论文部分内容阅读
［摘 要］分析了大体积混凝土温度裂缝的形成原因，总结了温度裂缝的综合防治措施
关键词 大体积混凝土 水化热 温度裂缝 防治
前 言
随着经济发展及改革开放的深入，我国基础设施投资力度不断加大，大跨径桥梁及高层建筑物大量涌现，大体积混凝土在工程中的使用也越来越广泛，同时面临的问题也随之增加，特别是大体积混凝土的开裂问题尤为显著。对于大体积混凝土结构来说，因其结构截面尺寸较大，如果温度控制措施不当，极易出现温度裂缝，进而影响结构安全和正常使用，严重的还会造成重大质量事故。所以在实践中遇有大体积混凝土结构结构时，在工艺、技术等方面应给予足够的重视，尤其对温度裂缝的控制要有切实可行的专项施工方案和详细的作业指导书，遇到问题及时解决，以确保结构工程质量。因对此方面实验研究工作的深度有限，本文仅就工程实践中大体积混凝土温度裂缝的产生及控制措施等方面的一些问题作粗浅的分析探讨，希望能对大体积混凝土温度裂缝的预防和控制起到有益的作用。
温度裂缝产生的主要原因
1.1 由于大型尺寸的构筑物断面较厚，表面系数相对较小，当混凝土结构硬化时，水泥在水化过程中释放出大量的水化热，这些热量在结构内部不易散发，致使内部温度不断上升，而此时与空气接触的外层混凝土散热较快，这样形成较大的内外温差，内部升温产生压应力，外表面产生拉应力，当拉应力超过混凝土能承受的抗拉强度时，即会出现温度裂缝。
1.2在混凝土凝结过程，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，混凝土体积开始收缩，降温阶段混凝土温度的分布仍旧是中心温度高，表面温度低，致使混凝土中心部分与表面部分的冷却程度差异加大，收缩变形随之加大，若大体积混凝土浇筑在约束地基上，结构的外部约束和混凝土各质点间的约束阻止混凝土收缩变形，接触处将产生很大的拉应力，当拉应力超过混凝土的极限抗拉强度时，与约束接触处会产生裂缝，这种裂缝可能会贯穿整个混凝土块体，甚至会破坏结构的整体性和稳定性。
1.3 施工期间外界气温的突变也是引起混凝土结构产生温度裂缝的常见原因。气温陡降会导致混凝土表面温度突然下降，短时间内产生很大的温度应力，应力松弛影响较小，极易形成大体积混凝土的开裂。
2 温度裂缝防治的综合措施
2.1降低水化热引起的温升。
大体积混凝土从浇筑完毕至t天内部绝热升温的温度T(t) =(1-e-mt)，式中W为每立方混凝土中水泥用量（kg/m3）；Q为每千克水泥最终水化热量(J/kg)；c为混凝土比热，一般取0.96J/(kg·℃)；ρ为混凝土的质量密度(2400kg/m3);m为水泥水化热特征系数（0.2～0.5）。由此可知要降低水化热引起的温升，首先是降低W及Q的值，即优选原材料品种、控制水泥用量。主要措施如下：
2.1.1首先在用料上选用水化热较低的水泥，因水泥水化热主要来自水泥矿物组合中的C3S和C3A，要降低水化热，应优先考虑采用C3S和C3A含量较低的水泥。如大坝水泥、矿渣水泥、粉煤灰水泥等；
2.1.2其次可以通过添加高效减水剂来减少混凝土配合比中水泥的用量，由于高效减水剂有较高的减水率，除通过大幅度降低水胶比，提高强度外，还可以通过高效减水剂，在保证同基准混凝土有相同工作性强度，满足施工需要的前提下，较大幅度的降低水泥用量，进而降低水化热，同时相关研究还证明，高效减少剂还可减少水泥石的自身收缩，提高弹模，减少水泥用量的同时还可获得减少冷缩和干缩的双重功效，从而降低大体积混凝土的拉应力，以减少裂缝的发生；
2.1.3第三较大体积的混凝土墩台及其基础浇筑时可以在混凝土中抛入适量块石，既吸收部分热量又能节省水泥用量，进而减少水化热引起的温升，但块石的埋设要符合下列规定：①块石的厚度不小于150mm，数量不宜超过混凝土结构体积的25%。②块石应无裂纹、无夹层、具有抗冻性且未被火烧过。③块石抗压强度不应低于30MP及混凝土的强度。④块石需清洁干净，应在捣实的混凝土中埋入一半左右。⑤块石应分布均匀，净距不小于100mm，距结构两侧和顶面的净距不小于150mm，块石不得接触钢筋和预埋件。⑥受拉区混凝土或气温低于0℃时，不得埋放块石；
2.1.4第四选择级配良好的骨料。骨料在大体积混凝土中所占比例一般约为混凝土绝对体积的80%，因此在选择骨料时，应选择线膨胀系数小、岩石弹模较低、表面清洁无弱包裹层、级配良好的骨料。
2.2 加快混凝土内热量散失。
2.2.1分块分层法浇筑。当大体积混凝土平截面过大，不能在前层混凝土初凝或能重塑前浇筑完成次层混凝土时，采取平面分块、竖向分层法，同时控制浇筑层厚度和进度是加快混凝土内热量散失的有效方法。但分块要符合以下规定：①分块布置要合理，各分块平均面积不宜小于50m2 。②每块高度不宜超过2m。③块与块的竖向接缝面应与基础平截面短边平行，与平截面长边垂直。④上下临层混凝土间的竖向接缝，应错开位置做成企口，并按施工缝处理。
2.2.2 通水冷却。浇筑前，在每层混凝土内合理布置冷却水管，混凝土浇筑后即进行一期冷却，使混凝土内部最高温度不超过最高限值，内外温差不超过设计规定，无规定时不超过25℃，在全部混凝土浇筑完成后，即进行二期冷却至最终温度。同时在混凝土内部合理布置测温点，埋设测温传感器，及时通过测温点监测温度，掌握混凝土内部各测点的温度变化，以便及时调整冷却水流量，控制温差。冷却水管宜采用铁皮管，管径根据散热量需求来确定，按照冷却水由较热中心区流向边缘的原则，进水管口应设在靠近混凝土中心处，出水管口设在混凝土边区处，进出水管口均引出混凝土顶面以上。每层水管的垂直进出水口要互相错开，水管安装时需与钢筋骨架固定牢靠，以防混凝土浇筑时水管变形及脱落发生堵水或漏水现象， 冷却水管使用完毕需压注水泥浆封闭。大量工程实践表明，合理布置内部冷却水管，通过循环冷却水带走混凝土内部热量，可有效降低大体积混凝土的内部温度。
2.3 降低混凝土入仓温度。
2.3.1混凝土用料要遮盖，避免日光暴晒，防治砂、石及水的温度升高，水泥罐用浅色，水泥提前进场降温，骨料拌合前用水冲洗降温，并用冷却水搅拌混凝土，以降低入仓温度。根据资料统计，仅石子温度每降低1℃，混凝土拌合温度即可降低0.6℃。
2.3.2施工时间上尽可能避开高温高寒季節，夏季浇筑应在一天中气温较低时进行，晴天时夜间浇筑，阴天时视气温情况而定，混凝土浇筑温度不宜超过28℃，同时准确掌握混凝土的用量，合理安排施工流程和机械配置，减少混凝土的运输时间和输送距离，从而减少混凝土运输时吸收外界热量。
2.4应对环境温度陡降。
为避免寒潮来临、冷空气影响等天气骤变引起温度陡降对大体积混凝土结构的影响，施工时要密切注意天气变化情况，做好充分准备，及时采取保护措施，夏季宜选用蓄水养护，秋冬季节可适当选用混凝土保温材料覆盖，尽可能延长拆模时间，保证拆模时结构块体中部和表面温差不大于20℃，基础混凝土拆模后要及时回填，以确保混凝土结构的质量。
2.5 加强表面养护。
2.5.1为了确保新浇筑的混凝土有适宜的硬化条件，防止在早期由于干缩而产生裂缝，大体积混凝土浇筑完毕后，应在12h内加以覆盖和浇水。普通硅酸盐水泥拌制的混凝土养护时间不得少于14d；矿渣水泥、火山灰水泥等拌制的混凝土养护时间不得少于21d。现场需安排专人实测温差对比随时调整表面覆盖层厚度，保证大体积混凝土内外温差控制在规范许可范围内。
3 结束语
大体积混凝土施工受到多种因素的影响，极易产生温度裂缝，甚至影响结构使用安全，希望技术人员能给予足够的重视，通过事前、事中、事后采取相应的措施进行温度控制，有效防止大体积混凝土温度裂缝的产生或把裂缝控制在允许限值范围内。
参考文献
1. 叶林昌. 大体积混凝土施工
2. 朱伯芳. 大体积混凝土温度应力与温度控制
关键词 大体积混凝土 水化热 温度裂缝 防治
前 言
随着经济发展及改革开放的深入，我国基础设施投资力度不断加大，大跨径桥梁及高层建筑物大量涌现，大体积混凝土在工程中的使用也越来越广泛，同时面临的问题也随之增加，特别是大体积混凝土的开裂问题尤为显著。对于大体积混凝土结构来说，因其结构截面尺寸较大，如果温度控制措施不当，极易出现温度裂缝，进而影响结构安全和正常使用，严重的还会造成重大质量事故。所以在实践中遇有大体积混凝土结构结构时，在工艺、技术等方面应给予足够的重视，尤其对温度裂缝的控制要有切实可行的专项施工方案和详细的作业指导书，遇到问题及时解决，以确保结构工程质量。因对此方面实验研究工作的深度有限，本文仅就工程实践中大体积混凝土温度裂缝的产生及控制措施等方面的一些问题作粗浅的分析探讨，希望能对大体积混凝土温度裂缝的预防和控制起到有益的作用。
温度裂缝产生的主要原因
1.1 由于大型尺寸的构筑物断面较厚，表面系数相对较小，当混凝土结构硬化时，水泥在水化过程中释放出大量的水化热，这些热量在结构内部不易散发，致使内部温度不断上升，而此时与空气接触的外层混凝土散热较快，这样形成较大的内外温差，内部升温产生压应力，外表面产生拉应力，当拉应力超过混凝土能承受的抗拉强度时，即会出现温度裂缝。
1.2在混凝土凝结过程，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，混凝土体积开始收缩，降温阶段混凝土温度的分布仍旧是中心温度高，表面温度低，致使混凝土中心部分与表面部分的冷却程度差异加大，收缩变形随之加大，若大体积混凝土浇筑在约束地基上，结构的外部约束和混凝土各质点间的约束阻止混凝土收缩变形，接触处将产生很大的拉应力，当拉应力超过混凝土的极限抗拉强度时，与约束接触处会产生裂缝，这种裂缝可能会贯穿整个混凝土块体，甚至会破坏结构的整体性和稳定性。
1.3 施工期间外界气温的突变也是引起混凝土结构产生温度裂缝的常见原因。气温陡降会导致混凝土表面温度突然下降，短时间内产生很大的温度应力，应力松弛影响较小，极易形成大体积混凝土的开裂。
2 温度裂缝防治的综合措施
2.1降低水化热引起的温升。
大体积混凝土从浇筑完毕至t天内部绝热升温的温度T(t) =(1-e-mt)，式中W为每立方混凝土中水泥用量（kg/m3）；Q为每千克水泥最终水化热量(J/kg)；c为混凝土比热，一般取0.96J/(kg·℃)；ρ为混凝土的质量密度(2400kg/m3);m为水泥水化热特征系数（0.2～0.5）。由此可知要降低水化热引起的温升，首先是降低W及Q的值，即优选原材料品种、控制水泥用量。主要措施如下：
2.1.1首先在用料上选用水化热较低的水泥，因水泥水化热主要来自水泥矿物组合中的C3S和C3A，要降低水化热，应优先考虑采用C3S和C3A含量较低的水泥。如大坝水泥、矿渣水泥、粉煤灰水泥等；
2.1.2其次可以通过添加高效减水剂来减少混凝土配合比中水泥的用量，由于高效减水剂有较高的减水率，除通过大幅度降低水胶比，提高强度外，还可以通过高效减水剂，在保证同基准混凝土有相同工作性强度，满足施工需要的前提下，较大幅度的降低水泥用量，进而降低水化热，同时相关研究还证明，高效减少剂还可减少水泥石的自身收缩，提高弹模，减少水泥用量的同时还可获得减少冷缩和干缩的双重功效，从而降低大体积混凝土的拉应力，以减少裂缝的发生；
2.1.3第三较大体积的混凝土墩台及其基础浇筑时可以在混凝土中抛入适量块石，既吸收部分热量又能节省水泥用量，进而减少水化热引起的温升，但块石的埋设要符合下列规定：①块石的厚度不小于150mm，数量不宜超过混凝土结构体积的25%。②块石应无裂纹、无夹层、具有抗冻性且未被火烧过。③块石抗压强度不应低于30MP及混凝土的强度。④块石需清洁干净，应在捣实的混凝土中埋入一半左右。⑤块石应分布均匀，净距不小于100mm，距结构两侧和顶面的净距不小于150mm，块石不得接触钢筋和预埋件。⑥受拉区混凝土或气温低于0℃时，不得埋放块石；
2.1.4第四选择级配良好的骨料。骨料在大体积混凝土中所占比例一般约为混凝土绝对体积的80%，因此在选择骨料时，应选择线膨胀系数小、岩石弹模较低、表面清洁无弱包裹层、级配良好的骨料。
2.2 加快混凝土内热量散失。
2.2.1分块分层法浇筑。当大体积混凝土平截面过大，不能在前层混凝土初凝或能重塑前浇筑完成次层混凝土时，采取平面分块、竖向分层法，同时控制浇筑层厚度和进度是加快混凝土内热量散失的有效方法。但分块要符合以下规定：①分块布置要合理，各分块平均面积不宜小于50m2 。②每块高度不宜超过2m。③块与块的竖向接缝面应与基础平截面短边平行，与平截面长边垂直。④上下临层混凝土间的竖向接缝，应错开位置做成企口，并按施工缝处理。
2.2.2 通水冷却。浇筑前，在每层混凝土内合理布置冷却水管，混凝土浇筑后即进行一期冷却，使混凝土内部最高温度不超过最高限值，内外温差不超过设计规定，无规定时不超过25℃，在全部混凝土浇筑完成后，即进行二期冷却至最终温度。同时在混凝土内部合理布置测温点，埋设测温传感器，及时通过测温点监测温度，掌握混凝土内部各测点的温度变化，以便及时调整冷却水流量，控制温差。冷却水管宜采用铁皮管，管径根据散热量需求来确定，按照冷却水由较热中心区流向边缘的原则，进水管口应设在靠近混凝土中心处，出水管口设在混凝土边区处，进出水管口均引出混凝土顶面以上。每层水管的垂直进出水口要互相错开，水管安装时需与钢筋骨架固定牢靠，以防混凝土浇筑时水管变形及脱落发生堵水或漏水现象， 冷却水管使用完毕需压注水泥浆封闭。大量工程实践表明，合理布置内部冷却水管，通过循环冷却水带走混凝土内部热量，可有效降低大体积混凝土的内部温度。
2.3 降低混凝土入仓温度。
2.3.1混凝土用料要遮盖，避免日光暴晒，防治砂、石及水的温度升高，水泥罐用浅色，水泥提前进场降温，骨料拌合前用水冲洗降温，并用冷却水搅拌混凝土，以降低入仓温度。根据资料统计，仅石子温度每降低1℃，混凝土拌合温度即可降低0.6℃。
2.3.2施工时间上尽可能避开高温高寒季節，夏季浇筑应在一天中气温较低时进行，晴天时夜间浇筑，阴天时视气温情况而定，混凝土浇筑温度不宜超过28℃，同时准确掌握混凝土的用量，合理安排施工流程和机械配置，减少混凝土的运输时间和输送距离，从而减少混凝土运输时吸收外界热量。
2.4应对环境温度陡降。
为避免寒潮来临、冷空气影响等天气骤变引起温度陡降对大体积混凝土结构的影响，施工时要密切注意天气变化情况，做好充分准备，及时采取保护措施，夏季宜选用蓄水养护，秋冬季节可适当选用混凝土保温材料覆盖，尽可能延长拆模时间，保证拆模时结构块体中部和表面温差不大于20℃，基础混凝土拆模后要及时回填，以确保混凝土结构的质量。
2.5 加强表面养护。
2.5.1为了确保新浇筑的混凝土有适宜的硬化条件，防止在早期由于干缩而产生裂缝，大体积混凝土浇筑完毕后，应在12h内加以覆盖和浇水。普通硅酸盐水泥拌制的混凝土养护时间不得少于14d；矿渣水泥、火山灰水泥等拌制的混凝土养护时间不得少于21d。现场需安排专人实测温差对比随时调整表面覆盖层厚度，保证大体积混凝土内外温差控制在规范许可范围内。
3 结束语
大体积混凝土施工受到多种因素的影响，极易产生温度裂缝，甚至影响结构使用安全，希望技术人员能给予足够的重视，通过事前、事中、事后采取相应的措施进行温度控制，有效防止大体积混凝土温度裂缝的产生或把裂缝控制在允许限值范围内。
参考文献
1. 叶林昌. 大体积混凝土施工
2. 朱伯芳. 大体积混凝土温度应力与温度控制