大体积混凝土温度裂缝的控制预防

开篇：润墨网以专业的文秘视角，为您筛选了一篇大体积混凝土温度裂缝的控制预防范文，如需获取更多写作素材，在线客服老师一对一协助。欢迎您的阅读与分享！

摘要本文结合实际分析了大体积混凝土由于内外温差、自身约束和外部约束共同作用产生的温度应力而形成裂缝的情况，并从原材料品质、施工、养护及监控等几方面归纳总结了大体积混凝土温度应力的具体控制措施，为避免温度收缩裂缝具有指导意义。

关键词：大体积混凝土温度应力温度控制水化热 处治方法

1、工程实践

郑州英协路高层住宅A标段1-6＃公寓楼项目，为郑州城中村改造重点项目，项目主楼为桩筏基础，采用高强预应力管桩，整体地下室为独立承台桩基础，筏板厚度1#、2#、3#楼1500mm，4#、5#、6#楼1600mm，整体地下室300mm。本基础结构尺寸大，混凝土方量大，属于大体积混凝土施工，所以，混凝土的温度控制成为本工程施工的重点之一。

2、大体积混凝土裂缝产生的原因

大体积混凝土结构通常具有以下特点：混凝土是脆性材料，抗拉强度只有抗压强度的1／10左右。大体积混凝土的断面尺寸较大，由于水泥的水化热会使混凝土内部温度急剧上升；以及在以后的降温过程中，在一定的约束条件下会产生相当大的拉应力。大体积混凝土结构中通常只在表面配置少量钢筋，或者不配钢筋，拉应力要由混凝土本身来承担。

2.1，温度应力

水泥水化过程中放出大量的热，且主要集中在浇筑后的7d左右，一般每克水泥可以放出500J左右的热量，本工程基础设计水泥用量325Kg/m3，每m3混凝土将放出16250KJ的热量，从而使混凝土内部升高。（可达70℃左右，甚至更高）。尤其对于大体积混凝土来讲，这种现象更加严重。因为混凝土内部和表面的散热条件不同，因此混凝土中心温度很高，这样就会形成温度梯度，使混凝土内部产生压应力，表面产生拉应力，当拉应力超过钢筋混凝土的极限抗拉强度时混凝土表面就会产生裂缝。

2.2，混凝土的收缩

混凝土在空气中硬结时体积减小的现象称为混凝土收缩。混凝土在不受外力的情况下的这种自发变形，受到外部约束时（支承条件、钢筋等），将在混凝土中产生拉应力，使得混凝土开裂。引起混凝土的裂缝主要有塑性收缩、干燥收缩和温度收缩等三种。在硬化初期主要是水泥石在水化凝固结硬过程中产生的体积变化，后期主要是混凝土内部自由水分蒸发而引起的干缩变形。

2.3，外界气温湿度变化的影响

大体积混凝土结构在施工期间，外界气温的变化对防止大体积混凝土裂缝的产生起着很大的影响。混凝土内部的温度是由浇筑温度、水泥水化热的绝热温升和结构的散热温度等各种温度叠加之和组成。浇筑温度与外界气温有着直接关系，外界气温愈高，混凝土的浇筑温度也就会愈高；如果外界温度降低则又会增加大体积混凝土的内外温度梯度。如果外界温度的下降过快，会造成很大的温度应力，极其容易引发混凝土的开裂。另外外界的湿度对混凝土的裂缝也有很大的影响，外界的湿度降低会加速混凝土的干缩，也会导致混凝土裂缝的产生。

3、大体积混凝土温度裂缝的控制

3.1，大体积混凝土中水泥的品种及用量

理论研究表明大体积混凝土产生温度裂缝的主要原因就是水泥水化过程中释放了大量的热量。于是，我们对于大体积混凝土应该选择低热或者中热的水泥品种。而水泥释放温度的大小及速度取决于水泥内矿物成分的不同。水泥矿物中发热速率最快和发热量最大的是铝酸三钙（C3A），其他成分依次为硅酸三钙（C3S）、硅酸二钙（C2S）和铁铝酸四钙（C4AF）。另外，水泥越细发热速率越快，但是不影响最终发热量。因此我们在大体积混凝土施工中应尽量使用矿渣硅酸盐水泥、火山灰水泥。我们应该充分利用混凝土的后期强度，以减少水泥的用量。因为大体积混凝土施工期限长，不可能28d向混凝土施加设计荷载，因此将试验混凝土标准强度的龄期向后推迟至56d是合理的。基于这一点，国内外很多专家均提出类似的建议。这样充分利用后期强度则可以每m3混凝土减少水泥40 Kg～70 Kg左右，混凝土内部的温度相应降低4℃～7℃。实际施工中，本工程采用了火山灰水泥，推迟和减少发热量，经测量，降低温升值20%～25%。

3.2，掺加外加料和外加剂

在大体积混凝土中掺入一定量的粉煤灰后，可以增加混凝土的密实度，提高抗渗能力，改善混凝土的工作度，降低最终收缩值，减少水泥用量。要降低大体积混凝土的水泥水化热引起的内部温升，防止结构出现温度裂缝，利用粉煤灰作混凝土的掺合料是最有效的方法之一。外加剂可以从以下几个方面来选择。UFA 膨胀剂，它可以等量替换水泥。并且是混凝土产生适度的膨胀。一方面保证混凝土的密实度，另一方面使混凝土内部产生压力，以抵消混凝土中产生的部分拉应力。减水缓凝剂，并应保证一定的坍落度。这样可以延缓水化热的峰值期并改善混凝土的和易性，降低水灰比以达到减少水化热的目的。本工程采用内加粉煤灰，减少了每m3水泥用量约50Kg。

3.3，大体积混凝土的骨料控制

在骨料的选择上应该选取粒径大强度高级配好的骨料。这样可以获得较小的空隙率及表面积，从而减少水泥的用量，降低水化热，减少干缩，减小了混凝土裂缝的开展。

3.4，优化大体积混凝土的设计

我们还是可以在裂缝易发生部位如转角处布置一些斜筋，从而让钢筋代替混凝土承担拉应力，这样可以有效的控制裂缝的发展。为了避免裂缝的出现，在设计中利用中低强度底水泥充分利用混凝土的后期强度。在工程结构设计中要特别注意降低结构的约束度。对于混凝土中钢筋保护层的厚度应当尽量取较小值，因为保护层的厚度愈大愈容易发生裂缝。

3.5，大体积混凝土的施工

混凝土施工包括混凝土的生产、运输、浇筑和温度及表面保护，是保护大体积混凝土温度裂缝的关键环节。而热应力的控制手段主要是控制混凝土的内外温差T：T＝Tp＋Tr－Tf式中：Tp ―起始浇筑温度；Tr ―水泥水化温升；Tf―天然或人工冷却后浇筑块的稳定温度。在温度较高的情况下进行施工，我们一定要注意降低混凝土浇筑时的温度。在混凝土的内部通入冷却循环水，采用循环法保温养护，以便加快混凝土内部的热量散发。混凝土表面应该覆盖一些织物进行保温、保湿养护，这样不但可以降低混凝土内外温差，防止表面产生裂缝，还可以防止混凝土骤然降温产生贯穿裂缝，并且还可以使水泥顺利水化，防止产生湿度裂缝。为了及时掌握混凝土内部温升与表面温度变化值，可以在混凝土内埋设一定量的测温点，从而可以更好的了解混凝土的温度变化情况，一旦内外温差超过允许25℃，好及时采取措施。如果是在冬季进行施工，因为要防止早期混凝土被冻问题，所以要求混凝土浇筑时应该具有较高的浇筑温度。但另一方面，正是由于天气寒冷，混凝土稳定温度一定较低，往往超过允许温差，不能防止混凝土裂缝要求。所以，混凝土浇筑温度在冬季施工时一般以5℃～10℃为宜。

本工程采用布设循环冷却管进行降温，采用直径50mm的普通薄壁铁管按一层布设，安装时要以钢筋骨架和支撑桁架固定牢靠，以防止混凝土浇注时水管变形及脱落而发生堵水或漏水，并做通水试验。冷却管在埋设和浇筑混凝土的过程中，接头部分应采用胶带纸缠裹，以防漏水，使用完毕后灌浆封孔，出露部分割除。冷却水管在该层开始浇注时即开始通水，在混凝土养护过程中应对冷却水进出口温差进行监控。冷却水的流量控制在1．2～1．5 m3／h，进出水口温差一般在15℃以内，当过大或过小应及时调整水温及流量。在通水冷却过程中，始终要注意冷却水的温度与混凝土内部的差值不能大于25℃，以防止水管周围产生温度裂缝。在混凝土浇筑完成40小时后开始循环水降温，记录进或出水孔口内的水温度。降温开始每隔4小时进行一次监控，循环水降温时间一般不超过20分钟。连续8小时在循环水降温前检测进或出水孔口内的水温度不超过40℃，且温度有下降趋势时，可停止循环水降温。

图1冷却管布置平面示意图

4、裂缝处理方案

对于混凝土裂缝，应以预防为主，为此需要精心设计、施工，但是由于目前采用的防止裂缝的安全系数较小，而实际情况有复杂多变，所以实际工程中还是难免出现一些裂缝。大体积混凝土的裂缝分为三种：表面裂缝、深层裂缝、贯穿裂缝。对于表面裂缝因为其对结构应力、耐久性和安全基本没有影响，一般不作处理。对深层裂缝和贯穿裂缝可以采取凿除裂缝，可以用风镐、风钻或人工将裂缝凿除，至看不见裂缝为止，凿槽断面为梯形再在上面浇筑混凝土。限裂钢筋，在处理较深的裂缝时，一般是在混凝土已充分冷却后，在裂缝上铺设1～2层的钢筋后再继续浇筑新混凝土。对比较严重的裂缝可以采取水泥灌浆和化学灌浆。水泥灌浆适用于裂缝宽度在0.5mm以上时，对于裂缝宽度小于0.5mm时应采取化学灌浆。化学灌浆材料一般使用环氧－糠醛丙酮系等浆材。经工程实践表明，本项目出现的裂缝均属于表面裂缝，不作处理。

5、结语

综上所述，虽然大体积混凝土很容易产生裂缝，但是大量的科学研究以及成功的工程实例都表明：只要我们在设计、施工工艺、材料选择以及后期的养护过程中能够充分考虑的各种因素的影响，还是完全可以避免危害结构的裂缝的产生。

参考文献

[1]《建筑材料》，中国建筑工业出版社，2002年版

[2] 大体积混凝土裂缝的原因与防治，老虎工程文摘，2006

[3]《大体积混凝土温度裂缝控制》，胡硕，西安建筑科技大学，2005

作者简介：陈亮，男，1982年12月出生，助理工程师，本科学历，2005年毕业于福州大学土木工程专业。

注：文章内所有公式及图表请以PDF形式查看。