大体积混凝土控制温度裂缝的技术措施

【摘要】本文主要阐述了水泥品种的选择与用量控制、掺加外加料与骨料选择、养护与延缓混凝土降温速率、减少混凝土收缩与提高混凝土的极限拉伸值、改善边界约束和构造设计等问题。

【关键词】大体积混凝土；温度裂缝；技术措施

在结构工程的设计中，大体积混凝土结构为避免产生温度裂缝，除要在施工前进行认真计算外，还应在施工过程中采取有效的技术措施，依据施工经验要重点从控制混凝土温升、延缓混凝土降温速率、减少混凝土收缩、提高混凝土极限拉伸值、改善混凝土约束程度、完善构造设计等方面采取技术措施。这些措施是相互联系、相互制约的，施工中要结合实际、合理采用。

1 水泥品种的选择与用量控制

大体积混凝土结构引起裂缝的一般原因是：混凝土的导热性能差，水泥水化热的大量积聚，使混凝土产生早期温升和后期降温等状况，所以，控制水泥水化热造成的温升、减小降温温差，对降低温度应力，避免出现温度裂缝可起根本性的作用。

1.1 选用中热或低热的品种。

混凝土升温的热源是水泥水化热，选用中、低热的水泥品种是控制混凝土温升的基本方法。如325级的矿渣硅酸盐水泥，3d内的水化热仅为同标号普通硅酸盐水泥的60%。实践表明：选用32.5级硅酸盐水泥，比选用32.5级矿渣硅酸盐水泥，3d内水化热平均升温高5―8℃。

1.2 运用混凝土的后期强度。试验表明，1m3混凝土的水泥用量，每增减10kg，其水化热将使混凝土的温度升降1℃，为控制混凝土温升，降低温度应力，减少温度裂缝，在满足混凝土强度和耐久性的条件下，尽可能减少水泥用量，严格控制1m3混凝土水泥用量不超过400kg；同时，要依据实际承受荷载的情况，对结构的强度和刚度进行复算，并取得设计单位、监理单位和质量检查部门的认可后，采用f45、f60或f90替代f28作为混凝土的设计强度，这能使1m3混凝土的水泥用量减少40―70kg，混凝土的水化热温度相应降低4―7℃，温控指标要符合以下规定：混凝土入模温度的温升值应小于50℃；混凝土里表温差应小于25℃；混凝土的降温速率应小于20℃/d；混凝土表面与大气温差应小于20℃。

2 掺加外加料与骨料选择

在混凝土中掺入一些适量的外加料，能使混凝土获得所需要的特性，特别是在泵送混凝土中更为突出。泵送性能良好的混凝土拌合物具备以下特性：（1）在输送管壁形成水泥浆或水泥砂浆的层，使混凝土拌合物具有在管道中顺利滑动的流动性；（2）为在各种形状和尺寸的输送管内顺利输送，混凝土拌合物要具备适应输送管形状和尺寸的变化性；（3）为在泵送混凝土施工过程中不出现离析而导致堵塞，拌合物要具备压力变化和位置变动的抗分离性。

因影响泵送混凝土性能的因素较多，如砂石的种类、品质、级配、用量，及混凝土的砂率、坍落度、外掺料等，所以，为满足混凝土具有良好的泵送性，在进行混凝土配合比的设计中，不可用单纯增加单位用水量的方法，这不但能增加水泥用量，增大混凝土的收缩，还可能使水化热升高，出现裂缝。实践表明，在施工中单纯增加单位用水量不但不能优化混凝土的收缩，还可能使水化热升高，容易造成裂缝。在施工中优化混凝土级配，掺加适宜的外加料，能改善混凝土的特征，这是大体积混凝土施工中的重要技术措施。混凝土中一般采用的外加料是外掺剂和外掺料。

骨料的选择。大体积混凝土砂石料的重量占混凝土总重量的85 ％左右，正确选用砂石料对保证混凝土质量、节约水泥用量、降低水化热、降低工程成本特别重要。骨料的选用要根据就地取材的要求，选用生产成本低、质量优良的天然砂石料。根据对人工砂石料的试验研究和生产实践证明，采用人工骨料经济实用。

3 养护与延缓混凝土降温速率

大体积混凝土浇筑后，加强表面的保温、保湿养护，可有效避免混凝土出现裂缝。保湿、保温养护是为减少混凝土的内外温差，避免产生表面裂缝，避免混凝土过冷造成贯穿裂缝，可延缓混凝土的冷却速度，减小新老混凝土的上下层约束。在混凝土浇筑后，要尽可能以适当的材料覆盖，采取保湿和保温措施，这些可减少升温阶段的内外温差，避免出现表面裂缝，使水泥顺利水化，提高混凝土的极限拉伸值。避免造成过大的温度应力和温度裂缝。

混凝土终凝后，在它的表面蓄存了一定量的水，采取蓄水养护也是较好的方法，在一些工程中曾经采用，并取得良好效果。水的导热系数为0.58W/m•K，具有较好的隔热保温效果，能延缓混凝土内部水化热的降温速率，缩小混凝土中心和表面的温度差值，可控制混凝土的裂缝展开。

4 减少混凝土收缩与提高混凝土的极限拉伸值

混凝土的收缩和极限拉伸值，除与水泥用量、骨料品种和级配、水灰比、骨料含泥量等有关外，还与施工工艺和施工质量相关，因此通过改善混凝土的配合比和施工工艺，能相对减少混凝土的收缩和提高混凝土极限拉伸值Bp，这对避免出现温度裂缝有一定作用。

对浇筑后的混凝土要实施两次振捣，可排除混凝土由于泌水而在粗骨料、水平钢筋下部生成的水分空隙，提高混凝土与钢筋的握裹力，避免由于混凝土沉落而产生的裂缝，减小混凝土内部微裂，增加混凝土的密实度，使混凝土的抗压强度提高10%―20%，提高混凝土的抗裂性。

混凝土二次振捣的恰当时间是混凝土振捣后还能恢复到塑性状态的时间，这是一次振捣的关键，即振动界限。掌握二次振捣恰当时间的方法。（1）把运转着的振动棒以其自身的重力逐渐插入混凝土中进行振捣，混凝土在振动棒慢慢拔出时能自动闭合，不会在混凝土中留下孔穴，此时施加二次振捣比较适宜。（2）为准确判定二次振捣的适宜时间，国外通常采用测定贯入阻力值的方法判定。在标准贯入阻力值在未达到350N/cm3以前，再进行二次振捣，不会损伤已成型的混凝土。试验结果，在标准贯入阻力值为350N/cm3时，对应的立方体试块强度为25N/cm2时，对应的压力仪强度值为27N/cm2。

因采用二次振捣的最佳时间与水泥品种、水灰比、坍落度、环境气温和振捣条件等因素有关，所以，在工程正式采用时一定要经试验确定。在确定二次振捣时间时，应考虑技术上的合理性，还要满足分层浇筑、循环周期的安排，在操作时间上应留有余地，防止因失误而导致冷接头等质量问题。

在传统混凝土搅拌工艺中，水分直接润湿石子表面；在混凝土成型和静置过程中，自由水向石子与水泥砂浆界面集中，形成石子表面的水膜层，在混凝土硬化后，因水膜的存在使界面过渡层疏松多孔，削弱石子与硬化水泥砂浆之间的粘结，形成混凝土中薄弱环节，对混凝土抗压强度和其他物理力学性能产生不良影响。改进混凝土的搅拌工艺，能提高混凝土的极限拉伸值，减少混凝土的收缩。为提高混凝土的质量，可采用二次投料的净浆裹石或砂浆裹石搅拌新工艺，这能有效避免水分向石子与水泥砂浆界面的集中，使硬化后的界面过渡层的结构致密，粘结强度增强，使混凝土强度提高10%左右，也提高混凝土的抗拉强度和极限抗拉值。在混凝土强度基本相同时，采用此搅拌工艺能减少水泥用量5―8%，减少水化热。

5 改善边界约束和构造设计

避免大体积混凝土出现温度裂缝，可在改善边界约束和构造设计上采取技术措施，诸如合理分层浇筑、设置滑动层、防止应力集中、设置缓冲层、合理配置和设置高应力缓和沟等。