浅析大体积混凝土温度裂缝的原因及防治措施

金满喜

摘要：大体积混凝土施工中，温度裂缝是施工控制的重点，温度裂缝影响到结构的整体性和耐久性。就大体积混凝土施工中温度裂缝的原因及预防措施分析介绍。关键词：大体积混凝土；温度裂缝；原因；防治措施 1 裂缝产生原因 建筑工程中的大体积混凝土结构中，由于结构截面大，水泥用量多，水泥水化所释放的水化热会产生较大的温度变化和收缩作用，由此形成的温度收缩应力是导致大体积混凝土产生裂缝的主要原因。表面裂缝是由于混凝土表面和内部的散热条件不同，温度外低内高，形成了温度梯度，使混凝土内部产生压应力，表面产生拉应力，表面拉应力超过混凝土抗拉强度而引起的；通裂缝是由于大体积混凝土在强度发展到一定程度，混凝土逐渐降温，这个降温差引起的变形加上混凝土失水引起的体积收缩变形，受到地基和其他结构边界条件的约束时引起的拉应力，超过混凝土抗拉强度时所可能产生的贯通整个截面的裂缝。这两种裂缝不同程度上，都属有害裂缝。因此，掌握温度应力的变化规律及温度控制对于进行大体积混凝土施工极为重要。 1.1 混凝土在水泥水化过程中释放出大量的水化热，内部温度不断上升，在表面引起拉应力；后期在降温过程中，由于受到基极及模板或原混凝土的约束，又会在混凝土内部产生拉应力，当这些拉应力超过此时混凝土的抗裂强度时，即会在最薄弱处出现裂缝。 1.2 许多结构混凝土内部湿度变化很小或变化缓慢，但在表面湿度变化较大或产生剧烈变化，如干燥炎热，养护不当时干时湿，风力大干燥收缩变形受到内部混凝土的约束，也導致裂缝。 1.3 混凝土是属于脆性材料，抗压强度高而抗拉强度低，抗拉强度只是抗压强度的1/10左右。由于原材料不均匀，水灰比不稳定，以及运输和浇筑过程中的离析，在同一块混凝土中其抗拉强度是不均匀的，存在许多抗拉强度低容易出现裂缝的薄弱部位。 1.4 在钢筋混凝土中，拉应力主要是由钢筋来承担，混凝土只是承受压应力，在无筋混凝土内或钢筋混凝土边缘部位，如果出现了拉应力，则需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的最高温度冷却到运输时间的稳定温度，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外荷载所引起的应力，因此控制温度应力的变化规律对于进行合理的结构设计施工极其重要。 2 温度应力及预防 2.1 应力的形成过程 温度应力的形成早期，自浇筑混凝土开始至水泥放热基本结束，一般按28d，这个阶段有两个特征，一是水泥释放出大量水化热，二是混凝土的弹性模量发生急剧变化。由于弹性模量的快速变化，这一时期在混凝土内部形成残余应力；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，这个阶段中，温度应力主要是由于混凝土的冷却及外界气候变化所引起，这些应力与早期形成的残余应力相叠加，在此期间混凝土的弹性模量变化并不明显；在晚期，混凝土完全冷却以后的使用时期，温度应力主要是由外界气候变化所引起，这些应力与早，中期的两种残余应力相叠加。 2.2 应力引起的原因 边界上没有任何约束或完全静止的结构，如果内部温度是非线性分布的，由于结构本身互相约束而出现的温度应力。例结构基础尺寸相对大，混凝土冷却时表面温度降低快，内部温度降低慢却高，在表面则出现拉应力，中间则出现压应力。结构体的全部或部分边界受到外界的约束，不能自由变形而引起的应力。在许多情况下，需要依靠模型试验或数值计算，混凝土的徐变使温度应力有相当大的松弛。 3 防治温度裂缝措施 为了有效地控制有害裂缝的出现和发展，必须从控制混凝土的水化升温、延缓降温速率、减小混凝土收缩、提高混凝土的极限拉伸强度、改善约束条件等方面全面考虑，结合实际采取相应措施。

3.1降低水泥水化热和变形

1、选用低水化热的水泥品种配制混凝土，如矿渣硅酸盐水泥、火山灰质硅酸盐水泥、粉煤灰水泥、复合水泥等。

2、充分利用混凝土的后期强度，减少每立方米混凝土中水泥用量。

3、使用粗骨料，尽量选用粒径较大、级配良好的粗细骨料；控制砂石含泥量。

4、在混凝土内部预埋冷却水管，能入循环冷却水，强制降低混凝土水化热温度。

5、允许设置后浇缝时，合理地设置后浇缝。大体积混凝土平面尺寸过大时，可以适当设置后浇缝，以减小外应力和温度应力；同时也有利于散热，降低混凝土的内部温度。

3.2降低混凝土温度差

选择较适宜的气温浇筑大体积混凝土，尽量避开炎热天气浇筑混凝土。夏季可采用低温水或冰水搅拌混凝土，可对骨料喷冷水雾或冷气进行预冷，或对骨料进行覆盖或设置遮阳装置避免日光直晒，以降低混凝土拌合物的入模温度。

3.3加强施工中的温度控制

1、在混凝土浇筑之后，做好混凝土的保温保湿养护，缓缓降温，充分发挥徐变特性，减低温度应力，夏季应注意避免曝晒，注意保湿，冬期应采取措施保温覆盖，以免发生急剧的温度梯度发生。

2、采取长时间“应力松弛效应”。

3、加强测温和温度监测与管理，采取信息化控制，随时控制混凝土内的温度变化，内外温差控制在25度以内，基面温差和基底面温差均控制在20度以内，及时调整保温及养护措施，使混凝土的温度梯度和湿度不至过大，以有效控制有害裂缝的出现。

3.4提高混凝土的极限拉伸强度

1、选择良好级配的粗骨料，严格控制其含泥量，加强混凝土的振捣，提高混凝土密实度和抗拉强度，减小收缩变形，保证施工质量。

2、采取二次投料法，二次振捣法，浇筑后及时排除表面积水，加强早期养护，提高混凝土早期或相应龄期的抗拉强度和弹性模量。

3.5外加剂的使用

使用外加剂也是控制温度裂缝的重要措施之一，许多外加剂都有缓凝、增加和易性、改善塑性的功能，外加剂的正确合理使用，比单纯地靠改善外部条件，可能会更加简捷、经济。

1、水灰比是影响混凝土收缩的重要因素，使用减水防裂剂可使混凝土用水量减少25%。

2、水泥用量也是混凝土收缩率的重要因素，掺加减水防裂剂的混凝土在保持混凝土强度的条件下可减少15%的水泥用量，其体积用增加骨料用量来补充。

3、减水防裂剂可以改善水泥浆的稠度，减少混凝土泌水，减少沉缩变形。提高水泥浆与骨料的黏结力，提高的混凝土抗裂性能。

4、混凝土在收缩时受到约束产生拉应力，当拉应力大于混凝土抗拉强度时裂缝就会产生。减水防裂剂可有效地提高混凝土抗拉强度，大幅提高混凝土的抗裂性能。

5、掺加外加剂可使混凝土密实性好，可有效地提高混凝土的抗碳化性，减少碳化收缩。

6、掺减水防裂剂后混凝土缓凝时间适当，在有效防止水泥迅速水化放热基础上，避免因水泥长期不凝而带来的塑性收缩增加。

7、掺外加剂混凝土和易性好，表面易抹平，形成微膜，减少水分蒸发，减少干燥收缩。 总之，大体积混凝土温度裂缝问题是可以通过规范施工得到控制的，在施工过程中，必须严把质量关，各个环节严格按照相关的要求进行操作，同时在施工实践中要善于总结经验，不断更新施工工艺，不断提高施工技术水平，结合多种预防处理措施，大体积混凝土的温度裂缝是完全可以避免的。

参考文献[1]张林峰.建筑施工技术.北京：高等教育出版社，2002.[2]李丽华.建筑钢结构技术.北京：机械工业出版社，2004.