论文部分内容阅读
【摘 要】随着建筑行业的发展，建筑物以及建筑构造物的规模与体量都在不断增加，所以，大体积混凝上的应用范围越来越广，其已经涉及到很多工程，比如城市建设、桥梁工程、水利工程等方面。据工程实践表明，在大体积混凝土的施工阶段，如果没有运用合理的措施，很容易出现裂缝，从而引起工程事故。在现实生活中，尽管施工人员小心谨慎，但裂缝问题还是不断出现，其根本原因是，对混凝土温度应力的控制不够。所以，在大体积混凝土施工中，对温度的控制具有重要意义。
【关键词】大体积混凝土；温度裂缝；控制
引言
混凝土在现代工程建设中占有非常重要的地位，而混凝土（特别是大体积混凝土）的裂缝问题是一个长期困扰建筑界的难题。混凝土裂缝的产生在很大程度上取决于温度应力。首先，在施工中混凝土常常出现温度裂缝，影响到结构的整体性和耐久性；其次，在运转过程中，温度变化对结构的应力状态具有显著的不容忽视的影响。下面笔者结合多年来从事施工与管理方面的经验，就混凝土工程在施工中温度裂缝的成因和预防控制措施进行分析探讨。
一、温度裂缝产生的机理和特征
1、温度裂缝产生机理
大体积混凝土在硬化过程中，水泥水化产生大量的水化热（当水泥用量在350～550kg/m3，每立方米混凝土将释放出17500～27500KJ的热量，从而使混凝土内部温度升达70℃甚至更高）。水化热聚积在混凝土内部而不易散发，导致内部温度急剧上升，而混凝土表面散热较快，这样就形成内外的较大温差，从而使混凝土表面产生一定的拉应力（当混凝土本身温差达到25℃-26℃时，混凝土内部便会产生大致10MPa左右的拉应力）。后期伴随热量的散发，混凝土内外温度开始缓慢下降，同时体积收缩，由于受到基础或老混凝土上的约束，又会在混凝土内部出现拉应力，当这些拉应力超过混凝土的抗拉强度时，混凝土即会出现裂缝，此裂缝称为温度裂缝。
2、温度裂缝的特征
温度裂缝的走向通常无一定规律，大面积结构裂缝多为纵横交错，梁板类长度尺寸较大的结构，裂缝多平行于短边，深入和贯穿的温度裂缝一般与短边方向平行或接近平行，裂缝沿着长边分段出现，中间较密，裂缝宽度大小不一，受温度变化影响较为明显，冬季较宽，夏天较窄。高温热胀引起的混凝土温度裂缝通常是中间粗两端细，而冷缩裂缝的粗细变化不明显。
二、体积混凝土产生温度裂缝的原因
1、水泥水化热原因
水泥在水化过程中，会产生热量，由于大体积混凝土的断面较厚，水泥的水化热量聚在混凝土结构内不易散失，引起内部的急剧升温，在具体的建筑工程里温度一般在20℃到30℃左右。水泥水化热将带来绝热温升，这和混凝土中水泥的用量与品种有关，并且随混凝土龄期增长，一般在10d-12d达到绝热温升。但实际混凝土在自然条件下，内部达到最高温是在混凝土浇筑后的3d-5d。混凝土龄期增加，弹性模量会随之增高，为内部降温收缩带来愈来愈大的约束，以致于产生了强大的拉应力，在混凝土强度不能抵抗拉应力时，就会产生温度裂缝。
2、外界温度的差异
在大体积混凝土施工过程中，其浇筑温度常受到外界气温的变化影响。外界气温越高，混凝土的结构温度也就越高；若外界温度下降，将会增加混凝土降温幅度，特别在外界气温突然降低时，会增加混凝土内外温差。而温度应力是由温差引起的变形造成，温差越大，温度应力也就越大。在外界温度较高时，大体积混凝土内部不易散热，有时温度高达60～65℃，此外还有很大的延续时间。由此可见，防止混凝土内外温差过大引起的温度应力非常重要。
3、混凝土的收缩变形
混凝土中的水分一般包括：化学结合水、物理-化学结合水以及物理力学结合水。其中大部分的水分需要蒸发掉，水泥硬化只需一小部分水分。大体积混凝土在水泥水化的过程中，多余的水分蒸发将会引起混凝土体积变形，大部分属于收缩变形，一小部分为膨胀变形，这跟所采用的胶凝材料的性质有关。引起混凝土体积收缩的一个重要原因就是多余水分的蒸发。这种干燥收缩变形不受约束条件的影响，如果存在约束，那么产生收缩应力即可引起硅的开裂，而且还会随龄期的增加而发展。
三、大体积混凝土温度裂缝的控制
1、合理的原料选择和配比
混凝土是由水泥，骨料和水混合而成，控制裂缝的关键是控制混凝土的组成成分。
（1）水泥的选择
为了进行大体积混凝土内部的温度控制，应该选用低水化热的水泥，并尽可能的降低水泥用量。与此同时，要加入混凝土掺合材料，以减缓混凝土的终凝时间。所以，矿渣水泥应是大体积混凝土工程中的首选材料，但需要注意的是矿渣水泥收缩量较大，应考虑到其收缩应力的问题。另外，要尽量减少水泥的用量，如有必要应该增加粉煤灰的用量，使混凝土可以达到设计强度要求。水泥的用量直接影响了水化热量与混凝土收缩程度，而且还和经济技术指标联系密切，减少水泥用量即是一种裂缝控制措施，也是一种降低工程投资的措施。在混凝土凝固时间方面，初凝时间一般在2-3小时以上，因为在初凝以前，混凝土内部温度上升是不会产生温度应力的，因此适当加长初凝时间，可以使温度应力降低。
（2）骨料的选择
应该选择热膨胀系数低、含泥量小的骨料，强调连续级配。这是因为，一方面骨料本身强度就要比水泥胶体大，而另一方面，连续级配的骨料，可以使混凝土中骨料的所占体积提高，减少水泥用量，从而降低水化热量。
在进行大体积混凝土的浇筑施工作业时，可根据设计抛埋一定量的毛石，掺加时应选用无裂缝、规格为150-25Omm的坚固石块，这样可以降低水泥的用量，减小水化热量，而且石块本身的吸热的功能，能够进一步减小水化热量，这对控制裂缝发展非常有利。
2、降低温度的施工方法
施工方法的不同不仅可以降低混凝上内部最高温度，也可以使混凝土的内外温差减小，可以有效地防止出现温度裂缝，起到了控制裂缝的作用。降低溫度的施工措施主要分为三个方面： （1）降低浇筑温度
浇筑应该尽可能安排在低温季节里进行，如果必须在高温季节下施工，那么必须采取一定的措施来降低混凝土温度。混凝土输送管道，应进行覆盖和撒水，以减少混凝土输送过程中产生过多的热量，尽可能降低混凝土入模时的温度。
（2）减小水化热温升
在此方面主要有预埋水管法与分块浇筑法两种措施，也可以采用搅拌混凝土时加入冰屑或冰水等措施。尽可能降低原料温度，从而降低混凝土入模时的温度，最好使其低于环境温度，与外部环境形成负温差。
（3）对混凝土内外温差进行调节
首先，可以采取外蓄内散的措施，提高表面温度，减小内部温度。其次，要减少浇筑时的暴露时间，利用提高表面保温的方法，减少内外温差。
3、掺用外加剂
泵送混凝土需要混凝土有较高的坍落度和流动性，而坍落度和流动性较高的混凝土其抗裂性往往较差，故大体积混凝土结构物选用泵送混凝土应在满足最小坍落度要求的条件下尽可能降低水灰比。减水剂在混凝土保持配合比不变的情况下可以大幅度的提高混凝土坍落度。大体积混凝土常用M型减水剂作为外加剂，其可以在保持混凝土抗压强度和坍落度不变的情况下，节约水泥用量，降低水化热，延长水化热的释放速度，对混凝土具有缓凝的作用，降低了大体积混凝土施工过程中出现温度裂缝的可能性。
4、优化配合比
提高混凝土材料的抗裂性能，减少混凝土的绝热温升是大体积混凝土配合比优化的目的。对于泵送混凝土，在满足混凝土设计要求和泵送的坍落及流动性的条件下，最大程度的减小混凝土中水泥的用量，降低混凝土的砂率，控制混凝土中的含泥量是减少大体积混凝土结构物温度裂缝的有效措施。
5、大体积混凝土施工过程中的控制
（1）合理选择施工工艺
大体积混凝土结构物体积过大时，为了避免热量积聚在结构内部，降低水化热，方便振捣混凝土，保证其浇筑质量，常采用分层或分段浇筑的方法。
（2）控制混凝土浇筑温度
混凝土的浇筑温度越高，混凝土浇筑后内部所达到的最高温度也越高，则会造成大体积混凝土内部和表面的温差变大，使混凝土的表面开裂。降低混凝土的浇筑温度是在施工过程中控制混凝土温度裂缝的有效手段。影响混凝土浇筑温度的因素有：混凝土的出机温度、运输途中混凝土的温度变化、泵送过程中混凝土的温度升高等。降低砂石的温度是降低混凝土出机温度的有效方法，夏季施工可对砂石采用覆盖、避免阳光直射、用冷水冲淋等方式来降低砂石的温度。必要时还可用加冰水为拌合水来降低混凝土的出机温度。在运输的过程中可以采取在运输车的储藏罐上喷淋冰水，在泵送管道上覆盖草席淋洒冰水可以有效的降低混凝土在运输过程中的升温，保证混凝土的浇筑入模温度。
（3）加强养护措施
大体积混凝土在浇筑的过程中，一定要注意集中浇筑，及时的浇筑，避免使未完成的混凝土长时间停止浇筑，这样，混凝土的干湿，硬度，质地都完全的不同，很容易产生裂缝。在浇筑完成后，也不可以掉以轻心。刚刚浇筑完还没有初凝的混凝土是极度脆弱的，一定要注意保养，密切测量温差等因素。刚刚浇筑好的混凝土在潮湿环境下，可以有效的防止产生干裂。所以，不但要注意周边温度，也要注意周边的湿度。在浇筑之后一定要及时的进行养护，不然很容易出现龟裂的状况，这样就会影响到混凝土的整体质量。大体积混凝土在完全的终凝之后，也要注意养护，因为外界温差始终会影响它的成型。如果外界有霜雪天气，一定要及时地用塑料薄膜等保温措施将混凝土覆盖起来，不然，混凝土就会因为温差过大而起泡、龟裂。进而影响整个建筑物的质量。增添整个工程的难度，因为大体积混凝土的体积庞大，要返工难度极大。此外还会为整个工程建筑带来不可挽回的损失。
结束语
大体积混凝土温度裂缝控制非常復杂，它是一项技术性强的系统工程，涉及到很多因素。因此，在以后的大体积混凝土施工中，应因地制宜，采取完善的技术措施，认真做好每一个施工环节，就能更好的控制混凝土裂缝问题的出现。
参考文献：
[1]姜伟思.阜新恒盛国际基础大体积混凝土温度场实测与分析[D].辽宁工程技术大学，2012（23）.
[2]梁嘉彬.高原环境下冬季大体积混凝土防裂技术研究[D].兰州交通大学，2012（01）.
[3]余江平.某办公大楼基础大体积混凝土施工技术研究与应用[D].南昌大学，2013（15）.
[4]朱丽丽.ABAQUS显式分析梁单元的混凝土、钢筋本构模型研究[D].沈阳建筑大学，2013（19）.
【关键词】大体积混凝土；温度裂缝；控制
引言
混凝土在现代工程建设中占有非常重要的地位，而混凝土（特别是大体积混凝土）的裂缝问题是一个长期困扰建筑界的难题。混凝土裂缝的产生在很大程度上取决于温度应力。首先，在施工中混凝土常常出现温度裂缝，影响到结构的整体性和耐久性；其次，在运转过程中，温度变化对结构的应力状态具有显著的不容忽视的影响。下面笔者结合多年来从事施工与管理方面的经验，就混凝土工程在施工中温度裂缝的成因和预防控制措施进行分析探讨。
一、温度裂缝产生的机理和特征
1、温度裂缝产生机理
大体积混凝土在硬化过程中，水泥水化产生大量的水化热（当水泥用量在350～550kg/m3，每立方米混凝土将释放出17500～27500KJ的热量，从而使混凝土内部温度升达70℃甚至更高）。水化热聚积在混凝土内部而不易散发，导致内部温度急剧上升，而混凝土表面散热较快，这样就形成内外的较大温差，从而使混凝土表面产生一定的拉应力（当混凝土本身温差达到25℃-26℃时，混凝土内部便会产生大致10MPa左右的拉应力）。后期伴随热量的散发，混凝土内外温度开始缓慢下降，同时体积收缩，由于受到基础或老混凝土上的约束，又会在混凝土内部出现拉应力，当这些拉应力超过混凝土的抗拉强度时，混凝土即会出现裂缝，此裂缝称为温度裂缝。
2、温度裂缝的特征
温度裂缝的走向通常无一定规律，大面积结构裂缝多为纵横交错，梁板类长度尺寸较大的结构，裂缝多平行于短边，深入和贯穿的温度裂缝一般与短边方向平行或接近平行，裂缝沿着长边分段出现，中间较密，裂缝宽度大小不一，受温度变化影响较为明显，冬季较宽，夏天较窄。高温热胀引起的混凝土温度裂缝通常是中间粗两端细，而冷缩裂缝的粗细变化不明显。
二、体积混凝土产生温度裂缝的原因
1、水泥水化热原因
水泥在水化过程中，会产生热量，由于大体积混凝土的断面较厚，水泥的水化热量聚在混凝土结构内不易散失，引起内部的急剧升温，在具体的建筑工程里温度一般在20℃到30℃左右。水泥水化热将带来绝热温升，这和混凝土中水泥的用量与品种有关，并且随混凝土龄期增长，一般在10d-12d达到绝热温升。但实际混凝土在自然条件下，内部达到最高温是在混凝土浇筑后的3d-5d。混凝土龄期增加，弹性模量会随之增高，为内部降温收缩带来愈来愈大的约束，以致于产生了强大的拉应力，在混凝土强度不能抵抗拉应力时，就会产生温度裂缝。
2、外界温度的差异
在大体积混凝土施工过程中，其浇筑温度常受到外界气温的变化影响。外界气温越高，混凝土的结构温度也就越高；若外界温度下降，将会增加混凝土降温幅度，特别在外界气温突然降低时，会增加混凝土内外温差。而温度应力是由温差引起的变形造成，温差越大，温度应力也就越大。在外界温度较高时，大体积混凝土内部不易散热，有时温度高达60～65℃，此外还有很大的延续时间。由此可见，防止混凝土内外温差过大引起的温度应力非常重要。
3、混凝土的收缩变形
混凝土中的水分一般包括：化学结合水、物理-化学结合水以及物理力学结合水。其中大部分的水分需要蒸发掉，水泥硬化只需一小部分水分。大体积混凝土在水泥水化的过程中，多余的水分蒸发将会引起混凝土体积变形，大部分属于收缩变形，一小部分为膨胀变形，这跟所采用的胶凝材料的性质有关。引起混凝土体积收缩的一个重要原因就是多余水分的蒸发。这种干燥收缩变形不受约束条件的影响，如果存在约束，那么产生收缩应力即可引起硅的开裂，而且还会随龄期的增加而发展。
三、大体积混凝土温度裂缝的控制
1、合理的原料选择和配比
混凝土是由水泥，骨料和水混合而成，控制裂缝的关键是控制混凝土的组成成分。
（1）水泥的选择
为了进行大体积混凝土内部的温度控制，应该选用低水化热的水泥，并尽可能的降低水泥用量。与此同时，要加入混凝土掺合材料，以减缓混凝土的终凝时间。所以，矿渣水泥应是大体积混凝土工程中的首选材料，但需要注意的是矿渣水泥收缩量较大，应考虑到其收缩应力的问题。另外，要尽量减少水泥的用量，如有必要应该增加粉煤灰的用量，使混凝土可以达到设计强度要求。水泥的用量直接影响了水化热量与混凝土收缩程度，而且还和经济技术指标联系密切，减少水泥用量即是一种裂缝控制措施，也是一种降低工程投资的措施。在混凝土凝固时间方面，初凝时间一般在2-3小时以上，因为在初凝以前，混凝土内部温度上升是不会产生温度应力的，因此适当加长初凝时间，可以使温度应力降低。
（2）骨料的选择
应该选择热膨胀系数低、含泥量小的骨料，强调连续级配。这是因为，一方面骨料本身强度就要比水泥胶体大，而另一方面，连续级配的骨料，可以使混凝土中骨料的所占体积提高，减少水泥用量，从而降低水化热量。
在进行大体积混凝土的浇筑施工作业时，可根据设计抛埋一定量的毛石，掺加时应选用无裂缝、规格为150-25Omm的坚固石块，这样可以降低水泥的用量，减小水化热量，而且石块本身的吸热的功能，能够进一步减小水化热量，这对控制裂缝发展非常有利。
2、降低温度的施工方法
施工方法的不同不仅可以降低混凝上内部最高温度，也可以使混凝土的内外温差减小，可以有效地防止出现温度裂缝，起到了控制裂缝的作用。降低溫度的施工措施主要分为三个方面： （1）降低浇筑温度
浇筑应该尽可能安排在低温季节里进行，如果必须在高温季节下施工，那么必须采取一定的措施来降低混凝土温度。混凝土输送管道，应进行覆盖和撒水，以减少混凝土输送过程中产生过多的热量，尽可能降低混凝土入模时的温度。
（2）减小水化热温升
在此方面主要有预埋水管法与分块浇筑法两种措施，也可以采用搅拌混凝土时加入冰屑或冰水等措施。尽可能降低原料温度，从而降低混凝土入模时的温度，最好使其低于环境温度，与外部环境形成负温差。
（3）对混凝土内外温差进行调节
首先，可以采取外蓄内散的措施，提高表面温度，减小内部温度。其次，要减少浇筑时的暴露时间，利用提高表面保温的方法，减少内外温差。
3、掺用外加剂
泵送混凝土需要混凝土有较高的坍落度和流动性，而坍落度和流动性较高的混凝土其抗裂性往往较差，故大体积混凝土结构物选用泵送混凝土应在满足最小坍落度要求的条件下尽可能降低水灰比。减水剂在混凝土保持配合比不变的情况下可以大幅度的提高混凝土坍落度。大体积混凝土常用M型减水剂作为外加剂，其可以在保持混凝土抗压强度和坍落度不变的情况下，节约水泥用量，降低水化热，延长水化热的释放速度，对混凝土具有缓凝的作用，降低了大体积混凝土施工过程中出现温度裂缝的可能性。
4、优化配合比
提高混凝土材料的抗裂性能，减少混凝土的绝热温升是大体积混凝土配合比优化的目的。对于泵送混凝土，在满足混凝土设计要求和泵送的坍落及流动性的条件下，最大程度的减小混凝土中水泥的用量，降低混凝土的砂率，控制混凝土中的含泥量是减少大体积混凝土结构物温度裂缝的有效措施。
5、大体积混凝土施工过程中的控制
（1）合理选择施工工艺
大体积混凝土结构物体积过大时，为了避免热量积聚在结构内部，降低水化热，方便振捣混凝土，保证其浇筑质量，常采用分层或分段浇筑的方法。
（2）控制混凝土浇筑温度
混凝土的浇筑温度越高，混凝土浇筑后内部所达到的最高温度也越高，则会造成大体积混凝土内部和表面的温差变大，使混凝土的表面开裂。降低混凝土的浇筑温度是在施工过程中控制混凝土温度裂缝的有效手段。影响混凝土浇筑温度的因素有：混凝土的出机温度、运输途中混凝土的温度变化、泵送过程中混凝土的温度升高等。降低砂石的温度是降低混凝土出机温度的有效方法，夏季施工可对砂石采用覆盖、避免阳光直射、用冷水冲淋等方式来降低砂石的温度。必要时还可用加冰水为拌合水来降低混凝土的出机温度。在运输的过程中可以采取在运输车的储藏罐上喷淋冰水，在泵送管道上覆盖草席淋洒冰水可以有效的降低混凝土在运输过程中的升温，保证混凝土的浇筑入模温度。
（3）加强养护措施
大体积混凝土在浇筑的过程中，一定要注意集中浇筑，及时的浇筑，避免使未完成的混凝土长时间停止浇筑，这样，混凝土的干湿，硬度，质地都完全的不同，很容易产生裂缝。在浇筑完成后，也不可以掉以轻心。刚刚浇筑完还没有初凝的混凝土是极度脆弱的，一定要注意保养，密切测量温差等因素。刚刚浇筑好的混凝土在潮湿环境下，可以有效的防止产生干裂。所以，不但要注意周边温度，也要注意周边的湿度。在浇筑之后一定要及时的进行养护，不然很容易出现龟裂的状况，这样就会影响到混凝土的整体质量。大体积混凝土在完全的终凝之后，也要注意养护，因为外界温差始终会影响它的成型。如果外界有霜雪天气，一定要及时地用塑料薄膜等保温措施将混凝土覆盖起来，不然，混凝土就会因为温差过大而起泡、龟裂。进而影响整个建筑物的质量。增添整个工程的难度，因为大体积混凝土的体积庞大，要返工难度极大。此外还会为整个工程建筑带来不可挽回的损失。
结束语
大体积混凝土温度裂缝控制非常復杂，它是一项技术性强的系统工程，涉及到很多因素。因此，在以后的大体积混凝土施工中，应因地制宜，采取完善的技术措施，认真做好每一个施工环节，就能更好的控制混凝土裂缝问题的出现。
参考文献：
[1]姜伟思.阜新恒盛国际基础大体积混凝土温度场实测与分析[D].辽宁工程技术大学，2012（23）.
[2]梁嘉彬.高原环境下冬季大体积混凝土防裂技术研究[D].兰州交通大学，2012（01）.
[3]余江平.某办公大楼基础大体积混凝土施工技术研究与应用[D].南昌大学，2013（15）.
[4]朱丽丽.ABAQUS显式分析梁单元的混凝土、钢筋本构模型研究[D].沈阳建筑大学，2013（19）.