西北某項目大體積混凝土施工中的溫度裂縫控制探討

杜青森

【摘要】大體積混凝土受原材料、配合比設(shè)計、制備運(yùn)輸、施工工藝、養(yǎng)護(hù)條件等眾多因素的影響，其安全與質(zhì)量要求比常規(guī)混凝土更高，受施工現(xiàn)場各方面條件限制，大體積混凝土在施工過程中極易出現(xiàn)裂縫，不僅影響觀感質(zhì)量，還會使建筑工程產(chǎn)生安全隱患。因此，建筑工程施工過程中施工人員必須格外重視大體積混凝土的裂縫控制工作。

【關(guān)鍵詞】大體積混凝土;冬季施工;裂縫;有效措施

【DOI】10.12334/j.issn.1002-8536.2021.02.109

隨著經(jīng)濟(jì)建設(shè)的快速發(fā)展，高層建筑、大跨度橋梁等結(jié)構(gòu)順勢而生，大體積混凝土也被廣泛應(yīng)用，但是目前關(guān)于大體積混凝土施工過程中由于內(nèi)外溫差較大而產(chǎn)生的溫度裂縫卻不易控制，尤其是冬季施工。針對這種現(xiàn)象，本論文主要研究關(guān)于冷卻水管的選材、布置形式、布置方法，以及保溫措施等，并一一進(jìn)行論述，為今后冬季大體積混凝土的施工提供相關(guān)指導(dǎo)與借鑒。

1、溫度裂縫概述

水泥與水會發(fā)生水化熱的化學(xué)反應(yīng)，從而釋放大量熱量。如果在施工過程中，混凝土水化熱產(chǎn)生的熱量得不到及時有效的散發(fā)而聚積在混凝土內(nèi)部，就會導(dǎo)致混凝土內(nèi)外部出現(xiàn)較大溫差，進(jìn)而產(chǎn)生拉應(yīng)力。當(dāng)溫差產(chǎn)生的應(yīng)力大于混凝土自身強(qiáng)度時，就容易出現(xiàn)溫差裂縫。該類型裂縫一般會出現(xiàn)在混凝土凝結(jié)硬化過程中。

2、大體積混凝土施工產(chǎn)生溫度裂縫的原因分析

體積混凝土屬于熱的不良導(dǎo)體，在混凝土凝結(jié)過程中，釋放出大量的熱量，在此期間將會產(chǎn)生水化熱的化學(xué)反應(yīng)，如果以水泥用量300kg/m3～550kg/m3來計算，每1m3混凝土能夠釋放出15500KJ～27500KJ的熱量，熱量的釋放時間一般在3天左右。對于大體積混凝土來說，積蓄在混凝土結(jié)構(gòu)內(nèi)部的水化熱散發(fā)速度較慢，此時，內(nèi)部溫度不斷上升，而混凝土表面溫度急劇降低，導(dǎo)致內(nèi)外部溫差值逐步增大，尤其對于南崔路分離立交橋重力式橋臺工程來說，施工時，正處于冬季，晝夜溫度差異較大，內(nèi)部混凝土在熱脹作用下產(chǎn)生壓力，外部混凝在冷縮變形中產(chǎn)生拉力，混凝土在雙向作用力下，自身的抗拉強(qiáng)度急速下降，當(dāng)內(nèi)部拉應(yīng)力超過抗拉強(qiáng)度時，大體積混凝土就會產(chǎn)生大量裂縫，通常情況下，溫度裂縫的產(chǎn)生時間在澆筑混凝土后的3～5天之內(nèi)，裂縫初期，縫隙較小，隨著時間的推移，裂縫的深度與面積不斷擴(kuò)大，嚴(yán)重的還會貫穿于整個混凝土結(jié)構(gòu)。如果按裂縫深度予以劃分，大體積混凝土的溫度裂縫可以分為貫穿裂縫、深層裂縫以及表面裂縫。貫穿裂縫切斷了混凝土結(jié)構(gòu)斷面，使混凝土結(jié)構(gòu)失去整體性，如果不及時處理，將會發(fā)生較為嚴(yán)重的安全事故。深層裂縫是部分切斷混凝土結(jié)構(gòu)斷面，如果整治措施不到位，將快速發(fā)展成為貫穿裂縫。而表面裂縫的危害性雖說很小，但是，隨著混凝土水化熱現(xiàn)象的不斷加劇表面裂縫也會逐漸演變成為危害性較大的深層裂縫或者貫穿裂縫。

3、大體積混凝土施工中的溫度裂縫控制措施

3.1加強(qiáng)澆筑溫度和入模溫度控制

澆筑溫度是指大體積混凝土澆筑時，周圍環(huán)境的溫度。入模溫度是指混凝土出料倉后，運(yùn)輸至澆筑現(xiàn)場，進(jìn)行澆筑時的溫度。如果是在夏季施工，要將澆筑和入模溫度控制在35℃以內(nèi)?？纱钤O(shè)涼棚，或使用風(fēng)冷法來降溫，或選擇早晨或下午施工，避免在正午澆筑大體積混凝土。如果冬季施工，要將澆筑和入模溫度控制在5℃以上。如果溫度過低，可采用加熱法或設(shè)置蒸汽管的方式加以控制，以保障施工溫度滿足要求，預(yù)防裂縫產(chǎn)生。

3.2選用高質(zhì)量的混凝土原料

原材料的品質(zhì)直接影響到最終成品的質(zhì)量好壞，混凝土材料也是如此。只有選用各方面數(shù)據(jù)、質(zhì)量達(dá)標(biāo)，性能充足、品質(zhì)上佳的原材料，才能混合制作出高質(zhì)量的混凝土。首先就要做好集料優(yōu)選，由于集料是混合混凝土的重要原料，用量占所有原料的60%。其用量的把握、品質(zhì)的好壞直接決定了混凝土抗裂縫能力的高低。因此，必須根據(jù)集料的級配、規(guī)格、含水量等各項屬性、數(shù)據(jù)進(jìn)行嚴(yán)格篩選排查，選用指標(biāo)合理的集料，進(jìn)入混凝土的制作現(xiàn)場。只有嚴(yán)格把控混凝土原料的質(zhì)量，才有可能增強(qiáng)混凝土的抗裂縫性能，提升整個建筑工程的質(zhì)量與品質(zhì)。

3.3設(shè)置冷卻管

大體積混凝土產(chǎn)生溫度裂縫的主要原因是由于內(nèi)外部溫度差值較大，為了平衡內(nèi)外溫度差，防止水化熱的產(chǎn)生，南崔路分離立交橋重力式橋臺在澆筑混凝土施工時，可以采用設(shè)置冷卻管方式，即選擇強(qiáng)度高，熱傳導(dǎo)性能好的鐵管，公稱直徑為42.3mm，并設(shè)置兩層，分別安裝在橋臺底部以上1m的位置與底部以上2.5m的位置，其中，環(huán)形冷卻管距離橋臺前墻的距離分別為1m和2.2m，距離側(cè)墻的距離分別為0.8m以及1.6m。當(dāng)冷卻管自澆筑混凝土?xí)r即通入冷水，通水時間為7天，在澆水過程中，進(jìn)出水口的水溫差不得大于10℃，而水溫與混凝土內(nèi)部的溫差值不得大于20℃。通過這種方法，縮小了大體積混凝土的內(nèi)外溫差值，內(nèi)部熱量釋放得到有效控制，這就降低了發(fā)生水化熱的概率，對溫度裂縫的產(chǎn)生起到抑制作用。

3.4注重大體積混凝土溫度監(jiān)測

布置測溫點(diǎn)，能獲取混凝土最高溫度、外表溫度、溫度差及降溫速率等。因此需在溫度變化較大和易冷卻部位設(shè)置測溫點(diǎn)。一般在距混凝土外表面3～5cm處設(shè)測溫點(diǎn)，獲取外表面溫度。在承臺高度的1/2～1/3處設(shè)置測溫點(diǎn)，以測量混凝土內(nèi)部溫度。

3.5施工工藝與構(gòu)造措施

通常，溫度應(yīng)力主要有兩方面的因素導(dǎo)致出現(xiàn)，分別是內(nèi)部約束力和外部約束力。針對內(nèi)部約束力，其因為混凝土結(jié)構(gòu)中會存在溫度梯度，并且在持續(xù)性的作用當(dāng)中其表層會產(chǎn)生很多不規(guī)則的裂縫。相對于外部約束力，主要就是大體積混凝土體積而造成的。外部約束應(yīng)力所導(dǎo)致產(chǎn)生的裂縫，通常都是以和約束面進(jìn)行垂直的方式存在，同時在整體結(jié)構(gòu)中會直接顯示。相對于外部約束力裂縫問題，在對其控制中，主要就是針對約束力進(jìn)行合理的合理或者有效降低，以此確保結(jié)構(gòu)整體能夠穩(wěn)定?；炷猎诜€(wěn)定前，加強(qiáng)科學(xué)合理的對策應(yīng)用，對溫度實(shí)現(xiàn)有效控制，采用相應(yīng)的施工工藝，對混凝土結(jié)構(gòu)的內(nèi)外溫差進(jìn)行降低，從而將混凝土所產(chǎn)生的外部約束力進(jìn)行合理降低，以此對裂縫問題消除。只有采用科學(xué)合理的對策來對約束力降低，才可以很好的對混凝土裂縫通病進(jìn)行緩解，從而對結(jié)構(gòu)整體質(zhì)量提升。

3.6加強(qiáng)后期養(yǎng)護(hù)

為有效預(yù)防裂縫產(chǎn)生，混凝土澆筑完成后，加強(qiáng)后期養(yǎng)護(hù)也是必要的。標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)條件下，大體積混凝土溫度應(yīng)保持在20±3℃，通常養(yǎng)護(hù)時間不少于28d。受施工現(xiàn)場條件、工期等因素影響，大體積混凝土標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)條件很難達(dá)到，通常采用人為措施養(yǎng)護(hù)。夏季通過養(yǎng)護(hù)施工，避免大體積混凝土出現(xiàn)脫水現(xiàn)象、干縮裂縫等。要適當(dāng)延長混凝土散熱時間，這樣有利于確保大體積混凝土強(qiáng)度合格。同時也有利于合理控制混凝土溫度應(yīng)力，使其小于極限抗拉強(qiáng)度，增強(qiáng)大體積混凝土結(jié)構(gòu)可靠性，預(yù)防裂縫產(chǎn)生。

結(jié)語：

大體積混凝土本身幾何尺寸較大，能夠保證具有足夠的強(qiáng)度和剛度，但在施工過程中，由于溫差過大引起的裂縫很難避免，現(xiàn)實(shí)工程中，只能盡可能做到將裂縫的開展控制到無害范圍內(nèi)，避免出現(xiàn)貫穿裂縫。施工過程中可以采取現(xiàn)場實(shí)時溫度監(jiān)測和根據(jù)已有數(shù)據(jù)進(jìn)行混凝土內(nèi)部溫度計算預(yù)測，從2方面來入手控制溫差，實(shí)現(xiàn)有效控制裂縫的產(chǎn)生。

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