大体积混凝土结构温度裂缝控制

大体积混凝土结构温度裂缝控制

袁勇军

青海第一路桥建设有限公司青海西宁810028

大体积混凝土结构截面尺寸较大，外荷载引起裂缝的可能性很小，而水泥在水化反应中释放的水化热产生的温度变化和混凝土收缩的共同作用下，会产生较大的温度应力和收缩应力，是大体积混凝土产生裂缝最主要的原因之一。裂缝问题是大体积混凝土最主要的工程问题，所以合理控制温度，防止因混凝土内外温差过大而引起的裂缝尤为重要。

1温度裂缝产生原因

1.1干缩温度裂缝

置于湿度不饱和状态下的混凝土，温度越高水分散失越快，混凝土的坍落度损失越大，在坍落度保持不变的情况下，用水量随着温度的升高而增加，而较多的用水量和较快的水分散失促使混凝土干燥收缩值增大，则产生了干缩裂缝。干缩裂缝多在混凝土养护一段时间才出现，为表面较细小的，多沿短方向分布，裂缝深度一般只有30mm左右，表层以下仍保持结构的完整性。这种裂缝产生的主要原因是由于混凝土表面温度，湿度变化快，而内部湿度变化小，在表面产生较大拉应力而引起的。也可以说干缩裂缝是受到混凝土内部约束引起的。

1.2塑性温度裂缝

混凝土塑性状态时，开始终凝，此时如果天气炎热，阳光直射或者刮大风，拌合物的水风蒸发速度较快，混凝土表面产生积聚的体积收缩，而混凝土尚未有强度，在混凝土表面产生龟裂，同时温度高加速水泥的水化作用，当混凝土表面的水蒸发速度超过混凝土的泌水速度时，混凝土体积收缩加快，当混凝土因体积收缩而产生的应力大于萌发阶段的抗拉强度，产生塑性温度裂缝，这种裂缝出现的时间较早，在混凝土初凝前已经发生。塑性温度裂缝一般在干热和刮大风天气易出现，裂缝多为中间宽，两端细且长短不一，互不贯通。塑性温度裂缝受到混凝土内部的约束作用产生的。

干缩温度裂缝和塑性温度裂缝都是由于内部约束引起的，虽然只在混凝土的表面，细小且深度不大，但对混凝土结构的外观及使用寿命却有很大影响，应及时采取措施进行控制，否则在荷载等其他因素的作用下，细小裂缝互相贯通形成大裂缝，使钢筋锈蚀造成结构破坏。

1.3温度应力裂缝

温度应力裂缝是混凝土外部约束引起的，主要是由于内部温度升高产生了温度拉应力。温度应力的形成过程可分为以下3个阶段。

1）早期：自浇筑混凝土开始至水泥放热基本结束，一般30d。这一阶段水泥放出大量的水化热，引起混凝土的弹性模量急剧变化在混凝土内部形成残余应力。水泥的水化热和混凝土的出机温度会影响混凝土内部温度的峰值，出机温度越高，峰值也越高，导致混凝土内外温差也大。对于大体积混凝土，混凝土内部的温度峰值在混凝土浇筑后的72h达到最高温度，有时可达80℃，由于混凝土内部散热慢而表面散热快，这种温差在混凝土表面产生拉应力。

2）中期：自水泥放热基本结束至混凝土冷却到稳定温度时止。由于混凝土的冷却及外界气温的变化引起的温度应力，这一应力与早期的残余应力叠加，混凝土弹性模量变化不大。均匀降温冷却时，受到基础或老混凝土的限制，又会在混凝土内部产生拉应力。

3）晚期：混凝土完全冷却后的运转时期。这时的温度应力主要是外界气温变化引起的，这些应力与前两种应力相加。进一步加速裂缝的开展，直至平衡。

当温度应力大于混凝土的抗拉强度和变形能力时，混凝土就会产生温度应力裂缝。温度应力裂缝多发生在施工后的2-3个月以后，在结构的中部出现较深或贯穿性的，破坏结构整体性的的裂缝。所以，温度应力对大体积混凝土裂缝影响最大，在施工中要很好的控制混凝土的温度，避免产生超过规范要求的温度应力。

2大体积混凝土温度控制方法

2.1混凝土内部温度的预测

混凝土内部温度主要与混凝土组成材料的拌制温度，出机温度，运输温度，浇筑温度，水泥品种等有关。组成材料的拌制温度受拌合水，水泥，骨料和外加剂的影响。拌合水从单位重量来讲对混凝土的温度影响最大，因为水的比热容是水泥和骨料比热容的5倍，如果水的温度改变15℃，其他组分不变，混凝土的温度改变2.9℃。因为，大型混凝土搅拌站可以通过制冷机将谁温降低来改变混凝土的温度。水泥占混凝土拌合物重量的10%-15%，水泥温度升高10℃，混凝土的温度升高1℃。骨料占混凝土拌合物重量的75%左右，骨料温度改变2℃，混凝土的温度改变1.3℃，所以骨料应尽可能保持较低的温度和较稳定的含水率。外加剂用量少，本身对混凝土拌合物的温度没多大影响，但可以调节水和水泥的用量，可以调节水和水泥对混凝土温度的影响，起到间接的作用。

混凝土的出机温度与混凝土拌制时各组成材料的温度有关，如果册出混凝土各组成材料的温度，混凝土的出机温度就可以预测出来。计算公式为

式中：T为混凝土的出机温度，℃；Ta,Tc,Tw,Twa分别为骨料，水泥，水和骨料中自由水的温度，℃；Wa,Wc,Ww,Wwa分别为骨料，水泥，水和骨料中自由水的重量，kg。

混凝土出机后，经过运输浇筑入模，在夏天混凝土从搅拌机到浇筑地点较近的情况下，运输过程热量不会损失很多。大体积混凝土在浇筑完毕，水泥已经开始水化，混凝土内部温度峰值可以按照经验公式计算，即

T1=T＇+C•a.(1)

式中：T1为混凝土内部峰值温度温度，℃；T＇为混凝土浇筑入模时温度，℃；C为每立方米混凝土水泥用量，kg/m3;a为经验系数，采用矿渣水泥，火山灰水泥，粉煤灰水泥α=0.1，当采用普通水泥α=0.105。

根据式（1）计算出混凝土内部峰值温度后，可以根据气候条件和施工情况控制大体积混凝土内部的温度峰值，使施工有可能将混凝土表面温度和内部温差控制在设计要求的范围内，因为当混凝土内外温差超过一定的限度，混凝土的拉应力小于热涨应力，便会产生温度应力裂缝。

2.2混凝土内部温度的控制

根据原始情况计算出混凝土内部峰值温度，并根据影响峰值温度的因素进行混凝土内部温度的控制。措施如：①改善混凝土骨料级配，如大体积混凝土基础可掺加15%块石。用干硬性混凝土，掺加混合料，加引气剂或塑化剂等措施以减少混凝土中的水泥用量，减少水化热；②采用低热水泥，以降低水热化；③拌和混凝土时用水掺冰屑或用水将碎石冷却以降低混凝土的浇筑温度④气温高时，减少混凝土的浇筑厚度，利用浇筑层面散热；⑤在混凝土中埋设蛇形冷却水管，通入冷水降温；⑥加强混凝土养护，适当延长养护时间和规定合理的拆模时间，使混凝土缓慢冷却。

2.3混凝土外部温度的控制

按要求测定浇筑后的混凝土表面和内部温度，将温差控制在设计要求的范围内，当设计无具体的要求时，混凝土内外温差不宜超过25℃。所以内部峰值温度确定后，就可以根据气候条件采取控温措施，在混凝土浇筑，养护过程中采取措施控制表面温度。根据不同环境采取不同养护方式，如采用蓄水和盖塑料薄膜，再盖上草袋和麻袋进行保温保湿养护，在冬季可搭设保温挡风棚。覆盖层的厚度应根据温控指标的要求通过计算确定。气温骤降时进行表面保温，以免混凝土产生急剧的温度梯度。施工中长期暴露的混凝土浇筑表面，在气温低时应采取保温措施。

在混凝土浇筑，养护过程中，每隔8h不少于2次测试混凝土的温度，大体积混凝土埋设测温元件，按规定进行测温，以便采取保温措施，控制内外温度差和混凝土内部的降温速度，降温速度不大于5℃/d。

3控制温度措施

为了防止温度裂缝，减轻温度应力重点应从控制温度和改善约束两个方面考虑，①合理的分缝分块，对较长结构设置后浇带，对基岩和原老混凝土垫层，在表面铺设50-100mm砂垫层，以消除基岩约束和嵌故作用；②避免大体积混凝土基础过大起伏；③合理的安排施工工序，避免过大的高差和混凝土侧面长期暴露；④适当配置温度钢筋，减少混凝土温度应力。

4结束语

对混凝土的施工温度与裂缝之间的关系进行理论上的初步探讨，虽然学术界对于混凝土温度裂缝的成因，预防改善措施有了一定的研究，但工程技术人员在具体使用中还要针对具体情况多观察，多分析，多总结，结合多种预防处理措施，混凝土的温度裂缝是完全可以避免的。