□□向山河

大體積混凝土溫度裂縫的控制

Temperature Cracking Control on Mass Concrete

□□向山河

大體積混凝土施工，如何減少并控制裂縫的產(chǎn)生是施工的關(guān)鍵問題，本文就裂縫產(chǎn)生的原因及如何控制混凝土溫度裂縫進行了闡述，并在具體工程中加以探索。

大體積混凝土；裂縫；施工措施

大體積混凝土結(jié)構(gòu)，混凝土的體積常常達到幾百到幾千立方米。由于水泥水化過程中釋放出大量的水化熱引起溫度變化和混凝土拉伸變形，在混凝土內(nèi)產(chǎn)生溫度應(yīng)力和收縮應(yīng)力，從而產(chǎn)生裂縫，這些裂縫常常給工程帶來不同程度的危害，給工程的正常使用帶來影響。因此，控制溫度應(yīng)力和溫度變形裂縫，是大體積混凝土結(jié)構(gòu)施工中一個重要課題。

1 大體積混凝土產(chǎn)生裂縫的主要原因

1.1 水泥水化熱影響

大體積混凝土內(nèi)部熱量的主要來源是在澆筑初期，產(chǎn)生大量的水化熱，使混凝土的溫度很快上升，如果混凝土內(nèi)部由于截面厚大，散熱條件差，水化熱聚集在結(jié)構(gòu)內(nèi)部不易散發(fā)，則溫度上升較多，內(nèi)外形成溫度梯度，產(chǎn)生內(nèi)約束(壓應(yīng)力)、面層產(chǎn)生拉應(yīng)力。當該拉應(yīng)力超過混凝土極限抗拉強度時，混凝土表面就產(chǎn)生裂縫。

據(jù)有關(guān)資料，當混凝土內(nèi)外溫差≤25℃時混凝土的裂縫有可能不會產(chǎn)生。

1.2 混凝土收縮變形影響

混凝土拌合水中，只有約20%的水分是水泥水化所需要的，其余80%是混凝土在澆筑過程中保證足夠的和易性所需要的，都會蒸發(fā)掉。混凝土在水泥水化過程中的體積變形，多數(shù)是收縮變形，少數(shù)是膨脹變形，多余水分的蒸發(fā)是混凝土體積收縮的主要原因之一。當存在約束時，這種干燥收縮即產(chǎn)生收縮應(yīng)力。

2 防止產(chǎn)生溫度裂縫的措施

為了防止大體積混凝土溫度裂縫發(fā)生，應(yīng)采取控制混凝土溫升，延緩混凝土的降溫速率，減少混凝土收縮，改善混凝土極限拉應(yīng)力，完善構(gòu)造設(shè)計等措施。同時在大體積混凝土結(jié)構(gòu)施工過程中進行溫度監(jiān)測，使施工人員及時了解混凝土結(jié)構(gòu)內(nèi)部溫度變化情況。

2.1 控制混凝土溫升

為控制大體積混凝土結(jié)構(gòu)因水化熱而產(chǎn)生溫升，應(yīng)控制混凝土配合比：

（1）混凝土升溫的熱源是水泥水化熱，選用中、低熱的水泥品種可以減少水化熱，使混凝土減少升溫，根據(jù)工程要求選定P.O42.5普通硅酸鹽水泥或P.S.A42.5礦渣硅酸鹽水泥，從水泥水化熱來講，42.5礦渣硅酸鹽水泥水化熱為190J／kg，而42.5普通硅酸鹽水泥水化熱為250J／kg。

（2）摻入粉煤灰外加料。在混凝土內(nèi)摻入一定數(shù)量的粉煤灰，不但可以替代部分水泥降低水泥用量，而且能改善混凝土的和易性，降低混凝土的水化熱。但是，摻加粉煤灰在對混凝土的后期強度有所改善的同時，對早期抗拉強度及早期極限拉伸均有少量降低，因此，對于早期抗裂要求比較高的工程，粉煤灰摻入量應(yīng)減少一些，以防止表面出現(xiàn)細微裂縫。

（3）粗細骨料級配。自然連續(xù)級配的粗骨料配制的混凝土具有較好的和易性，用水量和水泥用量較少，抗壓強度較高。粗骨料的規(guī)格往往與結(jié)構(gòu)配筋間距以及澆筑工藝等因素有關(guān)，應(yīng)盡量選用粒徑較大，級配良好的石子。增大骨料粒徑可減少水量及水泥用量，降低水泥的水化熱，但是骨料粒徑增大后，容易引起混凝土的離析。因此要優(yōu)化級配設(shè)計，同時施工時要充分攪拌，加強澆筑和振搗工作。根據(jù)試驗資料表明，石子采用40mm比5～25mm的，每立方米混凝土可減少水15kg、水泥20kg左右。

細骨料應(yīng)以中粗砂為宜，采用細度模數(shù)2.7，平均粒徑為0.38mm的中粗砂較之細度模數(shù)為 2.12，平均粒徑為0.366mm的細砂，每立方米混凝土可減少水20～50kg、水泥 28～35kg。

（4）添加混凝土外加劑。添加可以提高混凝土早期和后期強度的添加劑、緩凝劑、減水劑等有助于減少水泥用量，避免混凝土水化熱集中釋放，從而大大改善大體積混凝土內(nèi)外溫度差。

2.2 延緩混凝土的降溫速率

大體積混凝土澆筑后，應(yīng)及時對混凝土進行保濕、保溫養(yǎng)護，減少混凝土表面熱擴散及混凝土升溫階段的內(nèi)外溫差，延緩混凝土水化降溫速率，減少結(jié)構(gòu)溫差。為防止因溫度應(yīng)力過大產(chǎn)生表面裂縫，保濕養(yǎng)護材料以土工布灑水為宜；而防止氣溫驟降，塑料布及草袋作為臨時保濕則更為合適。

2.3 減少混凝土收縮

摻入微膨脹外加劑，可補償混凝土因多余水蒸發(fā)導致的收縮對于防止溫度和干縮裂縫十分有益。

3 工程實例

3.1 工程概況

西寧水泥廠熟料庫，直徑40m，庫壁高度35.25m，庫中心高47m。整板基礎(chǔ)尺寸為直徑43m×1.5m厚圓板，混凝土澆注量約2178m3，強度等級為C35，施工日平均氣溫25℃。考慮到大體積混凝土的施工特點和泵送對混凝土性能的要求，我們對混凝土組成材料的種類及摻量選擇如下：

水泥采用 PCB 40(越南產(chǎn))普通硅酸鹽水泥。為控制溫度升高，1m3混凝土水泥用量限制在400kg。

粗集料采用 20mm×30mm的碎石；細集料采用中砂，細度模數(shù)2.7。為防止水化熱集中釋放，減少水泥用量，每立方米混凝土摻人復合外加劑VINKEMS@CONREX RT 4L，有增強、緩凝的作用，以保證混凝土坍落度維持在18±2mm及混凝土初凝時間達

式中：W——水泥用量，即400kg／m3

r——混凝土容重,取2400kg／m3

C——混凝土比熱，0.97kJ／kg·℃

Q——混凝土28d發(fā)熱量，水／灰=0.35時，

可見 ，該混凝土的絕熱溫升約為60～70℃,對混凝土內(nèi)外溫差加以有效控制是十分必要的。

（2）溫度測試方法及保溫措施

在此次基礎(chǔ)施工中，我們共埋設(shè)測溫器5個（φ10銅管5處，中心一點，周圍4點），測試工具為100℃溫度計15只，一孔三只溫度計(做好標記)，分基礎(chǔ)上部、中部、下部。在選擇保溫方案時，原則是保證混凝土的內(nèi)外溫差在 25℃之內(nèi)，在此基礎(chǔ)上盡量簡化保溫措施和節(jié)省保溫材料費用。首先考慮的保溫方案是在混凝土初凝后，用農(nóng)用噴霧器在混凝土表面噴灑一薄層水，以保證混凝土潤濕養(yǎng)護,隨后覆蓋一層塑料布，一層草袋，再覆蓋一層塑料布。當測溫結(jié)果證明該保溫措施不足“控制混凝土內(nèi)外溫差在25℃以內(nèi)時”，再增蓋一層草袋或用碘鎢燈加熱。

3.2 實際操作

從澆注之日起，2～5d，每 2h 測溫一次；6～l0d，每 4h測溫一次；11～15d，每8h測溫一次。整板混凝土澆注歷時2.5d。在澆注和測溫過程中日平均溫度在25℃左右。到6h。

（1）混凝土絕熱溫升

整板混凝土的絕熱溫升可由下式算得：

測溫過程證明，采用兩層塑料布加一層草袋進行保溫是足夠的，所有測點的內(nèi)外溫差基本上都控制在22℃之內(nèi)，個別測溫點在個別時間上，其中部與上表面溫差雖超過22℃，但也低于25℃。圖2給出了中心測點C的溫度曲線。溫控結(jié)束時我們觀察到，整板基礎(chǔ)沒有溫度裂縫產(chǎn)生，說明溫控過程是成功的。

4 結(jié)論

對1500mm厚的C35混凝土整板基礎(chǔ)，在日平均溫度25℃左右時，采用兩層塑料布加一層草袋來進行保溫是可行的。實測結(jié)果證明，混凝土中心溫度和表面溫度之差皆控制在25℃之內(nèi)。保溫結(jié)束后認真觀察，沒發(fā)現(xiàn)溫度裂縫產(chǎn)生。

[1]建筑施工手冊[M].，中國建筑工業(yè)出版社，2003，[第四版]縮印本.

[2]譚克鋒，等.筏板基礎(chǔ)施工中大體積混凝土溫度裂縫的控制措施[J].混凝土與水泥制品，2001，5.

[3]中建六局第四工程公司熟料庫施工方案[C].

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呂 光