大体积混凝土裂缝控制技术

摘要:本文主要通过对大体积混凝土裂缝的产生过程及原理的阐述，介绍了大体积混凝土裂缝控制的施工计算方法以及大体积混凝土在浇筑过程中的技术控制措施。

关键词:大体积混凝土 裂缝控制 温度差温度收缩应力

Abstract: this paper mainly through the cracks of mass concrete process and expounds the principle, this paper introduces the mass concrete crack control of the calculation method, and the construction of mass concrete casting technology in the process control measures.

Keywords: mass concrete crack control temperature shrinking stress temperature difference

中图分类号：TU37 文献标识码：A 文章编号

1、引言

在桥梁、港口码头、水利水电及污水处理等工程大体积混凝土基础及结构混凝土浇筑后，由于水泥水化热的产生使得混凝土温度升高，体积膨胀，产生温度变形，形成温度应力，当温度拉应力超过允许值时便会产生混凝土裂缝，进而影响混凝土的防水性、耐久性及外观质量，大体积混凝土的裂缝是大体积混凝土施工中的一大技术难题。本文通过对大体积混凝土裂缝产生的过程分析，提出了大体积混凝土裂缝控制应从裂缝控制施工计算入手，以科学理论为基础，合理采用混凝土浇筑过程中的裂缝控制技术措施，更为有效地控制大体积混凝土裂缝的产生。

2、技术原理

大体积混凝土浇筑后，由于水泥水化热的产生使混凝土的温度升高，体积膨胀达到峰值后（约3～5d）将持续一段时间，因内部温度慢慢要与外界气温相平衡，以后温度将逐步下降，从表面开始慢慢深入内部，此时混凝土基本硬结，弹性模量很大，降温时当温度收缩变形受到外部边界条件的约束，将引起较大的温度应力。一般混凝土内部温度升值愈大，降温值也愈大，产生的拉应力也愈大。通过施工计算采取措施控制过大的降温收缩应力的出现，便可控制裂缝的产生。

3、裂缝控制技术要点

3.1、混凝土浇筑前的裂缝控制计算

在大体积混凝土浇筑前，根据施工拟采用的施工方法、裂缝控制技术措施和已知的施工条件，先计算混凝土的最大水泥水化热温升值、收缩变形值、收缩当量温差和单性模量，然后通过计算，估量混凝土浇筑后可能产生的最大温度收缩应力。计算方法和步骤如下：

3.1.1、计算混凝土的绝热温升值:

T(t)=mcQ(1-e-mt)/Cρ

式中：T(t)――浇筑一段时间t,混凝土的绝热升温值（℃）；

mc――每立方米混凝土水泥用量（kg/m3）；

Q――每千克水泥水化热量（J/kg）；

C――混凝土的比热，在0.84-1.05kJ/kg.k,一般取0.96 kJ/kg.k；

ρ――混凝土的质量密度，取2400 kg/m3；

e――常数，取值为2.718；

t――龄期；

m――与水泥品种、浇筑时的温度有关的经验系数，一般取0.2-0.4。

3．1.2、计算各龄期混凝土收缩变形值：

εy(t)= εy(1- e-bt)×M1×M2×M3…×Mn

式中：εy(t)――非标准状态下混凝土任意龄期的收缩变形值；

εy ――极限收缩值，取3.24×10-4；

b――经验系数，取0.01；

M1、M2、M3…Mn――修正系数；

3.1.3、计算混凝土的收缩当量温差：

Ty(t)= -εy(t)/α

式中：Ty(t)――任意龄期混凝土收缩当量温差，负号表示降温；

εy(t)――各龄期混凝土的收缩相对变形值；

α――混凝土的线膨胀系数，取1.0×10-5；

3.1.4、计算各龄期混凝土的弹性模量：

E(t)= EC (l-e-0.09t)

式中：E(t)――混凝土从浇筑后到计算时的弹性模量，取平均值；

EC――最终弹性模量；

3.1.5、计算混凝土的温度收缩应力

大体积混凝土基础或结构贯穿性或深进的裂缝，主要是由平均降温差和收缩差引起过大的温度收缩应力而造成的，混凝土因外界约束引起的温度应力，一般用约束系数法计算约束应力。

δ= E(t)×α×ΔT×s(t)×R/(1-νC)

ΔT=T0+2 T(t)/3+ TY(t)- Th

式中：δ――混凝土的温度(包括收缩)应力（N/mm2）；

E(t)――混凝土从浇筑后到计算时的弹性模量，取平均值；

ΔT――混凝土的最大综合温差绝对值；

T0――混凝土的浇筑入模温度；

T(t)――浇完一段时间，混凝土的绝热温升值；

TY(t)――混凝土收缩当量温差；

Th――混凝土浇筑后达到稳定时的温度；

s(t)――松弛系数，一般取0.3-0.5；

νC――混凝土的泊松比。

δ如果小于混凝土的抗拉强度，则表示所采取的裂缝控制技术措施能有效地控制裂缝的出现。如超过混凝土的允许抗拉强度，则应采取措施调整混凝土的浇筑温度，减低水泥水化热温升值，降低内外温差改善施工操作工艺和性能，提高混凝土极限拉伸强度和改善约束等技术措施，重新进行计算，直至计算的降温收缩应力在允许范围以内为止，以达到预防温度收缩裂缝出现的目的。

3.2、浇筑过程中的裂缝控制的技术措施

3.2.1、改善混凝土性能

大体积混凝土配置尽可能采用中低水化热的水泥或者参加复合型外加剂和粉煤灰，以减少绝对用水量和水泥用量，降低水化热，同时也能增强混凝土的和易性。在混凝土配合比设计时拌合用的砂子最好采用中粗砂，石子采用连续级配以减少混凝土收缩。混凝土采用集料泵送混凝土时砂率应控制在40%～45%之间，在满足可泵性的前提下，尽量降低砂率，塌落度尽量选用小值，以减少收缩变形。

3.2.2、控制混凝土拌合物温度

混凝土中的各种原材料，尤其是石子与水，对拌合物出机温度影响最大，在气温较高时，可在砂石料场、水池处设置简单遮阳棚，以防止太阳暴晒，必要时可采用向骨料喷水降温措施。在混凝土运输过程中要采取降温措施，以防止入模混凝土温度升高，如在水平输送管上加铺草包喷水等措施。

3.2.3、合理控制混凝土浇筑速度和层厚

混凝土浇筑过程中浇灌速度不宜过快，同时应合理分层，充分利用浇筑层面顶面散热的有利因素，控制混凝土内部的中心温度，混凝土浇筑厚度与混凝土的绝热温升值有密切联系，混凝土分层厚度愈小，散热就愈快，水化热温升值低。反之混凝土厚度愈大，散热也就愈慢。

3.2.4、加强振捣，增强混凝土的密实度和抗拉强度

混凝土浇筑时尽可能采取二次振捣工艺，对大面积的板面要进行拍打振实，去除浮浆，实行二次抹面，以提高混凝土的密实度和抗拉强度，减少混凝土收缩裂缝。

3.2.5、通水冷却

通水冷却是混凝土温度控制的有效措施之一，尤其在高温季节施工，此法十分有效。在大体积混凝土中埋设钢管，形成循环水通道，通水冷却，削减混凝土内部水化热，合理控制混凝土内外温差，内外温差应控制在20-30℃以内。在降温阶段，温差较大，则早期出现裂缝的可能性较大。

3.2.6、利用测温技术进行信息化施工

根据工程项目的平面尺寸、厚度等不同情况，合理、经济地布设测温点，根据实测温度值和绘制的温度升降曲线，分析计算各降温阶段产生的混凝土温度收缩拉应力，累计总拉应力值。如果不超过同龄期的混凝土抗拉强度，则表示所采取的防裂措施能有效地控制预防裂缝出现，不致于引起结构的贯穿裂缝，如超过该阶段时的混凝土抗拉强度，则应采取加强养护和保温措施(如覆盖保温材料、及时回填土等措施)，使缓慢降温和收缩，提高龄期混凝土的抗拉强度，弹性模量发挥徐变特性，以控制裂缝的出现。

4、工程实例

本技术曾在承朝高速公路中得到了应用，当时施工的项目为大型承台，承台混凝土分为三层，下层的混凝土长度为35米，宽度为16米，厚度为4米；中层的混凝土长度为28米，宽度为12米，厚度为5米；上层的混凝土长度为24米，宽度为10米，厚度为3米。该工程混凝土较厚，在该工程的施工过程中运用了本技术，有效地控制了混凝土裂缝的产生，受到了监理和业主的好评。

参考文献：«路桥施工计算手册»（周永兴，何兆盖、周毅松等著，北京人民交通出版社）。

注：文章内所有公式及图表请以PDF形式查看。