大体积混凝土温度裂缝产生机理分析与抗裂控制新对策

王友辉

摘 要：在分析和研究大体积混凝土的温度裂缝的形成要素基础上，总结出控制大体积混凝土的温度裂缝的产生对策，进而有效处理大体积混凝土的温度裂缝问题。

关键词：大体积混凝土 温度裂缝 优化结构

中图分类号：TV331 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2015）02（b）-0086-02

在社会经济快速发展形势下，国内建筑工程项目的施工技术得到明显提高，其中大体积混凝土的施工技术已被普遍运用。大体积混凝土通常为结构断面的最小尺寸要在80cm之上，而且水化热引发混凝土出现的最高温度及环境温度之间的差值要超出25摄氏度的混凝土。从大体积混凝土有观念结构方面而言，为了可以满足工艺及构造的需求，通常情况下截面的尺寸比较大，同时对强度的设计有着具体的规定，可是对于裂缝与控制要求相对较少。因此，对大体积混凝土的温度裂缝产生进行有效控制是一个重要的课题。

1 大体积混凝土的温度裂缝产生的机理分析

大体积混凝土在进行施工时常常会出现温度裂缝。通常情况下，造成大体积混凝土出现裂缝的原因有三种，第一种是在外荷载形成的直接应力，也就是依据常规所设计的应力造成的裂缝；第二种是在外荷载的 直接作用下，产生的结构次应力造成大体积混凝土出现裂缝；第三种是因为变形引发的大体积混凝土裂缝，也就是结构因为温度和收缩等原因引发的裂缝。本文主要对温度裂缝产生的机理进行分析。

1.1 表面裂缝形成的机理分析

大体积混凝土会在温度的升高及降低过程中出现体积膨胀与收缩现象，人们将其称之为温度的变形。因为大体积混凝土中结构的截面相对较大，所用的水泥量比较多，在浇筑过后水泥灰释放许多水化热，导致混凝土的温度急速升高[1]。因为大体积混凝土的导热性能相对较差，体积又比较大，散热效果不良。对此，大体积混凝土的内部水化热就会集聚不散，而外部的散热效果较好，不管是升温和升压都会形成拉应力。如果温度梯度到达某些程度，这时表面的拉应力就会超出大体积混凝土中极限抗拉的强度，当拉力超出混凝土承受力的时候，大体积混凝土就会出现裂缝。 下图1

1.2 贯穿裂缝产生的机理分析

在水泥的水化反应结束和大体积混凝土逐渐散热过后，大体积混凝土就会由原来的升温使其转变到降温时期。在温度降低情况下，混凝土的体积就会收缩。因为大体积混凝土的内部热量通常是有表面释放出去，而降温时期大体积混凝土的温度主要分布特点就是中心的温度比较高，而标明的温度相对比较低，对此，大体积混凝土的中心部分和表面部分出现的冷却程度存在较大差异，这时在混凝土的内部就会形成比较大的内约束。另外，地基与边界条件对大体积混凝土也会形成较大的外约束。而内约束力的主要作用就是使收缩的大体积混凝土形成拉应力[2]。在大体积混凝土的龄期增长情况下，弹性模量就会提升。对此，降温收缩形成的应力相对较大，进而导致大体积混凝土出现贯穿裂缝。由此可知，大体积混凝土形成温度裂缝主要由内部矛盾造成的。

2 控制温度裂缝的施工技术

2.1 优化结构设计

首先，合理配筋，防止应力集中。尽管钢筋要在大体积混凝土的结构中承受抗拉应力，可是因为通常情况下大体积混凝土的结构中配筋率相对较小。而科学、合理的配筋能够在一定程度上降低大体积混凝土裂缝进一步严重。另外，孔洞的周围和转角位置，比较容易因为应力集中形成裂缝，对此在薄弱的位置要加大钢筋用量，这样能够有效防止裂缝的产生。在结构的设计过程中构造配筋非常重要，其对结构的抗裂影响较大，对此在设计时一定要加强，例如选择上、下两层的连续方式进行配筋等。其次，科学、合理选取大体积混凝土的结构方式及强度等级。为了可以防止裂缝的产生，要在梁板的设计过程中选择中低档的混凝土等级，但是要在后期加大强度。另外，工程项目结构设计时要格外注重混合结构有关约束状态，尽量减小结构约束度。

2.2 砂、石垫层

对于存在一定承载能力的地基，可以在上面设置80cm厚度的卵石层，然后在卵石层的上面设置一层厚度为20cm的砂垫层[3]。而大体积混凝土可以布置于砂垫层的上面。其中卵石层和砂垫层就是具有弹性的滑动形式的垫层，此种垫层不仅可以处理滑动问题，还可以再大体积混凝土的底部作为褥垫层。如果出现地震时，还会起到结构的隔震作用。然而传统的施工方法就是在垫层上面设置油毡或是涂一层沥青胶，在现实运用中难以发挥作用，因为大体积混凝土中荷载相对较大，如果出现滑动，就会造成油毡或是沥青隆起，无法起到滑动的作用，砂、石垫层结构如图2所示。

2.3 骨料的选取和配合比

骨料在大体积混凝土中热血性能和热膨胀等方面发挥着重要作用。通常情况下，密度较高和吸水率较低的骨料具备较小的收缩性。如果W/C不发生变化时，骨料运用的越多，粒径就会越大，而水泥的用量就相对较少，这时大体积混凝土的绝热温升较低。要想合理处理大体积混凝土的水化热问题，最主要的就是尽量较少水泥的用量，可是减少水泥用量又无法确保混凝土的强度，对此选取合理的骨料十分重要[4]。经过多年的实践，混凝土可以选取正长岩的人工骨料，其抗压强度可以达到180MPa，吸水率是0.42%。该种骨料因为强度相对较大，用于大体积的混凝土中，可以在一定程度上降低水泥的用量，同时还可以确保大体积混凝土的强度。除此之外，如果水灰比W/C为出现变化时，可以选取骨料粒径相对较大的，这样可以在一定程度上降低混凝土的绝热温升。

3 结语

大体积混凝土产生温度裂缝是比较常见的问题。而混凝土裂缝的存在及扩展常常会在一定程度上减低运用年限，严重的时候甚至影响到结构的安全，无法正常运用。通过长时期的实践，在大体积混凝土施工过程中可以改进约束条件和科学、合理配置钢筋以及优化配合比的设计等，从而有效控制大体积混凝土温度裂缝的产生，确保工程项目的整体施工质量。

参考文献

[1] 戴会超，王建.国内外水利水电工程混凝土裂缝及其防治技术研究[M].郑州：黄河水利出版社，2011.

[2] 冯乃谦，顾晴霞，郝挺宇.混凝土结构的裂缝与对策[M].北京：机械工业出版社，2012.

[3] 彭立海.大体积混凝土温控与防裂[M].郑州：黄河水利出版社，2011.

[4] 王可，刘书贤.大体积混凝土温度裂缝原因及控制措施[J].山西建筑，2013，34（9）：162-163.