浅谈大体积混凝土基础温度裂缝控制技术

浅谈大体积混凝土基础温度裂缝控制技术

胡晓健

杭州铜运建设工程有限公司311300

【摘要】水泥凝结时，会产生大量的水化热，使混凝土结构的温度梯度过大，从而导致混凝土结构出现温度裂缝。本文从大体积混凝土基础温度裂缝的角度入手，分析了大体积混凝土基础温度裂缝的产生原因及施工方面采取措施。

【关键词】混凝土；基础温度；裂缝控制；施工技术

伴随着国内高层、超高层、特殊工程建筑物及大型设备基础不断地涌现，大体积混凝土结构在工程中出现的频率越来越多，大体积混凝土的温度裂缝已成为工程中普遍存在的技术问题。

1、大体积混凝土基础温度裂缝产生原因

大体积混凝土施工常见的质量问题是温度裂缝。混凝土随着温度变化而发生膨胀收缩，称为温度变形。对于大体积混凝土施工阶段来讲，裂缝是由于混凝土温度变形而引起的。由于混凝土温度变化产生变形受到混凝土内部和外部的约束影响，产生较大应力，尤其是拉应力，是导致混凝土产生裂缝的主要原因。现分述如下：

1.1水泥水化热是大体积混凝土开裂的主要因素

水泥水化热是大体积混凝土中主要温度因素。混凝土在硬结过程中，由于水泥的水化作用，在初始几天产生大量的水化热，混凝土温度升高。由于混凝土导热不良，体积较大，相对散热较小，因此形成热量的积聚。内部水化热不易散失，外部混凝土散热较快，水化热温升随壁（板）厚度增加而加大，混凝土形成一定的温度梯度。无论温升阶段，还是温降阶段，混凝土中心温度总是高于混凝土表面温度。根据热胀冷缩的原理，中心部分混凝土膨胀速率要比表面混凝土大。因此，混凝土中心与表面各质点间的内约束以及来自地基及其它外部边界约束的共同作用，使混凝土内部产生压应力，混凝土表面产生拉应力。当温度梯度大到一定程度时，表面拉应力超过混凝土的极限抗拉强度时，混凝土表面产生裂缝。在升温阶段，混凝土未充分硬化，弹性模量小，因此拉应力较小，只引起混凝土表面裂缝。

1.2外界气温变化的影响

大体积混凝土在施工阶段，外界气温的变化影响是显而易见的。因为外界气温愈高，混凝土的浇筑温度也愈高，而如果外界温度下降，又增加混凝土的降温幅度，特别是气温骤降，会大大增加外界混凝土与内部混凝土的温度梯度，这对大体积混凝土是极为不利的。

混凝土内部的温度是水化热的绝热温度、浇筑温度和结构物的散热温降等各种温度的叠加，而温度应力则是由温差变形造成的；温差愈大，温度应力也愈大。同时，在高温条件下，大体积混凝土不易散热，混凝土内部的最高温度一般可达到60一65℃，并且有较大的延续时间（与结构尺寸和浇筑的块体厚度有关）。在这种情况下，研究合理的温度控制措施，防止混凝土内部温差引起的过大温度应力，就显得更为重要。

1.3约束条件与温度裂缝的关系

各种结构物在变形变化中，必然会受到一定的约束或抑制而阻碍变形，这就是指的约束条件。约束种类一般可概括为两类：即外约束和内约束（亦称自约束）。外约束指结构物的边界条件，一般指支座或其他外界因素对结构物变形的约束。内约束指较大断面的结构，由于内部非均匀的温度及收缩分布，各质点变形不均匀而产生的相互约束。具有大断面之结构，其变形还可能受到其他物体的宏观约束。大体积混凝土由于温度变化会产生变形，而这种变形又受到约束，便产生了应力，这就是温度变化引起的应力状态。

1.4混凝土的收缩变形

混凝土中80%的水分要蒸发，约有20%的水分是水泥硬化所必须的。混凝土水化作用时产生的体积变形，称为“自生体积变形”。该变形主要取决于胶凝材料的性质，对于普通水泥混凝土来说，大多数为收缩变形，少数为膨胀变形，一般在-50~+50x106币范围内。

2、原材料选择措施

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、热量比较小、线膨胀系数较小，自生体积变形最好是微膨，至少是低收缩。主要经验有以下几条：

2.1水泥的选择

水泥水化热的大小，对混凝土的温升影响很大，因此选用C3S及C3A含量低的中、低热水泥可有效的降低混凝土温升。一般以每千克水泥用量的水化热，7d后限制在293）以下，28d后限制在335）以下的比较合适，并宜选用低矿碴水泥、火山灰质水泥、粉煤灰质水泥或抗硫酸盐水泥。

2.2粗、细骨料选择

粗骨料宜优先选用自然连续级配，因为连续级配骨料配制混凝土具有较好的和易性，可以适当减少水泥用量，达到相应的强度，使混凝土均匀、易密实。另外在选择粗骨料时，优先选用碎石，用碎石拌制的混凝土有较高的强度、良好的抗裂性能。

细骨料宜选用中粗砂，通过试验表明每立方混凝土能够减少水泥用量20—25kg，而一般来说，每立方混凝土减少10kg水泥，在绝热温升中，温度就会降低1℃。

2.3掺加粉煤灰

不仅可以改善混凝土的和易性，也能明显地改善其干缩性和脆性；既可以降低混凝土的水化热，同时还有明显的经济效益。粉煤灰是大体积混凝土中防裂效果最好的一种外加剂。通常采用I级粉煤灰效果最佳。但粉煤灰的掺量不宜过大，否则会出现早期强度低、低温泌水大的缺点。但对于高强混凝土，对振动或冲击有要求的结构中，建议不掺加粉煤灰。

2.4优化配合比

大体积混凝土配合比的原则是在满足强度要求的同时，尽量减少水泥用量，提高混凝土的流动性，改善混凝土的和易性。尤其是对混凝土和易性中的流动性、粘聚性和保水性，要反复进行试验，以选出比较合适的配合比。

3、从施工方面采取措施

3.1混凝土的浇筑顺序

为了有效降低大体积混凝土内外温差，在大体积混凝土施工中常采用分块浇筑。分块浇筑又可分为分层浇筑和分段跳仓浇筑法两种。分层浇筑法目前有全面分层法、分段分层法和斜面分层法，全面分层法能够使混凝土均匀散热，不宜产生垂直裂缝，但要求混凝土的拌和、运输能够满足混凝土在初凝前连续浇筑，不产生水平施工缝；分段浇筑法适用于混凝土拌和能力低，对大体积混凝土抗渗要求不高的结构物：斜面分层法适用于平面尺寸较大但厚度较小的结构物。

3.2控制混凝土出机温度和浇筑温度

尽量降低混凝土入模温度，尤其是在炎热季节，应从混凝土的原材料着手控制温度，如可采取将砂石料场遮阳浇水冷却来降低地材温度，也可以向拌和水中加冰，使水温保持在10℃左右。另外要特别注意水泥温度，尤其是散装水泥应先测其温度，如超过50℃可采取风冷却或水冷却的方法。在混凝土的运输过程中尽可能连续、缩短运输及停留时间，减少混凝土运输工程中的吸热。尽可能将混凝土浇筑安排在夜间施工。在冬季施工时，一般来说入模温度容易控制，但必须注意保温，特别是初凝期注意混凝土表面防冻。

3.3混凝土表面泌水处理

一般来说，大体积混凝土存在表面泌水现象，但泌水量的大小与水泥品种、外加剂成分、拌和时间及混凝土坍落度有关。若出现应及时排除，以提高混凝土质量。

3.4混凝土浇筑完成后，及时采取保温保湿措施

应符合以下规定：保温养护措施应使混凝土浇筑块体的内外温差及降温速度满足温控指标的要求；保温养护的持续时间应根据温度应力（包括混凝土收缩产生的应力）加以控制，但不得少于15天，保温层的拆除应分层逐步进行；在保温养护过程中，应在混凝土表面先覆盖一层薄膜，保证水分不散失，并在薄膜下洒水保持混凝土表面的湿度。

3.5混凝土养护期间注意天气变化，制定备用方案

在大体积混凝土施工时，要与当地气象部门联系，对明显的降温、暴雨或大风天气要制定相应方案，如备用覆盖物品，防风物资，避免混凝土温度的突变，以达到控制裂缝的目的。

四、结语

导致裂缝的主要原因是由于水泥水化热升高使混凝土温度变化产生温度应力造成大体积混凝土产生裂缝。本文分析裂缝影响因素，并从设计、材料、施工、等方面总结出大体积混凝土温度裂缝的控制方法。

参考文献：

[1]《混凝土结构设计规范》GB50010—2002

[2]《高层建筑混凝土结构技术规程》JGJ33-200