大体积混凝土温度裂缝的成因与防治
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摘要： 大体积混凝土施工时遇到的普遍问题是温度裂缝，由于大体积混凝土结构的截面尺寸较大，外荷载引起裂缝的可能性很小，水泥在水化反应中释放的水化热所产生的温度变化和混凝土收缩的共同作用，会产生较大的温度应力和收缩应力，这成为大体积混凝土结构出现裂缝的主要因素。本文针对大体积混凝土温度裂缝产生的原因、现场混凝土温度的控制和预防裂缝的措施进行等进行阐述。
Abstract: the construction of mass concrete in common problem is the temperature crack, due to the large volume concrete structure of the cross section size is larger, the load caused by the possibility of a small crack, cement hydration reaction in the release of the hydration heat generated by the temperature variation and concrete shrinkage common function, will produce larger temperature stress and shrinkage stress, it become a big volume concrete structure crack of the main factors. Aiming at the large volume concrete temperature field, the causes of the cracks of the concrete temperature control and crack prevention measures are discussed in this paper.
Keywords: large volume concrete; Temperature stress; Crack; Cause; Prevention and control measures
中图分类号：TV544+.91 文献标识码：A 文章编号：2095-2104（2012）
1.概述
松花江大桥全长2324.92m，主桥4个主墩均采用钢筋混凝土实体墩，墩身采用上、下行分离式，墩身面尺寸横桥向为6.6m，顺桥向为4.58～5m。承台为整体式，平面形状为六边形，长为29.5m，宽为2.6m，厚度为4m。在大体积混凝土（现场浇筑的最小尺寸为1～3且必须采取措施以避免水化热引起的温差超过25℃的混凝土称为大体积混凝土）中，我们遇到的主要是施工中的温度裂缝，由于混凝土的体积大，聚集的水化热大，在混凝土内外散热不均匀以及受到内外约束的情况时，混凝土内部会产生较大的温度应力，导致裂缝产生，为结构埋下了严重的质量隐患。因此，大体积混凝土施工中的温度监控是控制裂缝产生的关键。本文仅对施工中大体积混凝土温度裂缝成因及其处理措施做一阐述。
2.裂缝的原因
混凝土中产生裂缝有多种原因，主要是温度和湿度的变化、混凝土的脆性和不均匀性、以及结构不合理、原材料不合格（如碱骨料反应）、模板变形、基础不均匀沉降等。
⑴混凝土是一种脆性材料，抗拉强度是抗压强度的1／10左右，短期加荷时的极限拉伸变形只有（0.6～1.0）×104， 长期加荷时的极限位伸变形也只有（1.2～2.0）×104。在钢筋混凝土中，拉应力主要是由钢筋承担，混凝土只是承受压应力。在素混凝土内或钢筋混凝上的边缘部位如果结构内出现了拉应力，须依靠混凝土自身承担。一般设计中均要求不出现拉应力或者只出现很小的拉应力。但是在施工中混凝土由最高温度冷却到运转时期的稳定温度，往往在混凝土内部引起相当大的拉应力。有时温度应力可超过其它外荷载所引起的应力。
⑵大体积混凝土结构一般要求一次性整体浇筑。浇筑后，水泥因水化引起水化热，由于混凝土体积大，聚集在内部的水泥水化热不易散发，混凝土内部温度将显著升高，而其表面则散热较快，形成了较大的温度差，使混凝土内部产生压应力，表面产生拉应力。此时，混凝龄期短，抗拉强度很低。当温差产生的表面抗拉应力超过混凝土极限抗拉强度，则会在混凝土表面产生裂缝。另外许多混凝土的内部湿度变化很小或变化较慢，但表面湿度可能变化较大或发生剧烈变化。如养护不周、时干时湿，表面干缩形变受到内部混凝土的约束，也会导致裂缝。
⑶加筋对大体积混凝土的温度应力影响很小，因为大体积混凝土的含筋率极低。只是对一般钢筋混凝土有影响。在温度不太高及应力低于屈服极限的条件下，钢的各项性能是稳定的，而与应力状态、时间及温度无关。钢的线胀系数与混凝土线胀系数相差很小，在温度变化时两者间只发生很小的内应力。因此，在混凝土中想要利用钢筋来防止细小裂缝的出现很困难。
3.温度应力的分析
根据温度应力的形成过程可分为以下三个阶段：
⑴早期：自浇筑混凝土开始至水泥放热基本结束，一般约30天。这个阶段的两个特征，一是水泥放出大量的水化热，二是混凝上弹性模量的急剧变化。由于弹性模量的变化，这一时期在混凝土内形成残余应力。
⑵中期：自水泥放热作用基本结束时起至混凝土冷却到稳定温度时止，这个时期中，温度应力主要是由于混凝土的冷却及外界气温变化所引起，这些应力与早期形成的残余应力相叠加，在此期间混凝上的弹性模量变化不大。
⑶晚期：混凝土完全冷却以后的运转时期。温度应力主要是外界气温变化所引起，这些应力与前两种的残余应力相迭加。
根据温度应力引起的原因可分为两类：自生应力和约束应力，这两种温度应力往往和混凝土的干缩所引起的应力共同作用。
4.防止温度裂缝的措施
4.1控制温度的措施
⑴采用改善骨料级配，用干硬性混凝土，掺混合料，加引气剂或塑化剂等措施以减少混凝土中的水泥用量；
⑵拌合混凝土时加水或用水将碎石冷却以降低混凝土的浇筑温度；
⑶热天浇筑混凝土时减少浇筑厚度，利用浇筑层面散热；
⑷在混凝土中埋设水管，通入冷水降温；
⑸规定合理的拆模时间，气温骤降时进行表面保温，以免混凝土表面发生急剧的温度梯度；
⑹施工中长期暴露的混凝土浇筑块表面或薄壁结构，在寒冷季节采取保温措施；
4.2改善约束条件的措施
⑴合理地分缝分块；
⑵避免基础过大起伏；
⑶合理的安排施工工序，避免过大的高差和侧面长期暴露；
此外，改善混凝土的性能，提高抗裂能力，加强养护，防止表面干缩，特别是保证混凝土的质量对防止裂缝是十分重要，应特别注意避免产生贯穿裂缝，出现后要恢复其结构的整体性是十分困难的，因此施工中应以预防贯穿性裂缝的发生为主。
在混凝土的施工中，为了提高模板的周转率，往往要求新浇筑的混凝土尽早拆模。当混凝土温度高于气温时应适当考虑拆模时间，以免引起混凝土表面的早期裂缝。新浇筑早期拆模，在表面引起很大的拉应力，出现“温度冲击”现象。在混凝土浇筑初期，由于水化热的散发，表面引起相当大的拉应力，此时表面温度亦较气温为高，此时拆除模板，表面温度骤降，必然引起温度梯度，从而在表面附加拉应力，与水化热应力迭加，再加上混凝土干缩，表面的拉应力达到很大的数值，就有导致裂缝的危险，但如果在拆除模板后及时在表面覆盖轻型保温材料，如泡沫海棉等，对于防止混凝土表面产生过大的拉应力，具有显著的效果。