大体积混凝土温度裂缝的成因与控制

大体积混凝土温度裂缝的成因与控制

刘荣芳1谢萨萨

刘荣芳1谢萨萨2(1.郑州市第一建筑工程集团有限公司河南郑州450000；2.河南省碧源路桥工程有限公司河南郑州450000)

摘要：随着多年对大体积混凝土的实际观察，及研究有关混凝土内部应力方面的资料，对混凝土裂缝产生的原因进行分析，并且有针对性地提出预防措施，杜绝及减少温度裂缝的发生，从而确保大体积混凝土的施工质量。

关键词：大体积混凝土裂缝成因控制

大体积混凝土在现代工程建设中占有极其重要的地位。因此，这些大型建筑建设质量的优劣就显得相当重要。施工裂缝问题尤为突出，因此，解决大型建筑存在的施工问题成了质量控制的当务之急。

一、关于大体积混凝土裂缝的成因大体积混凝土中产生裂缝有多种原因，主要是温度和湿度变化，混凝土的脆性和不均匀性，以及结构不合理，原材料不合格，模板变形，基础不均匀沉降等。混凝土硬化期间水泥放出大量水化热，内部温度不断上升，在表面引起拉应力。后期在降温过程中，由于受到基础或老混凝上的约束，又会在混凝土内部出现拉应力。气温的降低也会在混凝土表面引起很大的拉应力。当这些拉应力超出混凝土的抗裂能力时，即会出现裂缝。许多混凝土的内部湿度变化很小或变化较慢，但表面湿度可能变化较大或发生剧烈变化。如养护不周、时干时湿，表面干缩形变受到内部混凝土的约束，也往往导致裂缝。混凝土是一种脆性材料，抗拉强度是抗压强度的1／10左右，短期加荷时的极限拉伸变形只有(0.6～1.O)x104，长期加荷时的极限位伸变形也只有（1.2～2.O)x104，由于原材料不均匀，水灰比不稳定，及运输和浇筑过程中的离析现象，在同一块混凝土中其抗拉强度又是不均匀的，存在着许多抗拉能力很低，易于出现裂缝的薄弱部位。在钢筋混凝土中，拉应力主要是由钢筋承担，混凝土只是承受压应力。在素混凝土内或钢筋混凝上的边缘部位如果结构内出现了拉应力，则须依靠混凝土自身承担。一般设计中均要求不出现拉应力或者只出现很小的拉应力，但是在施工中混凝土由最高温度冷却到运转时期的稳定温度，往往在混凝土内部引起相当大的拉应力。有时温度应力可超过其它外荷载所引起的应力，因此掌握温度应力的变化规律对于进行合理的结构设计和施工极为重要。

二、关于大体积混凝土温度应力的分析1.早期，自浇筑混凝土开始至水泥放热基本结束，一般约30天。

这个阶段的两个特征，一是水泥放出大量的水化热。二是混凝上弹性模量的急剧变化。由于弹性模量的变化，这一时期在混凝土内形成残余应力。

2.中期，自水泥放热作用基本结束时起至混凝土冷却到稳定温度时止，这个时期中，温度应力主要是由于混凝土的冷却及外界气温变化所引起，这些应力与早期形成的残余应力相叠加，在此期间混凝上的弹性模量变化不大。

3.晚期，混凝土完全冷却以后的运转时期。温度应力主要是外界气温变化所引起，这些应力与前两种的残余应力相迭加。

三、关于大体积混凝土温度的控制和防止裂缝的措施1.在原材料方面进行控制，主要是对水泥、粗骨料及外加剂的控制。

（1）宜采用降低水泥用量的方法来降低混凝土内部的水化温度，使混凝土强度在形成初期的结构内外温差的控制难度降低，这主要对大体积混凝土在进行配合比设计时作出了较高的要求。因此，在保证混凝土设计强度的情况下，应尽可能地降低水泥用量。另外，对于水泥品种，应优先采用水化热较低的矿渣水泥。

（2）对于粗骨料，宜采用改善的骨料级配，夏天温度较高进行施工时，在拌制混凝土前宜浇水将碎石湿润冷却，以降低混凝土的浇筑温度。

（3）在混凝土拌制过程中，掺加一定类型的外加剂，能对起到改善混凝土施工性能的作用。诸如掺加一定比例的减水防裂剂，可减少混凝土的泌水，减少沉缩变形，可提高水泥浆与骨料的粘结力，提高抗裂性能等作用。另外，在掺减水防裂剂后混凝土缓凝时间适当，能在有效防止水泥迅速水化放热基础上，避免因水泥长期不凝而带来的塑性收缩。

2.在结构设计时对配筋进行优化，在钢筋混凝土中，拉应力主要由钢筋承担。混凝土只起承受压力的作用。而在素混凝土内部或钢筋混凝上的边缘部位，如果结构内出现了拉应力，则须依靠混凝土参与受力作用。因此，一般在设计中，均要求不出现拉应力或者只出现很小的拉应力。但在混凝土浇筑时，内部过高的水化温度，往往在混凝土内部会产起较大的拉应力。有时温度应力可超过其它外荷载所引起的应力，因此，根据温度应力变化规律，在进行结构设计时对结构的配筋应予以优化。当所配的钢筋直径细而密时，对提高混凝土抗裂性有较好的效果，因此，可利用所配钢筋来降低昆凝土裂缝出现的程度及概率。

3.在施工工艺方面进行控制(1)在气温较高浇筑混凝土时，在温度比较高时应严格控制分层浇筑厚度，以利用浇筑层面进行散热。

(2)根据各地气候、不同施工季节制定合理的拆模时间，及时对结构表面进行覆盖保温，避免表面发生急剧的温度梯度，特别是施工中长期暴露的混凝土表面或薄壁结构，在寒冷季节应采取保温措施，防止表面裂缝。

(3)合理地对结构进行分缝分块,避免基础过大起伏,合理的安排施工工序,避免过大的高差和侧面长期暴露。此外，改善混凝土的性能,提高抗裂能力，加强养护，防止表面干缩,特别是保证混凝土的质量对防止裂缝是十分重要，应特别注意避免产生贯穿裂缝，出现后要恢复其结构的整体性是十分困难的，因此施工中应以预防贯穿性裂缝的发生为主。

四、关于案例分析1.工程概况某大厦座地上32层，地下1层，结构形式为框架剪力墙结构，主楼基础为灌注桩基础。桩承台底板底板厚2m，总体积2000m3。，底板设计为C35级、S8级混凝土，采用一次性泵送混凝土浇注。要确保大体积混凝土的施工质量，除了必须满足强度、刚度、整体性和耐久性等要求外，关键在于严格控制温度裂缝的开展，降低混凝土内外温差和混凝土的最高温度。

2.配料要求(1)选用低热的水泥品种一矿渣425号水泥。

(2)在混凝土中掺入粉煤灰代替部分水泥。

(3)骨料的选择，粗骨料采用连续级配的石子，可以使混凝土具有较好的和易性、较少的用水量和水泥用量以及较高的抗压强度。

3.计算与检测结果测温工作从混凝土浇注6h开始进行昼夜不问断测温，历时10d，测得数据1020个，数据分析如下：(1)混凝土浇注6h左右即开始产生水化热，混凝土温度逐渐上升，并持续到44～59h开始下降，前期温度变化基本呈抛物线状，后期随环境温度变化而变化，尤其表面温度变化更为明显。

(2)混凝土浇注后2～3d达到温度高峰值，最高温度72.4。C，最大温差20．6。C。

(3)整个混凝土升温、降温梯度较小，每日上午l1：00温度最低，夜3：00温度最高，基础的温度变化趋势基本一致，表明温度场变化均匀。

(4)测试结果表明，由于在施工中采取了系列有效技术措施，使，且温度场变化均匀。

(5)测试结果表明，温度应力小于混凝土的抗拉强度，而且混凝土内外温差基本控制在25。C以内，自测温开始到拆除测温点止，均未发现混凝土温差裂缝。

总之，温度裂缝的产生，无论是对大体积混凝土还是对一般结构混凝土的而言，都会不同程度地影响到混凝土结构的耐久性，从而影响到结构的使用安全，只有对其产生原因进行正确理解或认识，才能从根本上予以防治，做到仿患于未然，从而确保工程质量。

参考文献：[1]富文权，韩素芳，混凝土工程裂缝分析与控制[M]．北京：中铁道出版社，2008。

[2]王铁梦，工程结构裂缝控制[M]北京：中国建筑出版社，2009。

[3]黄政宇，吴慧敏，大体积混凝土施T[M]．北京：中国建筑工业出版社．2009。

[4]叶琳吕，沈义，大体积混凝土施T[M]．北京：中国建筑出版社，2007。