 d/D≤1/3，石子粒徑一般為 20-40mm。為了改善混凝土的和易性，可用粉煤灰等量取代10%左右的水泥，又可降低水化熱。另外細(xì)砂的和易性較好，可在粗砂中按粗細(xì)比為4：1的比例摻入細(xì)砂，塌落度可控制在12-18cm。

3、合理分縫分塊澆筑

在施工前的設(shè)計(jì)階段，除了考慮到大體積混凝土施工特點(diǎn)外，還應(yīng)該綜合考慮大體積混凝土結(jié)構(gòu)的施工方法，采用增配鋼筋和分層澆筑來(lái)控制水化熱引起的溫度裂縫。分縫分塊澆筑，考慮水泥水化產(chǎn)生的升溫、控制大體積混凝土的一次澆筑量、合理分層促進(jìn)熱量散發(fā)、減少地基約束等方面。跟要慎重對(duì)待結(jié)構(gòu)混凝土的結(jié)構(gòu)配筋情況、底面約束情況及施工縫和變形縫的設(shè)置位置。

4、降低混凝土內(nèi)外溫度梯度

方法包括冷卻和保溫兩種。冷卻是導(dǎo)出混凝土水化后所釋放熱量，來(lái)降低內(nèi)部最高溫度。這種減小混凝土的內(nèi)外溫度梯度方法是最有效的方法之一?？梢圆捎迷诨炷羶?nèi)部按所需分布密度布設(shè)冷卻管，通過(guò)媒介物質(zhì)將釋放熱量導(dǎo)出；保溫是減小混凝土表面熱量散失，以平衡水化過(guò)程中混凝土內(nèi)外溫差。采取的方法是在混凝土表面覆蓋保溫材料。

5、降低混凝土的澆筑溫度

這種方法簡(jiǎn)單易行，在工程中使用較廣，有預(yù)冷骨料、加冰拌和以及冷卻拌和水等來(lái)降低混合料溫度降低石子的溫度，拌和用水加冰塊等方式。當(dāng)施工季節(jié)氣溫較高時(shí)，為了減少澆筑過(guò)程中混凝土溫度升高，采取優(yōu)化施工組織，增加澆筑速度。陽(yáng)光直射導(dǎo)致的，可以采取避光措施，降低施工環(huán)節(jié)中溫度升高。對(duì)于季節(jié)不同，在冬季施工時(shí)要加以區(qū)分。冬季大體積混凝土可以持續(xù)施工，需注意冬季施工的防護(hù)；在夏季施工時(shí)，重點(diǎn)在于控制施工過(guò)程中混凝土的吸熱。

6、加強(qiáng)混凝土初期養(yǎng)護(hù)

大體積混凝土由于其本身溫度控制的要求，降低了混凝土中水泥的用量，摻加具有緩凝效果的減水劑等使得大體積混凝土初期強(qiáng)度增長(zhǎng)緩慢，其彈性模量的發(fā)展也相應(yīng)的增長(zhǎng)緩慢。如果初期養(yǎng)護(hù)措施不到位，則極易出現(xiàn)裂縫。對(duì)于大體積混凝土的初期養(yǎng)護(hù)，主要在于保溫和保濕?；炷羶?nèi)外溫差所造成的溫度梯度引起的應(yīng)力是造成混凝土表面裂縫的主要原因之一，故在澆筑混凝土后應(yīng)及時(shí)采取保溫措施以降低結(jié)構(gòu)物內(nèi)外溫差，減少混凝土表面的裂縫?；炷恋氖湛s也是混凝土表面產(chǎn)生細(xì)小裂縫的主要原因，為防止混凝土水分過(guò)快的散失產(chǎn)生干縮裂縫，避免混凝土結(jié)構(gòu)外界環(huán)境的干濕交替，應(yīng)在混凝土澆筑后，及時(shí)的采取保濕措施，防止干縮裂縫的出現(xiàn)。

結(jié)束語(yǔ)

總之，學(xué)術(shù)界對(duì)于混凝土溫度裂縫的成因、預(yù)防改善措施有了一定的研究，但工程技術(shù)人員在具體使用中還要針對(duì)具體情況多觀察、多分析、多總結(jié)，結(jié)合多種預(yù)防處理措施，混凝土的溫度裂縫是完全可以得到有效控制的。

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