浅析大体积混凝土温度裂缝成因及控制措施

【摘 要】大体积混凝土的应用日益广泛，但大体积混凝土的温度裂缝也是常遇见的问题，因此，温度裂缝的控制成了大体积混凝土施工人员面临的技术难题。本文分析了大体积混凝土温度裂缝产生的主要原因，并从设计、材料、施工、温度检测及养护方面总结了裂缝的控制措施，以减少温度裂缝的产生，保证大体积混凝土的质量。

【关键词】大体积混凝土；水化热；温度裂缝；控制措施；温度检测

随着我国工程建设的迅猛发展，大体积混凝土的应用越来越广泛，但大体积混凝土应用过程中也面临了很大挑战。由于混凝土自身放热量大，大体积混凝土内部温度不能及时扩散,导致混凝土浇筑体产生了较大的内外温差，温差引起的不均匀变形使混凝土内产生了很大的温度应力,致使混凝土浇筑体内外均产生大范围温度裂缝，严重影响了混凝土构筑物的强度和降低了混凝土结构耐久性，甚至使其完全破坏。因此，必须从根本上分析大体积混凝土温度裂缝的产生原因,采取各种措施减少和控制温度裂缝的出现，确保大体积混凝土工程的质量。

1.大体积混凝土温度裂缝成因分析

1.1 温度及温度效应

大体积混凝土施工中，由于混凝土内部的水化热、外界的太阳辐射以及气温变化等因素的影响,混凝土结构内部会处于不同的温度状态。影响混凝土结构温度分布的因素主要有内部和外部两大类。

(1)外界温度的影响。自然环境中的混凝土结构物,受大气温度变化作用,而各种气象因素在一年四季、每天甚至每时每刻都在发生变化。混凝土结构的最大温差与不同季节的气候特征有密切关系。

(2)水化热。水泥水化释放的水化热会引起混凝土浇筑块内部温度剧烈变化,是影响混凝土温度分布的主要内部因素。

1.2 结构约束

大体积混凝土结构受到的约束,一般分为内约束和外约束两种。

(1)内约束。大体积混凝土在水泥水化时,会形成外低内高的温差,这种温差会使大体积混凝土内部温度分布不均匀,会引起质点发生的变形不一致,从而产生内约束。大体积混凝土中心由于温度较高,所产生的热膨胀也较表面大,因而在混凝土中心产生压应力,而表面则产生拉应力。当表面拉应力超过混凝土的抗拉强度时,就会在大体积混凝土的外表面产生裂缝,这种裂缝比较分散、裂缝宽度小、深度也很小,俗称“表面裂缝”。

(2)外约束。大体积混凝土浇筑后数日(一般不少于5d),水泥水化热基本上释放完毕,由于环境温度较低,这时,大体积混凝土就会从最高温度开始逐渐降温,降温的结果会引起混凝土的收缩。同时,混凝土中多余水分也随之蒸发,这样,就会引起混凝土体积出现不同程度的收缩。而地基、其他结构往往会对大体积混凝土进行约束,让其不能自由变形,在这种外部约束的作用下,混凝土的内外温差就会产生温度应力。

2.大体积混凝土温度裂缝控制措施

大量工程实践经验都证明,结构物不可能不出现裂缝,裂缝是材料的一种固有缺陷、固有特征。如果对大体积混凝土的裂缝作过于严格的限制,则施工难度大,会带来成本的急剧上升。但可以采取措施,对裂缝进行控制。

2.1 设计

(1)改变约束条件,设置滑动层。基础垫层和基础之间采用三毡四油防水层作为滑动层减小地基对基础的约束,降低约束应力。

(2)设置构造钢筋。在大体积混凝土内设置必要的温度配筋,配筋宜选用小直径、小间距；在截面突变和转角处,孔洞转角及周边,增加斜向构造配筋,以改善应力集中,防止裂缝出现。

(3)在易裂的边缘部位设置暗梁,提高该部位的配筋率。

(4)合理设置后浇带,保留时间大于60d。后浇带内梁中钢筋连续通过,板中钢筋可断开,在二次浇筑混凝土前,根据规范要求连接板中普通钢筋。

2.2 材料

(1)水泥。针对大体积混凝土结构的特点,选择低水化热水泥。因为其在假定外部温度没有变化的情况下,可减少混凝土的内外温差T值,起到减少温度应力的作用。选择水泥时,还应合理控制好水泥的细度,这样,才能在减少温度应力的同时,确保水泥混凝土的早期强度,从而更有效地控制温度裂缝。

(2)矿物掺合料。在施工中,掺入20%～40%的粉煤灰,可取代一部分水泥,从而消减水化热产生的高温峰值。另外,粉煤灰还可以优化水泥石内部结构,提高混凝土早期强度。

(3)集料。集料在混凝土中的体积超过50%,在成型阶段是一种导热介质,因此,选择导热系数高、热传导能力强的集料,可有效降低混凝土的内外温差T值。另外,集料自身的温度对水化热的产生也有一定的影响,集料自身温度越高,水化热也就越大。因此,在制备混凝土时,应根据当日气候和集料温度,对集料进行必要的降温处理。

(4)外加剂。在控制大体积混凝土温度裂缝时,外加剂应选择能调节混凝土凝结时间和硬化性能的缓凝剂、减水剂。

2.3 施工

1）用分层连续浇筑或推移式连续浇筑混凝土采用分层连续浇筑或推移式连续浇筑,混凝土层间的间隔时间应尽量缩短,必须在前层混凝土初凝之前,将其次层混凝土浇筑完毕。层间最长的时间间隔不大于混凝土的初凝时间。当层间间隔时间超过混凝上的初凝时间,层面应按施工缝处理:

(1)消除浇筑表面的浮浆、软弱混凝土层及松动的石子,并均匀露出粗骨料；(2)在上层混凝土浇筑前,应用压力水冲洗混凝土表面的污物,充分湿润,但不得有水；(3)对非泵送及低流动度混凝土,在浇筑上层混凝土时,应采取接浆措施。

2）二次投料及二次振捣

大量的工程实践证明,采用二次投料水泥裹砂法和二次振捣法,可提高混凝土的极限抗拉强度。

所谓二次投料水泥裹砂法,即先将水和水泥拌成水泥浆,搅拌时间大约1min,然后加入砂子和石子,搅拌成混凝土。该法可改善混凝土内部结构,减少混凝土浇筑入模时的离析现象,节约水泥达20%,或提高强度15%。

所谓二次振捣,即对未初凝的混凝土在振动界限之前进行二次振捣。通过二次振捣可排除混凝土因泌水在粗骨料、水平钢筋下部生成的水分和空隙,提高水平钢筋的握裹力、竖向钢筋的抗拔力,增大水密性,提高混凝土抗压强度,减少混凝土内部裂缝,防止因混凝土下沉而出现的裂缝。有关资料证明,采用二次振捣可使水平钢筋的握裹力增加1/3,竖向钢筋初始抗拔能力提高100%,28d混凝土的抗压强度提高10%～15%。二次振捣关键要掌握好二次振捣的时间,该时间为混凝土经振捣后尚能恢复到塑性状态的时间,一般又称为振捣界限。振动界限的判断方法一般有两种:一种是将运转着的振动棒逐渐插入混凝土中时,混凝土仍能恢复到塑性状态,当振动棒拔出时,混凝土能自动填满形成的孔洞,而不会在混凝土中留下孔穴,此时施加二次振捣,时间最为合适；第二种是采用测定贯入阻力值的方法来判断,国外一般均采用这种方法,即当标准贯入阻力值达到3.5N/mm2以前进行二次振捣,此时不会损伤已成型的混凝土。