高温季节大体积混凝土裂缝成因及控制措施分析

高温季节大体积混凝土裂缝成因及控制措施分析

李方桂

广东水电二局股份有限公司 广东增城 511340

摘要：本文结合多年实践经验，主要就高温季节时段大体积混凝土裂缝形成原因进行一些分析，提出相应的裂缝预防及控制对策，并结合在都柳江大融航电枢纽工程中采取的具体措施应用，为在类似高温、炎热气候条件下的土木建筑工程裂缝控制提供参考。

关键词：高温；大体积；混凝土；裂缝；成因；控制；措施

1概述

位于贵州从江县境内的都柳江大融航电枢纽工程，坝顶总长329.34m，坝顶高程为218.5m。枢纽从左至右依次布置：左岸重力坝（长45m）、厂房（长55.94m）、泄水闸（长137.5m）、船闸（长26m）、右岸重力坝（长64.9m）。根据近几十年来的气象资料，多年平均气温18.4℃，夏季高温季节最高气温接近40℃，且白天高温时段持续时间较长。在高温、炎热气候条件下进行大体积混凝土浇筑，施工过程中需采取多种措施进行质量控制，减少混凝土工程裂缝的出现，确保工程的抗裂性、耐久性等指标满足要求。

2混凝土裂缝成因分析

近年来，建筑科学和技术也在不断的向前发展，大量新的技术和新的工艺、新材料在各类建筑工程中得到了广泛的运用。现代建筑规模也越来越大，质量要求也越来越高，尤其是对混凝土的外观质量和内部质量缺陷的控制也日趋严格。在已经修建或正在建设的土木结构建筑项目中经常出现有一些较大体积的混凝土施工，如高层住宅的地面基础、大跨径桥梁墩台、大型建筑物基础和水库大坝等工程。对大体积混凝土裂缝的控制水平，在一定程度上反应了一家施工企业的综合技术能力。

2.1混凝土裂缝分类

结合国内相关规范规程要求，以及考虑在实际工程中的使用要求，对混凝土裂缝从长度、宽度、深浅、危害性等方面进行分类。

微观裂缝：这类裂缝的直径和宽度通常为0.05mm 以下，这类问题一般出现在钢筋混凝土结构的内部，不能直接用肉眼观察到，一般要采用仪器设备(如超声波探测仪等)进行检测。通常来说，此类裂缝也不会对结构的整体稳定性产生影响，结构承受的各种荷载原则上不超过设计允许范围即可。

表面裂缝：裂缝的宽度一般0.05mm~0.5mm，主要是温度裂缝，一般危害性较小，但影响混凝土外观质量。

深层裂缝：裂缝的宽度一般0.5mm~2mm，或深度在10mm~100mm。由于该裂缝部分的切断了混凝土结构面，对结构耐久性产生了影响，一般危害性较大。

贯穿裂缝：此种裂缝的一般可以达到2mm。其产生的原因主要是由于表面裂缝扩大发展而形成。切断了混凝土结构面，会对混凝土结构质量产生重大影响，危害性最大。

2.2大体积混凝土裂缝形成因素分析

大体积混凝土工程一次性浇筑的混凝土方数量少则几百方，多则成千方，最高可达上万方不等。由于体积过于庞大，但是表面系数却很小，就会造成结构内部的水化热的释放不够快速，局部的温度过高，造成温差很大，这样就容易导致温度裂缝的出现，最终可能影响结构的安全性和质量。所以我们想要有效的解决这种现象，必须首先做好水化热和体积变形等方面的控制工作，这样才能够可以尽量减少材料开裂现象发生，从而保证整体工程质量。

2.2.1 水泥水化热影响

水泥的硬化处理是一个释放热能的阶段，这个阶段中，内部的热量会快速地升高，但是由于其表面上可以供散热的面积系数较小，内部的温度和其表面之间的温差就可能会很大，当其温度和应力都会超过了混凝土内外的约束力时，这样就很容易产生裂缝。混凝土层越厚，水泥使用的数量也就越多，内外部的温差也就越大，就越容易造成裂缝。通过现场的监测和分析，在浇筑后的混凝土结构内部，通常都会在3~5天内产生很大的温差。

2.2.2 外界气温变化影响

外界的环境气温也可能会对大体积混凝土工程产生一定的影响，尤其是在高温气候的条件下影响更大。在这种高温环境条件下，由于白天环境中的温度相对比较高，白天散热相对缓慢，而此时的混凝土内部最高的温度通常可以到达65℃，并且持续的时间较长。当夜晚的温度急速下降，尤其遇到夜晚的气温急速下降时，会逐渐增加室内和外层钢筋混凝土的温度梯度，而且温度对室内环境的影响也愈为严重，更容易使混凝土产生裂缝。

2.2.3 混凝土的收缩影响

在混凝土水泥硬化的反应过程中，大部分的水份都会逐渐蒸发，最终只有一定量的水份被混凝土水泥硬化的过程所吸取，其余水份在蒸发和扩散的过程中，会使混凝土产生收缩，随着这些水份逐渐的蒸发和扩散完，混凝土陆续地干燥，吸附的水也会逐渐从空气中逸出，就可能会使混凝土出现干燥和收缩。在这个过程中也会产生裂缝。

2.2.4 内外约束条件影响

大体积的混凝土通常直接和地基一起浇筑，由于气温快速上升所导致产生的高度膨胀和应力变形时，就会因为受到下部浇筑地基的高度限制而对其上部进行压缩和应力。但是，当它的温度并没有下降，则它们会对反向拉伸的应力系统产生很大的反向摩擦和拉应力。另外，混凝土内部由于其与水泥浆的基层中心部分化学热相互作用，形成其基层中心部分温度高，热作用膨胀大，因而在其基层中心部分去除了内部压力和应力，在建筑基层表面也可能会因此产生横向拉伸压应力。所以当墙体的应力大大程度超过了钢筋混凝土的抗拉应力强度，就很有可能产生各种变形裂缝。

2.2.5 其他因素影响

地基加固处理不充分，承载力不足，导致支撑、支架下沉引起混凝土裂缝；混凝土养护时间不够，混凝土强度未达到设计标准，过早拆除结构模板及支架，使混凝土结构发生裂缝和破坏等。

3、混凝土裂缝的预防和处理措施

3.1混凝土裂缝的预防措施

混凝土施工前应进行热工计算，确定不同部位混凝土的温度应力场，针对不同的内外温差，采取不同的混凝土裂缝预防措施，防止或减少可能产生的混凝土裂缝。

3.1.1混凝土原材料控制措施

当高温、炎热的季节进行浇筑混凝土时，需要采取措施以降低混凝土的浇筑温度。对砂石骨料仓中的原材料搭设一个遮阳蓬盖，避免太阳光的曝晒，采用冷水(冰箱)预冷。同时结合当地环境和温度，采用添加冷水及碎冰(或称为刨冰)搅拌拌和混凝土。对于混凝土的运输工器械，要有一套隔热、遮阳的措施，缩短混凝土暴晒的时间。现场施工的仓面钢筋混凝土均采用彩涤聚乙烯防腐薄膜进行隔热层覆盖，必要时可以采用洒水喷雾等措施来降低现场温度。确保钢筋混凝土浇筑时的温度及其最高气温均应符合施工设计图纸要求。在施工过程中通过试验确定了混凝土进出机口的温度和现场浇筑温度的关系，并且采取有效的措施以减少了混凝土在运送途中的升温。

3.1.2优化混凝土配合比

水泥水化热是一个导致裂缝产生的主要影响因素，所以我们应尽可能地降低水化热的温度。通过结构调整和对混凝土骨料配合比的优化设计，选择水化热较低的混凝土。在确保混凝土结构强度、耐久性等指标，满足设计规范的要求和前提下，通过改善优化混凝土的配合比，增添优质的掺和料和其他建筑外加剂，以减少混凝土中的水泥用量，最终减少水化热。

3.1.3混凝土浇筑与振捣措施

根据当地气象站所提供的气象预报资料，尽量避免在高温地区进行浇筑，把钢筋混凝土的浇筑尽量布置在早晚和夜间。控制建筑物中大体积混凝土浇筑的最大标准高度及其间歇期。尽量选择分层分段法或台阶法进行浇筑，分层振捣密实或二次振捣等方法，增加了砼的密实性，提高了抗裂性能，使上下两层砼在初凝前结合良好。基础及旧混凝土的约束处浇筑层高一般应控制在 l ~2m ，上下层浇筑的间歇时长一般为5~10天。在潮湿或者较高温的季节，有条件的部位，可以考虑采用表面透水式冷却的办法来进行散热。通水量及时间是以计算公式来确定，一般是10~15天，混凝土的温度和水温的比值之差也不宜大于或超过25℃。

3.1.4混凝土养护措施

大体积混凝土施工养护的一个重要关键在于如何控制好合理的温度和相对湿度，以便于控制钢筋混凝土的内外温差，通过对温度的控制来防止由于温度的变形而导致混凝土开裂。当混凝土进行拆模时，混凝土的表面温度和中心环境温度之间，变化后的温度和环境温度之间的平均值温差为20℃。

如果需要采用洒水养护，应在基层钢筋混凝土全部浇筑工作完成后12~18h内即可正式开始洒水养护，其中洒水养护的施工时间一般规定为不少于14天。在干燥、炎热等恶劣气候的工作条件下，应尽量延长浇筑混凝土的养护时间至少28天以上。

3.1.5加强监控量测措施

为了准确地掌握建筑物大体积混凝土材料在高温、炎热等环境下的气候温升、降压和低温变化的规律，以及不同建筑物所用材料在不同环境下的气候温度变化影响，就需要定期地对其进行温度观察和控制。编制专门的监测措施，确定混凝土的测温位置、测温时间和频率、测温手段等内容。沿着浇筑物的高度，应将其布置在底部、中部和上部，竖向检测点的间距一般范围为300~500mm；而平面上则布置在两者之间的边缘和中间，平面测点间距一般为2.5~5m。可通过采用直接埋设于墙体混凝土内部的小型电阻式受热温度计或者其他热电偶仪器来进行测量确定混凝土的外部浇筑受热温度与检测混凝土的内部受热温度。当我们发现温度差已经超出了实际设计温度允许值或25℃时，及时地要求采取措施，以有效防止大体积钢筋混凝土产生较高温差和热应力从而导致裂缝。

3.2混凝土裂缝的处理措施

当混凝土裂缝发生后，应及时采取处理措施，消除或减少混凝土裂缝，防止进一步扩大进而产生较大的质量问题或质量事故。

3.2.1表层处理法

当裂缝较小、较浅时，一般灌浆材料难以灌入且深度未达到钢筋时，可采用表面涂抹或表面贴补法化学材料进行处理。该处理办法使用于静止裂缝，裂缝宽度、深度已经基本稳定，不再有进一步的伸缩和活动。

3.2.2灌浆法

该方法应用的范围很宽，从细微裂缝一直到大型裂缝都是全部适用，处理效果良好。常见的裂缝灌浆材料主要是环氧树脂或者水泥砂浆等。

3.2.3填充法

当裂缝宽度较大，用灌浆方法很难对其达到预期效果时，可以考虑采用微膨胀混凝土或者是比原混凝土增加一个强度的混凝土来进行填补。可沿开裂缝隙的混凝土表面切割凿出 v 形或 u 形槽，吹洗干净，然后作填充处理，作业简单，费用低。

3.2.4结构补强加固法

因超荷载而产生的裂缝长期不进行处理易造成的混凝土使用耐久性下降，可以考虑采用增大建筑结构断面、增设钢板或工字梁、粘贴补强材料、碳纤维修补等多种建筑结构补强方法，提高建筑结构的力学强度、刚度、抗裂性和扩展延伸能力。

3.2.5混凝土置换法

当一个结构中发生一些贯穿裂缝或者结构存在一些大面积的裂缝，结构中就必然会存在一些重大安全隐患，需要对原来已经严重损坏的钢筋混凝土结构材料全部进行彻底凿开拆除后，再置换新的钢筋混凝土或其它结构材料。常见的钢筋置换砂浆材料主要品种有：普通钢筋混凝土或有机水泥砂浆、聚合物或经过改性的有机聚合物普通混凝土或水泥砂浆。

4、结论

在都柳江大融航电枢纽项目建设过程中，对可能产生混凝土裂缝的各种因素进行分析并在浇筑前采取混凝土裂缝预防措施；在混凝土浇筑过程中，通过加强混凝土浇筑工艺操作流程及浇筑质量的全过程监督管理；在混凝土浇筑完成后对发现的裂缝及时进行处理。结合项目完工验收时第三方监测机构对全部项目混凝土施工过程中的混凝土质量检查报告进行分析，未出现超过技术规范标准的裂缝，本项目混凝土施工过程的整体质量均已满足了设计要求。

目前已经建成或正在建造的各种土木建筑工程，以钢筋混凝土结构占据了主导地位，钢筋混凝土结构物由于内外部环境等因素影响而不可避免会出现裂缝，而这些裂纹就是造成钢筋混凝土结构物的承载力、耐久性和抗裂强度等指标下降的主要影响。所以，采取有效措施控制裂缝，对于提高整体工程质量，具有重要意义。

参考文献：

[1]《混凝土结构工程施工质量验收规范》GB50204-2015

[2]《大体积混凝土施工标准》GB50496-2018

[3]《地下工程防水技术规范》GB50108—2001

[4]《粉煤灰混凝土应用技术标准》 GBJ146-90

[5]《普通混凝土配合比设计规程》JGJ55-2011

[6]《高层建筑混凝土结构技术规程》JGJ3—2010