大体积混凝土的温度及裂缝在建筑工程中控制分析

摘要：本文阐述大体积混凝土的温度及裂缝的防治问题进行探讨，通过采用合理的温控技术及施工措施，有效避免了大体积混凝土易产生温度裂缝的问题，同时也对大体积混凝土中外加荆的作用和大体积混凝土在工程实践中的优缺点及解决方法。

关键词：混凝土外加剂　应用温控技术　裂缝　大体积混凝土

1、工程概况

某工程混凝土厚度为3.6m，混凝土浇筑量约为586m3，属于典型的大块体混凝土结构。必须采取有效措施来解决大体积混凝土水化热高、混凝土结构内外温差大，易导致温差裂缝的问题。本工程的施工难点在于高炉的厚大基础由于承受巨大的荷载、整体性要求高，不允许留施工缝，要求一次连续浇筑完毕，大体积混凝土浇筑后水化热量大、体积大、内部水化热聚集不易散发，而表面散热较快，形成内外温差较大，在混凝土内部产生压应力，表面产生拉应力，使混凝土表面产生温差裂缝。因此，必须采取相应有效的温控措施，防止产生结构的温差裂缝。

2、大体积混凝土的概念

大体积混凝土指的是最小断面尺寸大于1m以上，施工时必须采取相应的技术措施妥善处理水化热引起的混凝土内外温度差值，合理解决温度应力并控制裂缝开展的混凝土结构。

大体积混凝土结构的施工特点：一是整体性要求较高，往往不允许留设施工缝，一般都要求连续浇筑；二是结构的体量较大，浇筑后混凝土产生的水化热量大，并积聚在内部不易散发，从而形成内外较大的温差，引起较大的温差应力。大体积混凝土尤其在高层和超高层建筑中应用广泛，其基础工程大多数都属于大体积混凝土工程，例如，高层建筑的箱形基础、筏式基础、桩基厚大的承台等，都属于体积较大的混凝土工程。这些大体积混凝土工程具有结构厚，体形大、钢筋密，数量多，施工条件复杂和施工技术要求高等特点，除了必须满足强度、刚度、整体性和耐久性要求外，还存在如何控制和防止温度应力，变形裂缝产生等问题。

3、防止裂缝产生的技术措施

3.1　降低混凝土的入模温度

(1)选择较适宜的气温浇注大体积混凝土，尽量避开炎热天气浇注大体积混凝土，夏季应加冰，骨料应设防晒措施。

(2)掺加相应的缓凝剂。

(3)混凝土入模时，采取通风散热措施，加快热量散失。

3.2　提高混凝土的极限拉伸强度

(1)选择良好级配的粗骨料，严格控制其含泥量，加强混凝土的振捣，提高混凝土的密实性和抗拉强度，减少收缩变形，保证混凝土质量。

(2)采用二次或多次投料、振捣法，消除大体积混凝土的泌水现象，加强早期养护。

(3)在大体积混凝土的基础内设置必要的温度配筋.在截面突变和转折处、底面与墙转角处、孔洞转角及周边增加斜向构造配筋，以改善集中应力，防止裂缝的出现。

3.3　降低水泥水化热

(1)本工程采用P.032.5普通硅酸盐水泥。

(2)充分利用混凝土的后期强度或60d强度，减少每m3混凝土中的水泥用量。试验结果表明，每增减10kg水泥用量，其水化热将使混凝土的温度相应升降1℃。

(3)选用粒径为5-31.5mm级配良好的粗骨料；掺加粉煤灰等掺合料，或掺加相应的减水剂、缓凝剂、膨胀剂等。混凝土外加剂是在拌制混凝土过程中加入，用以改善混凝土性能的物质。掺量不大于水泥重量的5％(特殊情况除外)。在大体积混凝土施工中掺人混凝土外加剂。可大大改善混凝土工作性能，提高混凝土强度，增强混凝土的密实性，减少收缩、徐变和提高混凝土抗渗性，同时由于水泥用量的减少和混凝土微膨胀剂及高效缓凝减水剂的双掺应用，可推迟或延缓水泥水化热的作用，增强混凝土的抗裂性能，防止大体积混凝土出现升温阶段的表面裂缝和降温阶段的收缩裂缝。目前，商品混凝土中应用的外加剂种类繁多，主要有：加气剂、塑化剂、高效减水剂、矿物质掺料等。一般在混凝土中加入外加剂后，可取得以下效果：

a)延缓混凝土的凝结时间和降低水化热：

b)减少了水泥用量：

c)减少了水用量：

d]限制了混凝土的膨胀率；

因此说，外加剂在大体积混凝土施工中必不可少，能够充分发挥其自身的优点，而降低了大体积混凝土的危害。

3.4　加强施工中的温度控制

(1)在混凝土浇注之后，做好混凝土的保温保湿养护，缓缓降温.充分发挥混凝土的徐变特性，降低温度应力；夏季应避免暴晒，注意保湿，冬季应采取措施保温覆盖，以免产生急剧的温度梯度变化。

(2)规定合理的拆模时间，延缓降温时间和速度，充分发挥混凝土的“应力松弛效应”。

(3)加强测温和温度监测与管理，实行信息化控制。随时监测混凝土内的温度变化，内外温差控制在25℃以内.基面温差和基底面温差均控制在20℃以内；及时调整保温及养护措施，使混凝土的温度梯度及湿度梯度不至于过大，以有效控制有害裂缝的出现。

(4)控制混凝土在浇注过程中温度均匀上升，避免混凝土拌和物堆积过大，出现太大高差。在结构完成后及时回填土或用保温材料保温，如珍珠岩或苯板等，避免侧面长期暴露，以有效控制有害裂缝的出现。

4、大体积混凝土在施工实践中易发生的问题

大体积混凝土基础的特点是混凝土浇筑面和浇筑量大。当混凝土浇筑完毕，由于水泥水化热的影响.使混凝土内部最高温度3－5d达到峰值，此时若混凝土内部最高温度与外界气温之差超过25℃，在升温阶段和降温阶段，容易发生表面裂缝和收缩裂缝。

大体积混凝土内出现的裂缝按深度的不同.分为贯穿裂缝、深层裂缝及表面裂缝三种。贯穿裂缝是由混凝土表面裂缝发展为深层裂缝，最终形成贯穿裂缝。它切断了结构的断面，可能破坏结构的整体性和稳定性，其危害性是较严重的，在工程实践中要绝对避免其发生：而深层裂缝部分地切断了结构断面，也有一定危害性，但在工程实践中的危害要比贯穿裂缝小的多；表面裂缝一般危害性较小。

大体积混凝土在施工阶段所产生的裂缝一般为温度裂缝，一方面是混凝土的内部因素：大体积混凝土由于水泥水化热导致混凝土内部温度较高，当混凝土表面温度与气温相差过大时，会产生温度收缩裂缝。混凝土线膨胀系数约为每摄氏度0.00001，即温度每升高或降低10摄氏度，混凝土会产生0.01％的线膨胀或收缩。以C30混凝土为例，其净弹性模量约为30000MPa，当混凝土的线收缩为0.01％时，混凝土的受拉应力将达3MPa，大约相当于C30混凝土28天的抗拉强度。另一方面是混凝土的外部因素：如大气或环境温度的变化情况等。结构的外部约束和混凝土各质点间的约束，阻止混凝土收缩变形，混凝土抗压强度较大.但抗拉能力却很小，所以温度应力一旦超过混凝土能承受的抗拉强度时。即会出现裂缝。

5、工程施工采取的措施

5.1　测温点的布置、测温及后备温控措施

浇筑完毕的混凝土一般在10h后开始测试，以后每隔2-4h一次测试，在测试过程中随时进行较验。测温一直持续到该混凝土温度开始

下降时为止，约10d左右。

当测温仪指示的混凝土内外温差或混凝土表面与大气温差超过25℃时，应及时搭设一道或二道温度缓冲层，降低混凝土的内外温差，防止产生温度裂缝。

5.2　混凝土浇注和振捣

混凝土浇筑时，应保持连续性，混凝士形成扇面向前流动，然后在其坡面上继续浇注，循序渐进。

混凝土振捣采用插人式机械振捣器内部振捣的方法，但必须注意二点：一是.垂直振捣和斜向振捣；二是，振捣器要“快插慢拔”。

5.3混凝土养护及温、湿度控制

对浇筑完的混凝土，需要加强养护，保持混凝土表面湿润，降低水化热.保持混凝土内外温差不得超过25℃。表面覆盖养护层，在混凝土浇筑完后应在混凝土表面覆盖上一层塑料布，设专人浇水养护。尤其是掺UEA型膨胀剂混凝土，浇筑完毕后14d内湿养护是必须的，以保证膨胀剂在潮湿环境下膨胀能得到充分发挥，防止混凝土的体积收缩。

5.4　泌水处理和表面处理

混凝土在浇筑过程中，产生的泌水或清泵、洗泵带来的浮浆水随着混凝土浇筑向前推进，必须在适当的位置设排水孔排除泌水或用水泵抽走，防止影响混凝土质量。大体积混凝土其表面水泥浆较厚，不仅会引起混凝土表面收缩开裂，而且会影响混凝土的表面强度.处理方法先初步按设计标高用长刮尺刮平，再用木拍子搓平压实，充分浇水湿润养护。

6、大体积混凝土在工程实际中应注意的其它一些问题

首先，在大体积混凝土的浇筑和振捣过程中，除应满足每一处混凝土在初凝以前就被上一层新混凝土覆盖并捣实完毕外，还应考虑结构大小、钢筋疏密、预埋管道和地脚螺栓的留设、混凝土供应情况以及水化热等因素的影响，常采用全面分层、分段分层、斜面分层等方法进行浇筑。其次，在大体积混凝土的养护阶段应注意保持适宜的温度和湿度。以便控制混凝土内表温差，促进混凝土强度的正常发展及防止混凝土裂缝的产生和发展。犬体积混凝土的养护，不仅要满足强度增长的需要，还应通过施工的温度控制，防止因温度变形引起混凝土的开裂。最后，大体积混凝土拆模时，混凝土的温差不超过20℃。其温差应包括表面温度、中心温度和外界气温之间的温差。

7、结束语

伴随着我国国民经济的不断发展，各种基础设施的不断完善，在高速公路领域；在桥梁建设领域；在机场和港口建设领域；在核电站、钻井平台领域到高层、超高层建筑，地下工程领域大体积混凝土越来越多的被应用到人们的实际生活中，随之而来的就是要严格把好大体积混凝土施工的质量关，以确保混凝土的耐久性和安全性。此外，更应积极的加大对大体积混凝土外加剂、掺和料的研发工作，最大程度的弥补大体积混凝土施工工艺的不足之处，尽最大可能的提高大体积混凝土的结构安全使用寿命，以期达到造福于民的目的。