大体积混凝土施工温度裂缝控制研究及进展

大体积混凝土施工温度裂缝控制研究及进展

张雅婧、范立禹、徐晓东

中建二局第三建筑工程有限公司 北京 100070

摘　要：就当前国家建筑企业的发展现状来看,大面积混凝土施工已经成为重要的施工内容,在建筑企业的发展中发挥着重要作用。但是在实际的应用过程中,随着建筑使用时间的逐渐推进,大面积混凝土施工质量问题也逐渐突出,受到温度的影响而导致混凝土裂缝问题的发生,对整个建筑的施工质量带来不良影响。

1大体积混凝土温度裂缝产生的机理
  升温阶段：因水泥发生水化反应，使得水化热大量产生，此时混凝土内部的温度总是比表面温度高，中心区集聚的热量通过表面不断向外散发。根据热胀冷缩的原理，此时大体积混凝土结构中心部位的混凝土的膨胀速度总要大于表面混凝土的膨胀速度，混凝土表面与中心部位的质点间就形成了相互约束，相对混凝土的表面区域，中心区的混凝土属于约束膨胀，往往不会开裂；混凝土表面区域则属于约束收缩，就在表面区域内产生一定的拉应力，当这种拉应力足够大，一旦超过了混凝土的极限抗拉强度，裂缝就会产生，而且一般都是在混凝土表面产生裂缝。
  降温阶段：因混凝土内部的热量一般是通过外表面向周围散发，大体积混凝土结构内部温度不断降低，混凝土的体积就会收缩。此时，混凝土中心区的温度与其表面的温度仍存在一定的差值，使得表面部分与中心部分混凝土的冷缩程度不同，在混凝土内部会产生较大的内约束，同时地基与边界条件对混凝土产生较大的外约束，混凝土的体积收缩也产生约束性收缩。内外约束的作用，使收缩的混凝土产生拉应力，当这种差值过大时，也一样会产生表面裂缝。同时，随着混凝土龄期的增长，强度不断增大，弹性模量也在增高，因此，降温阶段时，都是收缩产生的拉应力较大，而且除了抵消在升温阶段时产生的拉应力外，混凝土中还要形成较高的拉应力。而这种拉应力超过了混凝土的极限抗拉强度时，甚至会使大体积混凝土产生贯穿裂缝。

2大体积混凝土施工温度裂缝控制
  2.1 制定合理的施工方案
  大体积混凝土施工的配料，要严格遵守实验室签发的配料单进行配料，水、水泥、砂、石配料比例都要进行称重，切忌不可为了省事以车、锨数计量。称量偏差控制应该在允许的偏差范围内，搅拌程序和时间要通过试验决定，不可随意。在浇筑的过程中，常用的浇筑方式有分层平行推进、分层斜面推进、分层交错推进方式。大体积混凝土施工应该根据结构的特点以及浇筑量进行综合考虑，选择合适的浇筑方式，最大限度增大散热面积，减少温度应力。施工工序安排要根据现场施工进行合理安排，尤其要注意避免出现过大高差和侧面的长期暴露，调整施工进度，尽量避免在温差过大的极端环境中进行施工，施工过程中应该分层进行振捣。快插慢拔，二次振捣后混凝土会变得更加密实，有助于提升混凝土抗拉能力。
  2.2 严控原材料质量
  （1）确保混凝土强度等级满足设计要求，严格控制混凝土级配，塌落度控制在160mm内，确保和易性，初凝时间控制在10h，避免泌水、离析现象。（2）确保称量设备质量，设备精度合格，准确称量原材料，确保混凝土的质量，严格按规范，标准要求控制砂、石的含泥、杂质含量。同时还应严格控制石子和粗骨料粒径，宜选石子粒径为5-40mm，选用骨料粒径应大些，同时在满足可泵性和强度要求的条件下，尽可能减少水泥用量，以减小混凝土的收缩变形。（3）大体积混凝土所使用的原材、掺合料、外加剂必须符合各类规范、标准和设计要求，同时应提供产品合格证书和性能检验报告。
  2.3 设置永久变形缝
  为了降低地基不均匀沉降、地震作用以及温度应力和收缩变形等因素对建筑物的影响，在建造建筑物之前预先将变形敏感部位的结构断开，留出一定变形缝，以保证各部分建筑物相互之间有足够的宽度而在变形过程中降低建筑破坏的可能性。大体积混凝土地下室永久变形缝的设置，一般要求整个结构体系在设缝处完全脱开，特别要使高层与裙房彻底脱开，防止各自沉降对整体结构变形产生较大的影响，因地下室深埋在土中，变形缝构造设计的重点在于确保防潮、防水，在实际过程中，地下室变形缝通常有止水带内埋式构造和可卸式构造。
   2.4 水管冷却法
   由于水泥用量大，水泥水化时大量的热量汇集导致混凝土内部温度急剧上升（内部温度可达60-90℃左右），而混凝土是热的不良导体，自身温降速度较慢，为了保证工程质量，加快工程施工进度，冷却水管法是大体积混凝土温控常用措施之一，即：在混凝土中预埋一些网状水管，利用管中循环冷水（可用地下水、江、河、湖泊、自来水等各种水源）的流动来降低混凝土内部的温度。20世纪中期，美国设计的胡佛坝为当时世界上最高的混凝土坝体，就选用了水管冷却降温的方法，进行了现场大量试验，表明水管冷却对混凝土坝体降温效果十分明显，由此成为大体积混凝土温控方面的一项重要的措施。
  2.5 混凝土温度的监测

  为了防止加速器射线外泄，建筑物的墙&板上不能留孔洞，所以采用电子测温法进行温度监测，在绑扎钢筋骨架时由专业公司根据要求进行预埋监测点位。此次电子测温由专业科技公司负责进行，测温仪为JDC-2型建筑电子测温仪。项目部也安排人员跟进混凝土的温度控制和测温工作，严格按照专项施工方案要求安排专人养护和记录，设置专用测温记录本，由项目部一名质检员专门负责测温工作的记录及归档，记录混凝土温度的同时记录好内外温度，混凝土表面与内部温度差不能超过25℃，及时将测温结果反馈到工程部，实行信息化施工，以便调整混凝土养护时间及次数，要求混凝土浇注结束后3d内应每2h测一次；混凝土浇注结束后4-15d期间每4h测一次；当混凝土浇注结束16d后每天测1次。当内外温差小15℃时，停止测温工作，监测报表每周交建设方、监理一份；如温度差超标，则及时将测温结果和应对预案补送一份给建设方和监理。
  2.6 促使混凝土降温速率时间延长
  在大体积混凝土温度裂缝控制的过程中，施工人员能够认识到的一个问题就是需要延缓混凝土降温速率所花费的时间比，而施工人员可以在采取措施向混凝土内部预埋冷却水管，以此降低混凝土内部温度。而且，在混凝土浇筑工作完成后，施工人员能够进行洒水养护，或者覆盖一定的保温保湿材料加强混凝土养护，避免急剧收缩导致温度裂缝的出现。
3国内大体积混凝土的进展历程
  以前我国大型建筑工程不多，所以很少用到大体积混凝土在这方面的研究也比较晚。1950 年朱博芳为首的专家才开始研究大体积裂缝，1958 年在丹江口水库工程中就发现了大量裂缝，然后就经过了多年的研究终于初见成效，为三峡大坝的顺利建成积累了宝贵经验。在大工程水电站大坝，这些比较大的枢纽工程中就会用到大型混凝土材料。对这些大型混凝土的研究很多，但是对于老百姓用的一般小工程用的大体积混凝土，却少有问津那么对这一块也就没什么经验可谈了。专家们研究了大体积混凝土的膨胀剂还有的分析了膨胀剂在混凝土中的使用方法。

结语

大面积混凝土施工过程和技术应用的过程中，极易受到温度的影响，使得其容易出现裂缝现象，对整个建筑工程的施工质量造成严重影响。在这样的发展背景下，要想有效避免裂缝问题的出现，就要在施工过程中对温度进行严格的控制，从而促进其施工质量的有效提升。
  参考文献：
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