对建筑施工中大体积混凝土温度裂缝的成因及控制分析

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　　摘要：随着我国经济的发展，工程建设规模的不断扩大，大体积混凝土在结构中的应用越来越广泛。然而，大体积混凝土结构的温度裂缝日益成为建筑工程技术人员面临的技术难题。本文通过分析大体积混凝土温度裂缝的形成机理，寻求出其产生的原因，并理论结合实践提出控制大体积混凝土温度裂缝的几种有效地措施，以供参考。

　　关键词：大体积混凝土,温度裂缝,成因,控制

　　混凝土中产生裂缝有多种原因，主要是温度和湿度的变化，混凝土的脆性不均匀性，以及结构不合理，原材料不合格(如碱骨料反应)，模板变形，基础不均匀沉降等。目前对 “大体积混凝土” 尚无统一的定义，美国混凝土学会有过规定，日本建筑学会标准都给过定义，但都比较具体，不是很严谨。比较认同的定义为：现场浇筑混凝土结构的几何尺寸较大，其必须采取技术措施解决水泥水化热及随之引起的体积变形问题，以最大的限度减少开裂，这类结构称之为大体积混凝土。大体积混凝土的特点除体积较大外，更主要是出于混凝土的水泥水化热不易散发，在外界环境或混凝土内力的约束下，极易产生收缩裂缝。

　　一、大体积混凝土温度裂缝产生的机理及原因

　　混凝土随着温度的变化而发生热胀冷缩,称为温度变形。在混凝土结构中引起的裂缝有表面裂缝和贯穿裂两种。这两种裂缝在不同程度上都属于有害裂缝。对于大体积砼施工阶段来讲，由于温度变形而引起的裂缝，可称为“初始裂缝”或“早期裂缝”。大体积砼施工阶段所产生的温度裂缝，是由其内部矛盾发展的结果。一方面由于内外温差和收缩而产生应力和应变，另一方面是结构物的外部砼各质点间的约束,阻止这种应变，一旦温度拉应力超过砼能承受的抗拉强度时，即出现裂缝。

　　大体积混凝土由于截面大，水泥用量大，水泥水化释放的水化热会产生较大的温度变化,由此形成的温度应力是导致产生裂缝的主要原因。这种裂缝分两种：(1)表面裂缝砼浇筑初期,水泥水化产生大量水化热，使混凝土温度快速上升，但由于其表面散热条件好，热量可向大气中散发，故温度上升较少。而混凝土内部由于散热条件较差，热量散发少，因而温度上升较多，内外形成温度梯度，形成内约束。结果混凝土内部产生压应力，面层产生拉应力，当该拉应力超过砼的抗拉强度时，混凝土表面就产生裂缝。(2)收缩裂缝混凝土浇筑后数日，水泥水化热己基本释放。混凝土从最高温度逐渐降温,降温的结果引起混凝土收缩，再加上混凝土中多余水份蒸发等引起的体积收缩变形，二者都受到地基和结构边界条件的约束,不能自由变形,导致温度拉应力。当该温度应力超过砼抗拉强度时,则从约束面开始向上形成裂缝，如果该温度应力足够大，可能产生贯穿裂缝,破坏了结构的整体性、耐久性和防水性,影响正常使用。

　　二、大体积混凝土温度裂缝的特点

　　大积混凝土温度裂缝属于变形荷载引起的裂缝，此类裂缝区别于外荷载引起的裂缝,有两个显著的特点：(1)温度裂缝的起因是结构首先变形,当变形得不到满足才引起应力,而应力又与结构的刚度大小有关,只有当应力超过一定数值时才引起裂缝。混凝土开裂后,变形得到满足或部分满足,应力就发生松弛现象。如果材料强度不高，但是有较好的韧性，也可以适应变形要求,抗裂性能较高。混凝土虽然属于脆性材料，但是改善配合比，增加密实度，在允许范围内提高混凝土的变形能力也是控制开裂的一种途径。松弛变形是大体积混凝土温度裂缝区别于荷载产生裂缝的主要特点，计算时应充分考虑。(2)按普通外荷载计算原则，从外荷载作用，结构内力形成，直至裂缝的出现与扩展，似乎都是在一瞬间完成的,是某个“瞬间过程”。但是大体积混凝土温度变形的作用，从变形的产生到温度变形应力的形成, 裂缝的出现、扩展都不是在同一时间瞬时完成的,它有一个“时间过程”，即为“传递过程”，是一个多次产生和发展的过程,这是区别于外荷载裂缝的第二个特点。

　　三、控制大体积混凝土温度裂缝的有效措施

　　大量的研究表明,大体积混凝土结构物中的温度裂缝是不可避免的，重要的是采用合理的措施来防治和控制裂缝的发展。防止大体积混凝土出现温度裂缝应从两方面出发，一方面应从控制温度、改善约束, 即从减小温度应力着手;另一方面应尽可能设法提高混凝土抗裂能力, 改善混凝土自身性能，但这些措施不是孤立的, 而是相互联系、相互制约的，必须结合实际，全面考虑,合理采用。针对该工程的实际情况，施工中采用了以下多种措施控制温度裂缝的发展。

　　3.1 合理选择原材料, 优化混凝土配合比

　　选择混凝土原材料，优化混凝土配合比的目的是使混凝土具有较强的抗裂能力，具体来说，就是要求混凝土的绝热温升较小，抗拉强度较大、极限拉伸变形能力较大、热强比较小，自生体积变形最好是微膨胀,至少是低收缩。

　　(1)水泥品种选择及数量要求。水泥水化产生的水化热是大体积混凝土发生温度变化而导致体积变化的主要根源。施工中应选用水化热较低的水泥以及尽量降低单位水泥用量(每减少10kg水泥,可以降低温度1℃)。一般采用中热硅酸盐水泥和低热矿渣水泥。

　　(2)粗细骨料选择。粗骨料一般选用5mm～40mm单粒级卵石。它比5mm～25mm石子,每立方米混凝土可减少用水量15kg左右,在相同水灰比情况下,水泥可减少30kg左右。细骨料尽量采用中粗砂，它比采用细砂，每立方米混凝土减少用水量20kg左右，水泥相应减少 28kg～35kg,从而降低混凝土的干缩。

　　(3)掺加混合料及外加剂。掺加掺合料可以有效降低水化的峰值温度，推迟水化温峰的出现时间, 随掺合料掺量的增大，温峰出现的时间延迟，目前主要是粉煤灰掺的较多。掺减水剂可有效地降低混凝土的单位用水量，从而降低水泥用量。缓凝型减水剂还有抑制水泥水化作用,可降低水化温升，有利于防裂。还可延迟水化热释放速度,热峰也有所降低。这种减水剂可以缓凝，在大体积混凝土中可以避免冷接缝,提高工作性及流动性,有利于泵送，对收缩及抗拉强度几乎没有什么影响。

　　3.2 选择合理的结构形式和分缝分块

　　结构形式对温度应力和裂缝的出现具有重要影响，浇筑块尺寸对温度应力影响也非常大,浇筑块愈大,温度应力也愈大，愈容易产生裂缝，因此合理的分缝分块对防裂缝有重要意义。实际经验和理论分析都表明，当浇筑块平面尺寸控制在15m×15m 左右时，温度应力比较小。

　　3.3 合理进行温度控制。

　　(1)降低混凝土出机温度,可采用预冷骨料，冷水拌和,加冰拌和等方法。

　　(2)加快浇筑速度，减小暴露时间。

　　(3)采用台阶式浇筑法，把混凝土浇筑方式从全平面浇筑改为台阶浇筑，这样可缩短混凝土面层暴露时间。

　　(4)表面保温：在混凝土表面覆盖保温材料，以减少内外温差，降低混凝土表面温度梯度。

　　(5)夏季尽量在夜间浇筑。

　　3.4 加强施工管理。

　　提高混凝土施工质量,除了严格控制混凝土温度外，必须加强施工管理，提高混凝土施工质量。在混凝土结构中，混凝土的强度不是均匀的，裂缝总是从强度最低的薄弱处开始，当混凝土质量控制不严，混凝土离散系数大时，裂缝就多。为防止裂缝，必须加强施工管理,提高混凝土的施工质量。

　　四、结束语

　　总之，混凝土的物理力学性质决定了大体积混凝土温度裂缝是不可以避免的，掌握混凝土裂缝的产生原因对于进行合理的结构设计和施工是极为重要的。从材料质量、施工技术、环境状态等方面采取措施综合治理, 使混凝土结构工程更趋于合理、安全。