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摘要：大体积混凝土在固化过程中释放的水化热会产生较大的温度变化和约束作用，由此而产生的温差和温度应力是导致混凝土出现裂缝的主要因素,从而影响结构的整体性、防水性和耐久性，成为结构的隐患。本文介绍了大体积混凝土温度裂缝概念，分析了桥梁大体积混凝土温度裂缝产生的机理，探讨了裂缝的主要控制措施。
关键词：桥梁大体积混凝土温度控制概念机理控制措施
中图分类号：TU37 文献标识码：A 文章编号：
一、大体积混凝土温度裂缝概念
混凝土结构的裂缝可分为微观裂缝和宏观裂缝。微观裂缝主要有3种: 第一种是骨料和水泥石粘合面上的裂缝, 称为粘着裂缝; 第二种是水泥石自缝, 称为水泥石裂缝; 第三种是骨料本身裂缝, 称为骨料裂缝。微观裂缝在结构中的分布是不规则、不贯通的, 并且肉眼看不见。宏观裂缝是由微观裂缝扩展而来的。大体积混凝土内出现的裂缝, 按其深度不同, 可分为贯穿裂缝, 深层裂缝及表层裂缝三种。贯穿裂缝切断了结构断面, 可能破坏结构的整体性和其危害性是较严重的; 深层裂缝是部分切断了结构断面, 也有一定的危表层裂缝一般危害性较小, 但处于基础或老混凝土约束范围内的表层裂内部混凝土降温过程中可能发展为贯穿裂缝。温度裂缝是由温度变化在不同的约束条件下, 致使微观裂缝扩展形成裂缝。一般来说, 表面裂缝如果较浅、没有发展到结构中的钢筋表面且变化不再发展, 通常不影响工程质量, 但绝大多数是有害裂缝。
二、桥梁大体积混凝土温度裂缝产生的机理分析
1、大体积混凝土内外温差的形成
混凝土是一种不良的导热材料, 对于桥梁大体积混凝土而言, 混凝土表面和内部的散热条件大不相同, 使得水泥水化时释放的大量水化热积聚在混凝土内部不易散发, 形成较高的水化热升温。而混凝土表面直接和空气接触, 散热条件好, 表面温度上升较低, 这样就在混凝土内部形成不均匀的温度分布, 进而形成外低内高的温差。
2、大体积混凝土约束形成温度裂缝的机理分析
（1）自身约束形成温度裂缝的机理。大体积混凝土在水泥水化时, 放出大量的水化热使得混凝土内部温度急剧升高, 由于混凝土材料的不均质性及构件内部质点参数的不同, 使大体积混凝土内部温度分布不均匀, 引起质点变形不一致, 产生自身约束。与此同时, 混凝土自中心向外产生较大的热膨胀, 但是这种膨胀又受到自身约束的影响, 因而在混凝土中心产生压应力, 而表面则产生拉应力( 即温度应力) 。当表面拉应力超过混凝土当时的抗拉强度时, 就会在大体积混凝土的外表面产生裂缝, 这种裂缝比较分散, 裂縫宽度和深度都很小, 俗称“表面裂缝”。它一般发生在浇筑后的温度上升阶段, 是由于混凝土体积发生膨胀所形成的。
（2）外部约束形成温度裂缝的机理。 大体积混凝土浇筑数日( 一般不少于5 d) 后, 水泥水化热基本上释放完毕, 由于环境温度较低, 这时大体积混凝土开始逐渐降温, 降温的结果引起混凝土的收缩, 产生温度应力; 同时, 混凝土中多余水分也随之蒸发, 这样就会引起混凝土体积出现不同程度的收缩。而环境中的其他物体( 结构构件、地基等) 往往会对大体积混凝土有所约束, 使其不能自由变形, 而当内部温度继续下降混凝土收缩产生的温度应力( 一般是拉应力) 超过混凝土当时的抗拉强度时, 就会从约束面开裂, 形成温度裂缝。
3、桥梁大体积混凝土温度裂缝的形成原因
从以上分析可知, 造成桥梁大体积混凝土产生裂缝的主要原因是由于水泥水化放热引起混凝土桥梁混凝土构件内外形成温差, 并在自身约束和外部约束的作用下产生温度应力; 随着温度的升高, 内外温差加剧, 温度应力增长, 最终超过混凝土当时的抗拉强度, 形成温度裂缝。但桥体不同部位温度裂缝的形成机理是不同的, 如桥梁的基础、桥墩因受到土体的约束等, 所以其温度裂缝主要是由我们上面所说的外部约束造成的, 而桥梁的主塔等构件不受外部约束, 其温度裂缝的产生主要是由自身约束造成的。所以在分析桥梁大体积混凝土温度裂缝的形成原因时, 必须抓住其温度裂缝的形成机理, 分析具体构件的受力情况并确定出构件实际的受力边界条件。
三、裂缝的主要控制措施
1、合理分缝分块
在大体积混凝土施工过程中，为了有效降低大体积混凝土的内外温差，常采用分块浇筑。分块浇筑又可分为分层浇筑法和分段浇筑法两种。分层浇筑法目前有全面分层法、分段分层法、斜面分层法3种浇注方案。在时间允许的条件下，可将大体积混凝土结构采用分层多次浇注，施工层之间按施工缝处理，即薄层浇筑技术，它可以使混凝土内部的水化热得以充分地散发，应该注意的是分层浇筑的间歇时间。目前水工大体积混凝土中遵循的原则是薄层短间歇，对施工缝的处理要求十分严格。而在桥梁大体积混凝土施工中，由于体积相对较小，多采用一次性整体浇筑和全面分层多次浇筑。
2、降低浇筑温度
要降低混凝土的最高温度和温差，比较直接的措施是降低浇筑温度，但其实施必须拥有一定的条件才能实现，在特大型工程中可能才用得到。降低浇筑温度的具体措施包括:①降低原材料温度，如做好水泥散热、骨料浇水冷却和预冷等；②采用冷却拌和水与加冰拌和；③浇筑前预冷混凝土；④减少运输途中的热量倒灌，包括减小运输距离，采用特制的保温罐车,用保温材料包裹混凝土泵送管道等。在桥梁大体积混凝土的施工中比较实用的措施是做好水泥散热工作、对骨料浇水冷却、采用冷却拌和水和减小运输距离等。
3、合理安排施工进度
施工进度对大体积混凝土的温度的变化影响非常明显。特别应该注意的是分次、分层浇筑的间歇时间。在分次当中，若间歇时间过长，则会延长施工工期，另一方面也会使老混凝土对新浇筑的混凝土产生较大的约束，从而在上下层混凝土结合面产生难以发现的垂直裂缝。若间歇时间过短，则正处于下层混凝土升温阶段，表面温度较高，这时覆盖上层混凝土,会明显不利于下层混凝土的散热，也容易导致上层混凝土升温，可能超过混凝土要求的最高温升，从而加大混凝土产生裂缝的可能性。因此，上层混凝土覆盖的适宜时间应是在下层混凝土温度己降到一定值时,即上层混凝土温升倒入后，下层混凝土温度回升值不大于原混凝土最高温升。在每次浇筑中，又分几层，其层间的间隔时间应尽量缩短，必须在上层混凝土初凝之前，开始浇筑下层混凝土。层间最长的时间间隔不大于混凝土的初凝时间。当层间间隔时间超过混凝上的初凝时间。
4、冷却水管
目前,在大体积混凝土的现场温控措施中，较为常用的就是采用冷却水管，因为其具有直接、经济、易施工等特点，在桥梁中得到广泛应用。在冷却水管的使用中,影响冷却效果的因素包括:管材、管径、管长、埋设方式、间距、冷却水温度、通水速率等。管长根据现场情况而定，但长度应≤400 m；在埋设方式上，分为矩形排列、梅花形排列和纵横交错；冷却水温度当然是越低越好，但也要考虑冷却水与混凝土的温差，以防在冷却水管周围引起裂缝；通水速率保证管内产生紊流即可。
5、养护措施
大体积混凝土常用的养护方法是保温隔热法。其中在严寒地区可采用托克托古尔法。采用的表面保温材料包括：保温被、泡沫塑料板、聚苯乙烯泡沫塑料板、草袋、砂层保温及喷涂保温层等。养护的主要目的是保持适宜的温度和湿度条件，混凝土的保温措施常常也起到保湿的效果。保温的目的有两个:①减少混凝土表面的热扩散，减小混凝土表面的温度梯度，防止产生表面裂缝；②延长散热时间，充分发挥混凝土强度的潜力和材料松弛特性，使由温差导致混凝土产生的拉应力小于混凝土的抗拉强度，防止产生贯穿裂缝。保湿养护的作用是:①浇筑不久尚处于凝固硬化阶段的混凝土,水化的速度较快，适宜的潮湿条件可防止混凝土表面的脱水而产生干缩裂缝；②混凝土在保温及潮湿条件下可使水泥的水化作用顺利进行，提高混凝土的抗拉强度。
参考文献：
[1] 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, 2006: 59- 86
[2] 刘柯.大体积混凝土温度监测及分析研究［J］.建筑技术开发，2005，32(3)：85～105.
关键词：桥梁大体积混凝土温度控制概念机理控制措施
中图分类号：TU37 文献标识码：A 文章编号：
一、大体积混凝土温度裂缝概念
混凝土结构的裂缝可分为微观裂缝和宏观裂缝。微观裂缝主要有3种: 第一种是骨料和水泥石粘合面上的裂缝, 称为粘着裂缝; 第二种是水泥石自缝, 称为水泥石裂缝; 第三种是骨料本身裂缝, 称为骨料裂缝。微观裂缝在结构中的分布是不规则、不贯通的, 并且肉眼看不见。宏观裂缝是由微观裂缝扩展而来的。大体积混凝土内出现的裂缝, 按其深度不同, 可分为贯穿裂缝, 深层裂缝及表层裂缝三种。贯穿裂缝切断了结构断面, 可能破坏结构的整体性和其危害性是较严重的; 深层裂缝是部分切断了结构断面, 也有一定的危表层裂缝一般危害性较小, 但处于基础或老混凝土约束范围内的表层裂内部混凝土降温过程中可能发展为贯穿裂缝。温度裂缝是由温度变化在不同的约束条件下, 致使微观裂缝扩展形成裂缝。一般来说, 表面裂缝如果较浅、没有发展到结构中的钢筋表面且变化不再发展, 通常不影响工程质量, 但绝大多数是有害裂缝。
二、桥梁大体积混凝土温度裂缝产生的机理分析
1、大体积混凝土内外温差的形成
混凝土是一种不良的导热材料, 对于桥梁大体积混凝土而言, 混凝土表面和内部的散热条件大不相同, 使得水泥水化时释放的大量水化热积聚在混凝土内部不易散发, 形成较高的水化热升温。而混凝土表面直接和空气接触, 散热条件好, 表面温度上升较低, 这样就在混凝土内部形成不均匀的温度分布, 进而形成外低内高的温差。
2、大体积混凝土约束形成温度裂缝的机理分析
（1）自身约束形成温度裂缝的机理。大体积混凝土在水泥水化时, 放出大量的水化热使得混凝土内部温度急剧升高, 由于混凝土材料的不均质性及构件内部质点参数的不同, 使大体积混凝土内部温度分布不均匀, 引起质点变形不一致, 产生自身约束。与此同时, 混凝土自中心向外产生较大的热膨胀, 但是这种膨胀又受到自身约束的影响, 因而在混凝土中心产生压应力, 而表面则产生拉应力( 即温度应力) 。当表面拉应力超过混凝土当时的抗拉强度时, 就会在大体积混凝土的外表面产生裂缝, 这种裂缝比较分散, 裂縫宽度和深度都很小, 俗称“表面裂缝”。它一般发生在浇筑后的温度上升阶段, 是由于混凝土体积发生膨胀所形成的。
（2）外部约束形成温度裂缝的机理。 大体积混凝土浇筑数日( 一般不少于5 d) 后, 水泥水化热基本上释放完毕, 由于环境温度较低, 这时大体积混凝土开始逐渐降温, 降温的结果引起混凝土的收缩, 产生温度应力; 同时, 混凝土中多余水分也随之蒸发, 这样就会引起混凝土体积出现不同程度的收缩。而环境中的其他物体( 结构构件、地基等) 往往会对大体积混凝土有所约束, 使其不能自由变形, 而当内部温度继续下降混凝土收缩产生的温度应力( 一般是拉应力) 超过混凝土当时的抗拉强度时, 就会从约束面开裂, 形成温度裂缝。
3、桥梁大体积混凝土温度裂缝的形成原因
从以上分析可知, 造成桥梁大体积混凝土产生裂缝的主要原因是由于水泥水化放热引起混凝土桥梁混凝土构件内外形成温差, 并在自身约束和外部约束的作用下产生温度应力; 随着温度的升高, 内外温差加剧, 温度应力增长, 最终超过混凝土当时的抗拉强度, 形成温度裂缝。但桥体不同部位温度裂缝的形成机理是不同的, 如桥梁的基础、桥墩因受到土体的约束等, 所以其温度裂缝主要是由我们上面所说的外部约束造成的, 而桥梁的主塔等构件不受外部约束, 其温度裂缝的产生主要是由自身约束造成的。所以在分析桥梁大体积混凝土温度裂缝的形成原因时, 必须抓住其温度裂缝的形成机理, 分析具体构件的受力情况并确定出构件实际的受力边界条件。
三、裂缝的主要控制措施
1、合理分缝分块
在大体积混凝土施工过程中，为了有效降低大体积混凝土的内外温差，常采用分块浇筑。分块浇筑又可分为分层浇筑法和分段浇筑法两种。分层浇筑法目前有全面分层法、分段分层法、斜面分层法3种浇注方案。在时间允许的条件下，可将大体积混凝土结构采用分层多次浇注，施工层之间按施工缝处理，即薄层浇筑技术，它可以使混凝土内部的水化热得以充分地散发，应该注意的是分层浇筑的间歇时间。目前水工大体积混凝土中遵循的原则是薄层短间歇，对施工缝的处理要求十分严格。而在桥梁大体积混凝土施工中，由于体积相对较小，多采用一次性整体浇筑和全面分层多次浇筑。
2、降低浇筑温度
要降低混凝土的最高温度和温差，比较直接的措施是降低浇筑温度，但其实施必须拥有一定的条件才能实现，在特大型工程中可能才用得到。降低浇筑温度的具体措施包括:①降低原材料温度，如做好水泥散热、骨料浇水冷却和预冷等；②采用冷却拌和水与加冰拌和；③浇筑前预冷混凝土；④减少运输途中的热量倒灌，包括减小运输距离，采用特制的保温罐车,用保温材料包裹混凝土泵送管道等。在桥梁大体积混凝土的施工中比较实用的措施是做好水泥散热工作、对骨料浇水冷却、采用冷却拌和水和减小运输距离等。
3、合理安排施工进度
施工进度对大体积混凝土的温度的变化影响非常明显。特别应该注意的是分次、分层浇筑的间歇时间。在分次当中，若间歇时间过长，则会延长施工工期，另一方面也会使老混凝土对新浇筑的混凝土产生较大的约束，从而在上下层混凝土结合面产生难以发现的垂直裂缝。若间歇时间过短，则正处于下层混凝土升温阶段，表面温度较高，这时覆盖上层混凝土,会明显不利于下层混凝土的散热，也容易导致上层混凝土升温，可能超过混凝土要求的最高温升，从而加大混凝土产生裂缝的可能性。因此，上层混凝土覆盖的适宜时间应是在下层混凝土温度己降到一定值时,即上层混凝土温升倒入后，下层混凝土温度回升值不大于原混凝土最高温升。在每次浇筑中，又分几层，其层间的间隔时间应尽量缩短，必须在上层混凝土初凝之前，开始浇筑下层混凝土。层间最长的时间间隔不大于混凝土的初凝时间。当层间间隔时间超过混凝上的初凝时间。
4、冷却水管
目前,在大体积混凝土的现场温控措施中，较为常用的就是采用冷却水管，因为其具有直接、经济、易施工等特点，在桥梁中得到广泛应用。在冷却水管的使用中,影响冷却效果的因素包括:管材、管径、管长、埋设方式、间距、冷却水温度、通水速率等。管长根据现场情况而定，但长度应≤400 m；在埋设方式上，分为矩形排列、梅花形排列和纵横交错；冷却水温度当然是越低越好，但也要考虑冷却水与混凝土的温差，以防在冷却水管周围引起裂缝；通水速率保证管内产生紊流即可。
5、养护措施
大体积混凝土常用的养护方法是保温隔热法。其中在严寒地区可采用托克托古尔法。采用的表面保温材料包括：保温被、泡沫塑料板、聚苯乙烯泡沫塑料板、草袋、砂层保温及喷涂保温层等。养护的主要目的是保持适宜的温度和湿度条件，混凝土的保温措施常常也起到保湿的效果。保温的目的有两个:①减少混凝土表面的热扩散，减小混凝土表面的温度梯度，防止产生表面裂缝；②延长散热时间，充分发挥混凝土强度的潜力和材料松弛特性，使由温差导致混凝土产生的拉应力小于混凝土的抗拉强度，防止产生贯穿裂缝。保湿养护的作用是:①浇筑不久尚处于凝固硬化阶段的混凝土,水化的速度较快，适宜的潮湿条件可防止混凝土表面的脱水而产生干缩裂缝；②混凝土在保温及潮湿条件下可使水泥的水化作用顺利进行，提高混凝土的抗拉强度。
参考文献：
[1] 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, 2006: 59- 86
[2] 刘柯.大体积混凝土温度监测及分析研究［J］.建筑技术开发，2005，32(3)：85～105.