浅谈大体积混凝土的施工温度与裂缝控制

浅谈大体积混凝土的施工温度与裂缝控制

刘念小

湖南核工业建设有限公司广州分公司510440

摘要：大体积混凝土施工中普遍会遇到裂缝控制问题，这是因为混凝土体积大，聚集的大量水化热会导致混凝土内外散热不均匀，在受到内外约束的情况下，混凝土内部会产生较大的温度应力并很可能导致裂缝产生，最终为工程结构埋下严重质量隐患。因此，大体积混凝土施工中应严格控制施工温度和裂缝产生，以保证工程质量。

关键词：大体积混凝土；温度；裂缝；控制

1、裂缝的成因

混凝土中产生裂缝有多种原因，主要是温度和湿度的变化，混凝土的脆性和不均匀性，以及结构不合理，原材料不合格，碱骨料反应，模板变形，基础不均匀沉陷等。

1.1水泥水化热的影响

水泥在水化过程中产生大量的热量，每克水泥放出的热量约达502J/g，因而使混凝土内部的温度升高，一般在30℃左右，有时甚至会更高，它在1－3天放出的热量是总热量的一半，混凝土内部的最高温度多数发生在浇筑后的3－5天内，当砼内部与表面温差过大时就会产生温度应力和温度变形，温度应力与温差成正比，温差越大，温度应力也越大，当这种温度应力超过混凝土内外约束力时就会产生裂缝，而混凝土内部的温度与厚度及水泥用量有关，混凝土越厚水泥用量越大，内部温度也越高。由于混凝土的导热性能较差，所以造成混凝土内部和表面的温差较大，当温差过大时，就会产生温度应力和温度变形，造成混凝土的抗拉强度不足以抵抗该温度应力，进而开始出现温度裂缝。

1.2外界气温湿度的影响

大体积混凝土结构在施工期间，外界气温的变化对防止大体积混凝土裂缝的产生起着很大的影响。混凝土内部的温度是由浇筑温度、水泥水化热的绝热温度和结构的散热温度等各种温度叠加之和组成。浇筑气温与外界温度降低则又会增加大体积混凝土的内外温度梯度，如果外界温度的下降过快，会造成很大的温度应力，极其容易引发混凝土的开裂。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、表面干缩变形受到内部混凝土的约束，也往往导致裂缝。

1.3原材料的影响

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应变为（0.6～1.0）×104，长期加荷时的极限拉伸变形也只有（1.2～2.0）×104。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较低，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土边沿部位如果结构内出现了拉应力，则须依靠混凝土自身承担。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。有时温度应力可能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。

2、温度应力分析

温度应力的形成过程可分为3个阶段：（1）早期。自浇筑混凝土开始至水泥放热基本结束，一般约28～30天。这个阶段的两个特征，一是水泥放出大量的水化热，二是混凝土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。自水泥放热作用结束时起至混凝土冷却到稳定温度时，这个时期，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，在此期间混凝土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温度变化所引起，这些应力与前两种残余应力相叠加。

根据产生原因，温度应力分为2类：（1）自生应力。边界上没有任何约束或完全静止的结构，如果内部温度是非线性分布的，由于结构本身互相约束而出现的温度应力。例如桥梁墩身等，结构尺寸相对圈套，混凝土冷却时表面温度低，在表面出现拉应力，在中间出现压应力。（2）约束应力。结构的全部或部分边界受到外界的约束，不能自由变形而引起的应力。如箱梁顶板混凝土和护栏混凝土等。

3、防止混凝土裂缝的措施

3.1、控制混凝土的温度

控制混凝土温度的措施主要包括：（1）改善骨料级配，用干硬性混凝土，掺混合料等措施以降低单位水泥用量。（2）拌合混凝土时加水冷却或用水将碎石冲洗以降低混凝土的入仓温度。（3）高温季节浇筑混凝土时，分层浇筑并控制每层厚度不大于30cm，充分利用层面散热。（4）在混凝土中埋入循环水管，注入冷水循环降温，使混凝土体内热量及时排出，控制混凝土体内外温差。（5）规定合理的拆模时间，气温骤降时进行表面保温，以免混凝土表面发生争气的温度梯度。（6）施工中长期暴露的混凝土浇筑块表面，在寒冷季节采取保温措施。（7）外界气温较高时，选择在一天中气温较低时（傍晚）浇筑，浇筑前用清水对模板进行湿润。

3.2、选择合理的混凝土原材料

对混凝土原材料的要求如下：（1）水泥。对大体积混凝土性能影响最大的成分是水泥，在水泥选择时，应优先考虑低水化热水泥。（2）粗骨料。要求含泥量、粉屑、有机质等指标满足行业技术规范要求。骨料级配尽可能采取双级配或多级配，良好的级配可获得水泥用量低、混凝土强度高及和易性好等最佳组合。（3）细骨料。细骨料是混凝土中影响敏感的原材料之一，因细骨料直接影响混凝土的和易性强度，如细骨料偏粗，则和易性差，泌水性大，若偏细，则含泥量多，比表面积大，含泥量对混凝土抗拉强度影响较大。对细骨料的选择：建议细度模数在2.5～2.9之间，对0.315mm的筛孔的通过量不小于15%，对0.16mm筛孔的通过量不大于5%。（4）水。采用饮用水。（5）外加剂。主要根据对水泥的适应性、减水率、缓凝时间以及塌落度等指标选择。

3.3、加强混凝土的早期养护

实践证明，混凝土的常见裂缝，大多数是不同深度的表面裂缝，主要原因是温度梯度造成，寒冷地区的温度骤降也容易形成裂缝。因为混凝土浇筑初期，由于水化热的散发，表面引起相当大的拉应力，此时表面温度亦较大气温度高，这时拆模，表面温度骤降，必然引起温度梯度，从而在表面附加一拉应力，与水泥水化热应力叠加，再加上混凝土干缩，表面的拉应力达到很大的数值，应有导致裂缝的危险，但如果在拆模后及时在表面覆盖保温材料，对防止混凝土表面产生过大的拉应力，具有显著的效果。

3.4、其他方面的措施

（1）增配构造筋，提高抗裂性能。应采用小直径、小间距的配筋方式，全截面的配筋率应在0.3～0.5%之间。

（2）在结构设计中应充分考虑施工时的气候特征，合理设置后浇缝，在正常施工条件下，后浇缝间距20～30m，保留时间一般不小于60天。

（3）预埋温度感应器，及时关注混凝土内部温度情况，根据温度的变化制定相应的措施。如加速循环水的循环、喷涂养护剂、土工布保湿养护等方式。

（4）浇筑过程中加强混凝土的振捣，要做到既不过振，也不漏振；振捣以骨料不再下落，表面泛起浮浆，不冒气泡为宜。

结束语

通过对大体积混凝土施工温度与裂缝之间的关系进行理论和实践上的初步探讨，提出了具体的预防和改善措施，在实践中的应用效果较好。在工程施工中，我们要多观察、多比较，善于分析、总结，混凝土的裂缝就能得到有效的控制。

参考文献：

[1]王顶堂.大体积混凝土裂缝控制技术应用研究[J].安徽建筑工业学院学报（自然科学版），2008，（06）.

[2]孙永清.大体积混凝土温度裂缝的成因分析及控制措施[J].科技创新导报，2007年29期.

[3]冯乃谦，顾晴霞，郝挺宇.混凝土结构的裂缝与对策[M].北京：机械工业出版社，2006.