大体积砼的温度裂缝控制

摘要:本文分析了大体积砼产生温度裂缝的原因，以国电哈平南热电厂新建工程汽轮发电机基础为例，介绍了工程中防止裂缝产生的有效措施。

关键词 大体积砼（混凝土的简称） 温差 温度裂缝

中图分类号：TV543+6 文献标识码：A

1.概述

近年来，随着国民经济和建筑技术的发展，建筑规模不断扩大，大型现代化设施不断增多，而砼结构以其物美廉价、承载力大等特点，日益受到人们的欢迎，于是大体积砼逐渐成为构成大型设施或构筑物主体的重要组成部分。

2.大体积砼的定义

美国砼学会给出的大体积砼定义：任何现浇砼，其尺寸达到必须解决水化热及随之引起的体积变形问题，以最大限度的减少开裂影响的，即称为大体积砼。大体积砼开裂的问题，是在工程建设中带有一定普遍性的技术问题，裂缝一旦形成，特别是贯穿裂缝出现在重要的结构部位，危害极大，它会降低结构的耐久性，削弱构件的承载力，同时会可能危害到建筑物的安全使用。而在现今电厂建设中大部分基础均为大体积砼，所以如何采取有效措施防止大体积砼的开裂，在电力建设中是一个非常重要的问题。

3.大体积砼产生温度裂缝原因

大体积砼施工中，由于砼固化过程中，水泥水化热引起砼内部温度迅速升高，此时结构表面受外界温度和自身导热能力影响，使得结构自内向外产生温度梯度，由此产生的温度应力大于砼自身抗拉强度限值，是导致砼产生温度裂缝的主要原因。

由此可见掌握和控制水泥水化热所产生的最高温度值与最低温度是控制砼温度裂缝的关键,而水泥水化热引起的砼内部实际最高温度与砼的绝热温升有关。

3.1砼温度的计算：

以C30砼配合比为例，本配合比采用亚泰P.O 42.5水泥

①砼的绝热温升：Th=mc×Q×（1-e-mt）/（C×ρ）

式中：Th—砼的绝热温升（℃）

mc—每m3砼的水泥用量（kg/m3），取350kg/m3

Q—每公斤水泥28天的累计水化热，查《建筑施工手册（第四板）》P399表10-81，Q=375 kJ/kg

C—砼比热0.97kJ/(kg·K)

ρ—砼密度2400kg/m3

e—为常数，取2.718

t—砼龄期（天）

m—常数，与水泥品种、浇筑时温度有关

砼最高绝热温升：Tmax=350×375/(0.97×2400)=56.38（℃）

②砼中心温度：砼最高温度的峰值一般出现在砼浇筑后的第三天，对砼浇筑后的内部最高温度与表面温度温差要控制在20 ℃内，以免因温差过大砼的收缩产生裂缝。

砼中心温度计算式T1（t）=Tj+Tmax×ζ（t）

式中：T1（t）—t龄期砼中心温度 Tj—砼浇筑温度（℃）

ζ—t龄期不同浇筑砼块厚度的温度系数，查《建筑施工手册（第四板）》P399表10-83对3 m厚砼3天时ζ=0.68

③砼浇筑温度:Tj砼拌合温度（它与各种材料比热及初温度有关），按多次测量资料，有日照时砼拌合温度比当时温度高5-7℃，无日照时砼拌合温度比当时温度高2-3 ℃，我们按3℃计。

砼浇筑时的室外温度（五月中旬，室外平均温度以12 ℃计）

Tj=12+3=15℃

则砼内部中心温度: T1（t）=Tj+Tmax×ζ=15+56.38×0.68=53.34（℃）

可见，砼浇注3天后内部温度已经很高，与外部温差已经大于25℃，如果不采取有效措施加以控制，会因温差过大砼的收缩产生裂缝。

3.2砼表层温度：

T2（t）=Tq +4h/（H- h/）（T1（t）- Tq）/H2

式中：T2（t）—砼表面温度（℃）

Tq—施工期大气平均温度，五月中旬，室外平均温度以12 ℃计

h/—砼厚度（m）；h/=kλ/β K折减系数2/3；λ砼导热系数2.33 W/mK；

β=1/（0.04/0.05+1/23）=1.1862

h/=2/3×2.33/1.18622=1.1

H—砼计算厚度（m）；

T2（t）=12+4×1.1（3-1.1）（53.34-12）/32 =50.4（℃）

3.3砼内平均温度：

Tm（t）=「T1（t）+T2（t）/2

T1（t）—砼中心温度（℃）

T2（t）—砼表层温度（℃）

Tm（t）=「53.34+ 50.4/2=51.87（℃）

4.防止温度裂缝措施

综上分析，降低水化热，减少水化温升，有效控制砼内外温差，防止温度裂缝是保证大体积浇筑施工质量的关键。我们从做好砼的原材料检验，选择优质的外掺料，进行砼配合比优化设计，砼薄层浇筑，振捣，抹压，保温、后期养护等几方面，对大体积砼的施工过程严格控制，有效的降低砼内部的温度梯度，杜绝了温度裂缝的产生，保证了砼工程的内在质量。

4.1原材料的选用

水泥：采用P.0 42.5普通硅酸盐水泥，选用高标号的水泥，可以减少水泥用量，继而降低水化热。

细骨料：采用含泥量控制在1％的中砂，可减少单位体积孔隙率及水泥的用量，间接减少水化热。

粗骨料：在可泵送情况下，选用粒径为5-32.5mm的级配碎石，石子的含泥量控制在1％以内，因碎石与水泥相结合的握裹能力较大，减少砼收缩变形。

掺合料：应用添加粉煤灰技术。在砼中掺用粉煤灰不仅能够节约水泥，降低水化热，增加砼和易性，而且能够大幅度提高砼后期强度，降低温升速率，推迟温升峰值出现时间，使砼内部温升均匀。

外加剂：选用缓凝型泵送剂推迟砼内部蓄热峰值时间（原理同上）

4.2配合比的优化

根据现场搅拌站生产质量，在满足设计强度及泵送要求的前提下，由实验室调整砼配比，选择适宜的砂率，最大限度地控制水胶比，减少水泥用量，从根本上降低水化热。

4.3 施工过程和方法

控制入模温度：根据施工季节控制砼入模温度。以本工程为例：将进入五月大气温度日均一般在12-15℃左右午间气温较高阳光直射料场，我们采取降低骨料温度，拌和时用冷水（较深地下水），以降低砼出机温度。入模温度应控制在20℃以内。

浇筑方法：在保证连续浇筑，不留施工缝下的前提，采取斜面分层，循序渐进，薄层浇筑，自然流淌的方法。分层浇筑厚度约在40cm，在确保砼上下层结合的前提下增加分层数量，有效的减少砼内部的温度积累。

振捣：在每个浇筑带砼卸料点、中部，坡角处布置3道振捣器，使砼先形成自然坡度而后进行全面振捣。应严格控制振捣时间、振捣点间距和插入深度，避免各浇筑带交接处的漏振，同时采用二次振捣工艺，减少水泥水化热。

表面及泌水处理：浇筑成型后的砼表面水泥砂浆较厚，用刮尺刮平，赶走表面泌水，初凝前，在砼表面撒些与砼级配相同的石子，反复碾压，用木抹子搓压表面2～3遍，以闭合收水裂缝。

4.4养护和拆模

砼养护：对砼采取蓄热保温是减小内外温差的有效措施。即砼浇灌完成后（终凝）在砼表面覆盖一层塑料薄膜，上部盖一层岩棉被。对砼进行蓄热保温，控制砼表面温度，控制降温速率，减少温度梯度，使砼表面温度与砼中心温度差始终控制在20℃以内。室外温度较高时应浇水为达此目的，要及时监测砼内外温差，以调整覆盖保温层厚度。当内外温差少于20℃时，则可以逐步拆除保温层。拆除保温层的条件是：①砼内表温差≤10℃，且最低气温在5℃以上时，可拆除；②砼中心温度与表面温度差小于15℃，逐层拆除；③砼中心温度与表面温度差小于20℃，且表面温度与大气温度差小于20℃，逐层拆除。拆模后，为防止大体积砼产生干缩裂缝，将承台砼培土湿润养护，柱体采用塑料薄膜覆盖并浇水养护。

保温层厚度计算：

δ=0.5hλx（T2-Tq）Kb/λ(Tmax-T2)

式中：δ—保温材料层厚度（m）

λx—保温材料的导热系数（W/mK）岩棉为0.031～0.065；取0.05

T2—砼表面温度（℃）

Tq—施工期大气平均温度，五月中旬，室外平均温度以12-15 ℃，按15 ℃计

λ—砼导热系数，取2.33 W/mK

Tmax—计算得砼最高温度（℃）

h—砼板厚度，最大厚度3（m）

δ=0.5×3×0.05×20×1.3/2.3×25=1.95/57.5=0.04m

模板拆除：通过对砼内外温度的测量，可以掌握砼内外温差。当砼内外温差小于20℃时，通知监理工程师，同时将测温记录交监理师审核，经监理工程师同意后方可拆除模板。

4.5监督管理

对于大体积砼的温度测量，派专人进行测量管理，仔细记录温度，并绘好砼测温曲线图。建立通报机制，发现异常及时上报，专题解决。

测温点的布设：根据砼的厚度在砼中埋设测温元件，测温元件布置在中心一只，距表面100mm处一只、距底部50mm处一只，沿轴线布置不少于4点，并对每个测温点进行编号记录。若为厚大体积砼，则沿深度每600mm，布置一点。测温元件的引出线集中布置，且采取有效保护，以防监测过程中，受破坏，影响测温效果。

温度测量：在浇筑砼后的7天内，用建筑电子测温仪进行测温，测温频率为每小时测量一次，直接形成测温记录及轴线。

测温曲线图：依据测温记录，仔细绘好砼测温曲线图如下。

5. 结论：

国电哈尔滨平南热电厂在汽轮机基础大体积砼施工时, 准确计算砼拌和温度、砼绝热温升、砼内部实际温度、砼表面温度及砼内部与表面温差,采取相应低水化热水泥与养护措施, 从而避免砼温度裂缝,保证了汽轮机基础的工程质量。

作者简介：李化芝(1962年8月)，女，工程师，从事火力发电厂土建工程技术管理工作32年