徐玉虎

（南京普迪混凝土有限公司，江蘇 南京 210000）

大體積混凝土溫度裂縫的形成原因與控制策略

徐玉虎

（南京普迪混凝土有限公司，江蘇 南京 210000）

文章首先簡(jiǎn)要分析了大體積混凝土溫度裂縫的成因，在此基礎(chǔ)上對(duì)控制大體積混凝土溫度裂縫的有效策略進(jìn)行論述。期望通過研究能夠?qū)Υ篌w積混凝土工程質(zhì)量的提升有所幫助。

大體積混凝土；溫度裂縫；成因；控制

1 大體積混凝土溫度裂縫的成因分析

在很多土木工程中，為了滿足工程需要都會(huì)采用大體積混凝土構(gòu)件，然而，由于一些因素的影響，使得大體積混凝土常常會(huì)出現(xiàn)溫度裂縫，這在一定程度上影響了工程質(zhì)量。在大體積混凝土結(jié)構(gòu)中，由于截面積和體積較大，加之水泥的用量較多，從而使得水泥水化過程中釋放出來(lái)的水化熱會(huì)產(chǎn)生較大的溫度變化，由此所引起的溫度應(yīng)力是造成混凝土裂縫最主要的原因之一。通常情況下，由此種原因?qū)е碌幕炷亮芽p有兩種形式，一種是表面裂縫，另一種是貫穿裂縫，前者是因?yàn)榛炷翗?gòu)件內(nèi)外部的散熱條件不同，即外部溫度較低、內(nèi)部溫度高，致使形成了一定的溫度梯度，進(jìn)而使混凝土的內(nèi)部產(chǎn)生壓應(yīng)力、外表面產(chǎn)生拉應(yīng)力，當(dāng)拉應(yīng)力超過混凝土的抗拉強(qiáng)度后，便會(huì)產(chǎn)生裂縫；后者是由于混凝土的強(qiáng)度隨著時(shí)間的推移逐步發(fā)展，當(dāng)達(dá)到一定程度時(shí)，混凝土的溫度會(huì)逐步下降，由降溫差所引起的變形再加上混凝土本身的收縮變形，當(dāng)受到邊界約束時(shí)引起的拉應(yīng)力超過混凝土自身抗拉強(qiáng)度時(shí)，便會(huì)造成貫穿截面的裂縫。通過分析可知，大體積混凝土的溫度裂縫實(shí)質(zhì)上就是一種變形變化引起的裂縫，溫度是它的起因，隨著溫度的變化會(huì)引起變形，而變形無(wú)法得到滿足時(shí)，便會(huì)形成應(yīng)力，應(yīng)力超限就會(huì)形成裂縫。據(jù)此可將大體積混凝土溫度裂縫的成因歸結(jié)為以下幾點(diǎn)：

1.1 溫度變化

對(duì)于大體積混凝土工程而言，由于水泥的用量多，水泥水化熱會(huì)引起內(nèi)部溫度與溫度應(yīng)力的劇烈變化，混凝土結(jié)構(gòu)內(nèi)部某個(gè)點(diǎn)的溫度值將會(huì)隨著時(shí)間的變化而發(fā)生改變，當(dāng)溫度值超限后，便會(huì)引起混凝土變形。

1.2 變形約束

在基巖上進(jìn)行大體積混凝土澆筑時(shí)，由于基巖本身的彈性模量較高，因溫度變化引起的混凝土變形會(huì)在一定程度上受到基巖的約束，并在新澆筑混凝土結(jié)構(gòu)的內(nèi)部產(chǎn)生溫度應(yīng)力，同時(shí)受水泥水化熱作用的影響，混凝土內(nèi)部會(huì)出現(xiàn)一個(gè)溫度上升的階段，約束的存在阻止了溫度膨脹變形，從而使混凝土內(nèi)部形成了壓應(yīng)力，如圖1所示。

1.3 應(yīng)力超限

表1中給出了不同齡期條件下的混凝土的抗拉強(qiáng)度。

表1 不同齡期的混凝土抗拉強(qiáng)度

從表1中的數(shù)值可以清楚地看出，混凝土的早期抗拉強(qiáng)度比較低，齡期為3天時(shí)僅占比為26%，所以要著重加強(qiáng)混凝土構(gòu)件的早期養(yǎng)護(hù)，避免過早拆模。在此需要著重闡明的一點(diǎn)是，在水泥標(biāo)號(hào)提高、用量增加的情況下，混凝土的抗拉強(qiáng)度會(huì)隨之相應(yīng)有所增加。

2 控制大體積混凝土溫度裂縫的有效策略

2.1 優(yōu)選材料

對(duì)大體積混凝土溫度裂縫的控制，可從混凝土的拌制材料入手，具體策略如下：

（1）水泥。可在配制混凝土?xí)r，選用水化熱低的水泥，并在不影響工程質(zhì)量的前提下，盡可能減少水泥的使用量。同時(shí)，可摻入適量的摻合料，借此來(lái)延緩混凝土的終凝時(shí)間。根據(jù)工程實(shí)踐，可將礦渣水泥作為大體積混凝土的首選材料，但在使用時(shí)，要注意此類水泥的收縮量較大，應(yīng)考慮由此所形成的收縮應(yīng)力對(duì)混凝土結(jié)構(gòu)的影響。在水泥用量方面，可通過增大粉煤灰的摻入量，來(lái)減少水泥的使用，但要注意不得超過規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)的限定要求，以免影響混凝土的強(qiáng)度與和易性。此外，混凝土的初凝時(shí)間應(yīng)當(dāng)控制在20小時(shí)以上，通過對(duì)初凝時(shí)間的延長(zhǎng)可以降低溫度應(yīng)力。

圖1 大體積混凝土內(nèi)部壓應(yīng)力的形成

（2）骨料。在骨料的選擇上，要盡量選用連續(xù)級(jí)配的，同時(shí)，可摻入一些粒徑在150～250mm的堅(jiān)硬石塊，由此既能減少水泥用量，又能使石塊發(fā)揮出吸收熱量的作用，降低水化熱，控制早期溫度裂縫的形成。

2.2 確保配筋合理

鋼筋主要承擔(dān)鋼筋混凝土的拉應(yīng)力，但是卻對(duì)大體積混凝土的溫度應(yīng)力作用相對(duì)較小。配筋宜設(shè)置在混凝土結(jié)構(gòu)表層和結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性薄弱的位置，在施工中，合理配置鋼筋，能夠有效控制寬度深度較大的裂縫開展，避免因這類裂縫對(duì)大體積混凝土結(jié)構(gòu)的安全性構(gòu)成危害。通過大量工程實(shí)踐表明，在混凝土內(nèi)適當(dāng)增加鋼筋，能夠提高混凝土的極限強(qiáng)度，尤其對(duì)直徑細(xì)、間距窄的鋼筋而言，能夠大幅度提升混凝土抗裂性。

2.3 對(duì)約束條件進(jìn)行改善

大體積混凝土的結(jié)構(gòu)約束情況決定著其溫度應(yīng)力大小，這種約束作用受分縫間距影響程度較大。若想要縮小約束范圍，則可采取合理分縫的方式達(dá)到預(yù)期效果。為便于支拆模板，應(yīng)控制好后澆縫的寬度，使其滿足同截面鋼筋搭接長(zhǎng)度的要求，即不超過1m，從而保證后澆縫處的水平鋼筋可延展性。選用膨脹性水泥配制后澆縫混凝土，將主體結(jié)構(gòu)澆筑時(shí)間控制在30天內(nèi)。為減少外部結(jié)構(gòu)約束作用，可將滑動(dòng)層設(shè)置在混凝土與外界的接觸面上。

2.4 控制好澆筑溫度

根據(jù)季節(jié)溫度變化，強(qiáng)化混凝土結(jié)構(gòu)的內(nèi)外溫差控制，尤其要重點(diǎn)控制混凝土在攪拌機(jī)出料到卸料、泵送、澆筑等施工環(huán)節(jié)的溫度。若在夏季施工，則應(yīng)將草包覆蓋在水平輸送管道上，并經(jīng)常噴灑冷水，減少冷量損失。在混凝土澆筑階段，采取分層澆筑、一次到頂?shù)拇胧┍苊饣炷链竺娣e暴露在外，同時(shí)適當(dāng)加快澆灌速度、減少澆灌時(shí)間。若在冬季施工，可采取連續(xù)施工的方式，對(duì)于結(jié)構(gòu)厚度在1.0m以上的混凝土，要強(qiáng)化保溫養(yǎng)護(hù)工作，利用混凝土水化熱作用進(jìn)行養(yǎng)護(hù)，防止混凝土出現(xiàn)凍害。通過試驗(yàn)表明，混凝土早期強(qiáng)度若達(dá)到臨界強(qiáng)度，則會(huì)增強(qiáng)對(duì)零下溫度的防凍害作用；若未能達(dá)到臨界強(qiáng)度，則易在零下溫度條件下遭受凍害。在混凝土配制中如果使用C20-C30強(qiáng)度等級(jí)的水泥，那么可將設(shè)計(jì)強(qiáng)度的40%設(shè)置為臨界值；如果使用C40-C50強(qiáng)度等級(jí)的水泥，那么可將設(shè)計(jì)強(qiáng)度的30%設(shè)置為臨界值。

2.5 做好養(yǎng)護(hù)工作

在常溫或負(fù)溫的施工條件下均要做好大體積混凝土保溫養(yǎng)護(hù)工作，減少因混凝土內(nèi)外部溫差過大造成表面裂縫。常溫條件下，在混凝土表面覆蓋保溫層，緩沖氣溫變化對(duì)混凝土表面造成的影響；負(fù)溫條件下，則根據(jù)工程特點(diǎn)、混凝土內(nèi)外溫差要求等情況做好養(yǎng)護(hù)措施，設(shè)置不透風(fēng)材料覆蓋層。養(yǎng)護(hù)工作要點(diǎn)如下：

（1）在保溫養(yǎng)護(hù)大體積混凝土?xí)r，要現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)混凝土內(nèi)部最高溫升、降溫速度以及內(nèi)外部溫差，根據(jù)監(jiān)測(cè)結(jié)果對(duì)保溫養(yǎng)護(hù)措施進(jìn)行調(diào)整，以滿足養(yǎng)護(hù)過程中對(duì)溫度條件指標(biāo)的把控要求。

（2）在養(yǎng)護(hù)中，不允許采用強(qiáng)制降溫措施或不均勻降溫措施降低混凝土內(nèi)部溫度，避免引起混凝土裂縫。在施工階段，通常采用鋼?；蚰灸＿M(jìn)行混凝土施工。若采用木模，則可將木模作為保溫材料；若采用鋼模，則要對(duì)鋼模采取一定的保溫措施。當(dāng)模板拆除后，根據(jù)澆筑塊體的內(nèi)部溫度場(chǎng)情況，采取適當(dāng)?shù)谋卮胧员ＷC達(dá)到溫控指標(biāo)要求。

（3）若大體積混凝土的部位標(biāo)高位于±0.000以下，則采取回填土措施；若位于±0.000以上，則要采取覆蓋養(yǎng)護(hù)措施，避免混凝土暴露在外。

3 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，溫度裂縫是影響大體積混凝土結(jié)構(gòu)的主要問題之一，本文在簡(jiǎn)要分析溫度裂縫成因的基礎(chǔ)上，提出幾點(diǎn)控制溫度裂縫的策略，通過優(yōu)選材料、確保配筋合理、對(duì)約束條件進(jìn)行改善、控制好澆筑溫度、做好養(yǎng)護(hù)工作等措施，可以使大體積混凝土的溫度裂縫得到有效的控制。

[1]陳桂林，姜瑋，劉文超，等.大體積混凝土施工溫度裂縫控制研究及進(jìn)展[J].自然災(zāi)害學(xué)報(bào)，2016（3）：85-87.

[2]陳漢清.大體積混凝土溫度裂縫的成因及預(yù)防措施[J].河南建材，2016（11）：102-104.

[3]劉遠(yuǎn)飛，吳菲，高志剛.大體積混凝土溫度裂縫成因分析與對(duì)策研究[J].山西建筑，2013（31）：98-100.

[4]胡明亮.大體積混凝土溫度裂縫的預(yù)防與治理措施[J].江西建材，2016（16）：68-70.

Causes and control strategies of temperature cracks in mass concrete

Xu Yuhu
(Nanjing paudi Concrete Co. Ltd., Nanjing 210000, China)

This paper brie fl y analyzes the causes of the temperature cracks of mass concrete, on the basis of an effective strategy for control of temperature cracks in mass concrete are discussed. The paper is expected to enhance the quality of large volume concrete help.

mass concrete; temperature crack; cause; control

徐玉虎（1985— ），男，江蘇南京，助理工程師；研究方向：混凝土生產(chǎn)與質(zhì)量檢測(cè)。