大体积混凝土的温度裂缝及其控制技术探讨

何龙

【摘要】：控制大体积混凝土裂缝是一个比较复杂的问题, 必须从控制混凝土入模温度、控制温升、减少温差、改进施工操作工艺、改善结构约束条件等方面, 采取综合性的控制措施, 其重点是要消除或降低混凝土内外温差引起的温度应力。本文分析了大体积混凝土温度裂缝的形成原因，研究探讨了大体积混凝土温度裂缝的控制技术。

关键词：大体积；混凝土；温度裂缝；控制技术

中图分类号：TV544+.91 文献标识码： A 文章编号：

大体积混凝土结构工程的温度裂缝, 是一个带有普遍性且被工程界关注的问题。裂缝的存在和扩展往往缩短工程的使用寿命, 甚至危及结构的安全, 影响结构物的正常使用。对温度裂缝成因进行分析及采取有效措施进行预防和控制具有重要的意义。

一、大体积混凝土温度裂缝的形成原因

大体积混凝土温度裂缝的形成，主要是因为水泥水化产生大量水化热，且大体积混凝土散热面积较小，致使热量积聚在混凝土的内部，受外部气温的影响，混凝土中形成了较大的温差，温差使混凝土产生变形，受内部约束及外部约束的影响，混凝土中产生拉应力，当拉应力超过混凝土的抗拉强度后就会形成裂缝。

1、水泥的水化热是混凝土开裂的主要内因

水泥在水化时的热量释放率大约在502.42J/g 左右.由于品种的不同而上下变动,大体积混凝土在浇注后，大量的水化热积聚在混凝土的内部;由于混凝土是热的不良导体，聚集在混凝土内部的热量很难散发出去，导致混凝土内部温度的显著升高。在水利工程的大体积混凝土中，其绝热温升可以达到10℃～40℃，在有些非水利工程中可能更高。

大体积混凝土内部的最高温度多发生在混凝土浇筑后的最初3～5ｄ，峰值为60℃～65℃，有的甚至高达80℃。较大的温度变化和差异使混凝土产生温度变形，由于混凝土中骨料和水泥砂浆热膨胀系数的不同，就会在骨料和水泥砂浆之间产生温度应力。根据弹塑性力学可知，骨料和砂浆的最大应力发生在二者之间的界面上，由于骨料与水泥砂浆之间的界面是大体积混凝土中最薄弱的环节，因此当温度应力超过混凝土界面的抗拉强度时，界面就会出现微裂纹。

2、约束导致混凝土的开裂

大体积混凝土的约束主要可以分为内部约束和外部约束两种。内部约束主要是在大体积混凝土温升的过程中形成，产生温升裂缝；外部约束主要是在温降的过程中形成，产生温降裂缝。

（1）温升裂缝的形成机理

混凝土浇筑初期，大量的水泥水化热使混凝土的温度上升较快，由于混凝土表面和内部的散热条件不同，表面散热条件较好，热量散发较快，内部散热条件较差，热量散发很慢，形成了较大的内外温差,当内外温差超过25℃时，就会在混凝土的表面产生较大拉应力，而形成表面温度裂缝。

（2）温降裂缝的形成机理

混凝土浇筑后的一段时间，水泥的水化热基本释放完毕，混凝土产生降温，温降引起变形加上混凝土的收缩变形，受到地基、老混凝土和其他结构边界条件的约束，不能产生自由变形而产生拉应力，当此拉应力超过混凝土的抗拉强度时，混凝土就会开裂，形成温度裂缝。（3）外界气温的变化导致裂缝的产生

外界气温与混凝土的浇筑温度有着直接关系，当外界温度高于混凝土拌合物的温度时，混凝土内部的热量不容易散发，混凝土容易开裂；当外界气温较低，特别是气温发生骤降时，会加大混凝土的温度梯度，温差加大，温度应力增大，大体积混凝土容易出现温度裂缝。

二、大体积混凝土温度裂缝的控制技术

1、设计方面的防裂措施

（1）合理分缝分块

大面积、大体积混凝土结构的高低错落处及结构交接处是最容易出现裂缝的部位,应通过增加构造钢筋对这些部位进行加强。

（2）在大面积混凝土中, 外墙板是抗渗抗裂的薄弱环节, 应在这些部位适当减小水平构造筋的直径增大钢筋的配筋率和配筋密度, 从而提高混凝土的极限拉伸强度; 在底板结构收缩应力较大或分段的部位, 可设置混凝土“膨胀带”以增加混凝土的预应力。

（3）为预防温度裂缝的产生, 大体积混凝土宜进用水化速度稍慢、凝结时间稍长、后期强度较高的水泥品种。其强度设计以控制后期强度满足要求为好, 故可将标准强度由28d延长至60d。

( 4)注重混凝土的配合比设计。A、尽量选用铝酸三钙含量小的中、低水化热和凝结时间长的水泥来配制混凝土.B、尽量使用粒径较大、级配良好的自然连续级配的粗骨料和中粗砂, 掺加粉煤灰等掺合料和相应的减水剂, 以改善和易性, 降低水灰比, 减少用水量和水泥用量, 降低水化热量。C、在厚大和无筋或稀筋的大体积混凝土中, 掺加20% 以下的块石吸热, 并节省混凝土用量。

2、材料方面的考虑

（1）夏季进行施工时, 须严格控制混凝土的入模温度。

（2）适当掺加掺合料,改善混凝土拌合物的流动性、粘聚性和保水性和后期强度等。

（3）选用低水化热水泥, 尽量降低混凝土中的水泥用量, 以降低混凝土的温升, 提高混凝土硬化前后的体积稳定性。

（4）通过试验选择合理的砂、石级配, 并严格控制砂、石中的含泥量。

3、施工方面的预防措施

（1）大体积混凝土裂缝主要是由于混凝土体积大、大量的水化热储存于体内不易散失、由内外温差产生的温度应力引起的。因此, 必须严格控制混凝土的内外温差在25℃以内。

（2）严格控制混凝土的浇注速度, 一次性浇注的混凝土不可过高、过厚, 以保证混凝土温度均匀上升。

（3）分层浇捣, 逐步推进, 防止振捣过程中出现漏振, 并要严格控制振捣的时间及插入深度,力求采用泵送商品混凝土一次浇注成型。

（4）合理安排施工工序, 遵循“同时浇捣、分层推进、一次到位、循序渐进”的成熟工艺, 薄层浇捣, 均匀上升, 以利于散热。要重点把握好混凝土流淌的最近点和最远点等边缘部位，不能漏振。

（5）高频振动棒应尽量垂直插入, 快插慢拔, 插点交错,均匀布置。在振捣上一层混凝土时, 应深入下一层约5cm,以消除层间的接缝。振捣时间以表面基本水平并出现水泥浆, 混凝土不再冒气泡、不再明显沉落为度。

（6）采用二次振捣技术, 在浇筑混凝土凝结前的适当时间内进行二次振捣, 以增加混凝土的密实度, 减少混凝土内部的微裂纹, 提高混凝土的强度和抗渗性能。

（7）当混凝土长度超过规范的最大间距时, 不采用分段设缝的处理方法, 而是在混凝土中掺入一定量的微膨胀剂,通过混凝土的微膨胀使其在结构中建立预应力场, 以抵消或减少因混凝土干缩和温度变形而引起的拉应力。

（8）在混凝土浇注后的12h左右, 开始对混凝土表面进行二次压光, 以减少收缩变形所引起的表面裂缝。

4、养护方面的防裂措施

( 1) 混凝土的养护时间根据水泥的品种而定, 一般来讲, 普通水泥的养护时间为14 d, 矿渣水泥、粉煤灰水泥、火山灰水泥、大坝水泥、复合水泥及掺加掺和料后的混凝土的养护时间为21 d。

( 2) 不同施工季节应选择不同的混凝土养护方法。夏季施工时, 要采用草帘覆盖、蓄水、洒水、喷水等降温方法进行养护; 正常气温时, 可喷刷养生液养护; 冬季施工时, 可使用保温材料来提高混凝土的表面温度, 也可用薄膜养生液、塑料薄膜等封闭料对混凝土保温、保湿。

总之，大体积混凝土结构温度裂缝控制是一个系统工程, 在工程实践当中要根据具体的要求进行控制, 不可盲目地严格要求从而带来大量的浪费。同时, 要从设计、施工、材料选择等方面综合采取措施, 来控制裂缝的产生和开展, 只有这样才能取得预期的效果。

参考文献：

[1] 孔玉琴.探析钢筋混凝土裂缝的成因及预防措施[J]. 山西建筑. 2012(22)

[2] 张君宁.浅谈钻芯法检测混凝土强度的注意事项[J]. 广东建材. 2012(07)