冬施混凝土温度变化及裂缝控制措施

张日升

(北京联东投资集团有限公司，北京 101111)

1 冬季施工温度裂缝产生的原因

混凝土内部温度是由浇筑温度和散热温度、水泥水化热温度共同组成的，其中浇筑温度是混凝土拌合物出机后经运输、卸料、泵送、浇筑、振捣等工序后的温度。混凝土的浇筑温度与外界气温的高低有关系，当外界气温高于混凝土拌合物温度时，混凝土内部热量不易散失，内部温度高容易引起混凝土开裂;反之，当外界气温较低，尤其是北方冬季环境气温更低，混凝土表面散热速率加快，容易在混凝土内部和表面之间形成很陡的温度梯度，从而导致混凝土表面与内部形成的温度裂缝，此种裂缝一般产生在混凝土浇筑后的升温阶段。另一方面，混凝土浇筑一段时间后，混凝土的温度会逐渐下降，内部多余水分蒸发，导致混凝土收缩变形开裂。水泥水化热引起的温度应力和温度变形是大体积混凝土产生裂缝的主要原因，据有关资料介绍，水泥水化过程中释放的热量约为502.42 J/g，随着水泥水化反应的结束以及混凝土的不断散热，大体积混凝土由升温阶段过渡到降温阶段，由于混凝土内部热量是通过表面向外散热的，在降温阶段，混凝土温度场的分布仍是中心温度高，表面温度低的状态，因此内部混凝土产生较大的内约束，地基和边界条件也对收缩的混凝土产生较大的约束，所以降温收缩，在混凝土中形成了较大的拉应力，当这种拉应力超过混凝土的抗拉强度时就会产生混凝土裂缝。

2 冬季施工裂缝控制

裂缝控制的主要方法是通过设计、施工、材料等方面综合技术措施将裂缝控制在无害范围内，优选有利于抗拉性能的混凝土级配，尽力减小水灰比、减少坍落度、降低砂率、增加骨料粒径、降低含泥量及杂质含量，选用影响收缩和水化热较小的外加剂和掺合料，采取保温保湿的养护技术，对于超长结构可采取后浇带方法施工，复杂的结构难免会出现少量裂缝影响正常使用和耐久性，少量有害裂缝采用近代化学灌浆技术处理，满足设计使用和耐久性要求。但由于混凝土本身的特性，温度裂缝是不可避免的，但是我们可以采取相应的措施来控制有害裂缝的出现。

做好混凝土的保温保湿养护工作是防止大体积混凝土开裂的关键，要使混凝土缓缓降温，充分发挥其徐变特性，减小温度应力，减小内外温差，为混凝土创造完全应力松弛的条件，这对增加早期强度和减少收缩是十分有利的。在混凝土浇筑完成后，立即在混凝土的表面覆盖塑料薄膜，使混凝土内蒸发的游离水积在混凝土表面进行保湿养护，薄膜上再盖一层草帘子，防止产生急剧的温度梯度，并应随混凝土内部温度的升高，逐渐提高养护温度，在整个养护过程中要密切关注混凝土温度变化，随时调节养护温度，严格控制降温速率在0.9℃/h～1.5℃/h，保证大体积混凝土的内在质量。

3 冬季施工大体积混凝土测温实例

如航天院8102工程169号建筑物，总建筑面积29 000 m2，框架剪力墙结构，局部钢结构，基础类型为筏板基础。其中筏板厚度1 500 mm，混凝土共计6 000 m3，为大体积混凝土工程。根据大体积混凝土的设计规范及相关要求需进行大体积混凝土的测温工作，筏板基础大体积混凝土浇筑时室外环境低于5℃，为切实反映大体积混凝土内部温度变化情况，要求加强混凝土内外温度测温记录，以保证大体积混凝土施工质量，测温工作采用山东环宇公司生产的一线通电子测温仪器(见图1～图3)。

图1 基础底板大体积混凝土测温点平面布置图

根据筏板基础的施工流水段划分布置测温点(截取部分流水段图)，本工程测温点共布置24个，每流水段设置4个测温点，每个测温点处设置3个测温探头，位置分别为:上层测温点应在混凝土表面下100 mm处设置，下层测温点应在基底往上100mm处设置，中间测温点沿高度方向1/2处等分设置。

当基础钢筋验收时，可开始进行布点施工，用一根φ14钢筋，其长度高出基础表面500mm，将温度传感器采用胶布固定于钢筋上，然后与底板钢筋网绑扎牢。

整个测温记录反映(见表1)。

1)内部温度:内部温度上升最快平均每2 h升温0.9℃，3 d后达到最大值54.6℃，之后开始下降，下降速度较缓慢，从整个升温过程反映，该工程大体积混凝土基础表面温度与内部温度差始终维持在25℃以内，满足施工规范要求。

图3 大体积混凝土测温实物图

表1 测温记录表

2)表层温度:表层温度变化趋势与内部温度基本一致，但受环境气温不同的影响，升温速度较快。入模温度、浇筑速度和单位体积混凝土用水量对升温速度影响较大。升温期间，平均0.21 ℃ /2 h，其中降温过程，平均0.15 ℃ /2 h。

3)内外温差:内外温差变化趋势大致与内部温度相同，但受环境温度影响，局部温差变化趋势相反，温差在前期上升较快，在2 d达到最大值为10.9℃，浇筑完成7 d内，温差在10℃以下范围波动，受天气影响，在第9天，内外温差低于0℃。

通过对图4的分析，可以得出如下结论:1)在降温过程中，各测点混凝土的内外温差始终都没有超过25℃，说明所采取的施工及保温养护措施达到了温度控制要求和裂缝控制的目的。2)到后期时，混凝土中部温度低于上部温度1℃～2℃，原因在于到后期时，中部混凝土向外部散热比较容易，而上部混凝土采用一层塑料布保水，上盖一层60 mm厚聚苯保温板，起到了一定的保温作用，由此使得上部温度比中部温度还高。3)测点的中部和下部温度曲线变化都很平缓，上部温度波动也不大，说明混凝土养护工作做的很好。

图4 大体积混凝土温度变化曲线

4 大体积混凝土施工总结

影响混凝土裂缝的因素相当复杂，本文也只是关注了一个能量化的过程，如水泥品种及用量、混凝土入模温度、环境温度、施工方案、配筋率、几何尺寸等等。所以要控制大体积混凝土由于温升产生裂缝是其结构施工中最常见，也是较难解决的问题之一，但是我们应该明白裂缝的出现不仅会降低建筑物的抗渗能力，影响建筑物的使用功能，而且会引起钢筋的锈蚀，混凝土的碳化，降低材料的耐久性，缩短建筑物的正常寿命。所以我们要进行理论和实践上的进一步探讨，虽然学术界对于混凝土裂缝的成因和计算方法有不同的理论，但对于具体的预防和改善措施意见还是比较统一，同时在实践中的应用效果也是比较好的，具体施工中要靠我们多观察、多比较，出现问题后多分析、多总结，结合多种预防处理措施，混凝土的裂缝是完全可以避免的。

［1］ 杨爱霞，李 强.混凝土结构冬季施工和温度控制技术［J］.科技创新导报，2008(5):17-19.

［2］ 何文胜.冬季施工钢筋混凝土质量的保证措施［J］.山西建筑，2012，38(14):102.

［3］ GB 50108-2001，地下防水技术规范工程［S］.

［4］ 《建筑施工手册》第三版编写组.建筑施工手册［M］.第2版.北京:中国建筑工业出版社，1999.

［5］ 马振新.大体积混凝土裂缝产生的原因分析与裂缝防治措施［J］.甘肃科技纵横，2005(6):20-22.