□□向山河

大體積混凝土溫度裂縫的控制

Temperature Cracking Control on Mass Concrete

□□向山河

大體積混凝土施工，如何減少并控制裂縫的產(chǎn)生是施工的關(guān)鍵問(wèn)題，本文就裂縫產(chǎn)生的原因及如何控制混凝土溫度裂縫進(jìn)行了闡述，并在具體工程中加以探索。

大體積混凝土；裂縫；施工措施

大體積混凝土結(jié)構(gòu)，混凝土的體積常常達(dá)到幾百到幾千立方米。由于水泥水化過(guò)程中釋放出大量的水化熱引起溫度變化和混凝土拉伸變形，在混凝土內(nèi)產(chǎn)生溫度應(yīng)力和收縮應(yīng)力，從而產(chǎn)生裂縫，這些裂縫常常給工程帶來(lái)不同程度的危害，給工程的正常使用帶來(lái)影響。因此，控制溫度應(yīng)力和溫度變形裂縫，是大體積混凝土結(jié)構(gòu)施工中一個(gè)重要課題。

1 大體積混凝土產(chǎn)生裂縫的主要原因

1.1 水泥水化熱影響

大體積混凝土內(nèi)部熱量的主要來(lái)源是在澆筑初期，產(chǎn)生大量的水化熱，使混凝土的溫度很快上升，如果混凝土內(nèi)部由于截面厚大，散熱條件差，水化熱聚集在結(jié)構(gòu)內(nèi)部不易散發(fā)，則溫度上升較多，內(nèi)外形成溫度梯度，產(chǎn)生內(nèi)約束(壓應(yīng)力)、面層產(chǎn)生拉應(yīng)力。當(dāng)該拉應(yīng)力超過(guò)混凝土極限抗拉強(qiáng)度時(shí)，混凝土表面就產(chǎn)生裂縫。

據(jù)有關(guān)資料，當(dāng)混凝土內(nèi)外溫差≤25℃時(shí)混凝土的裂縫有可能不會(huì)產(chǎn)生。

1.2 混凝土收縮變形影響

混凝土拌合水中，只有約20%的水分是水泥水化所需要的，其余80%是混凝土在澆筑過(guò)程中保證足夠的和易性所需要的，都會(huì)蒸發(fā)掉?；炷猎谒嗨^(guò)程中的體積變形，多數(shù)是收縮變形，少數(shù)是膨脹變形，多余水分的蒸發(fā)是混凝土體積收縮的主要原因之一。當(dāng)存在約束時(shí)，這種干燥收縮即產(chǎn)生收縮應(yīng)力。

2 防止產(chǎn)生溫度裂縫的措施

為了防止大體積混凝土溫度裂縫發(fā)生，應(yīng)采取控制混凝土溫升，延緩混凝土的降溫速率，減少混凝土收縮，改善混凝土極限拉應(yīng)力，完善構(gòu)造設(shè)計(jì)等措施。同時(shí)在大體積混凝土結(jié)構(gòu)施工過(guò)程中進(jìn)行溫度監(jiān)測(cè)，使施工人員及時(shí)了解混凝土結(jié)構(gòu)內(nèi)部溫度變化情況。

2.1 控制混凝土溫升

為控制大體積混凝土結(jié)構(gòu)因水化熱而產(chǎn)生溫升，應(yīng)控制混凝土配合比：

（1）混凝土升溫的熱源是水泥水化熱，選用中、低熱的水泥品種可以減少水化熱，使混凝土減少升溫，根據(jù)工程要求選定P.O42.5普通硅酸鹽水泥或P.S.A42.5礦渣硅酸鹽水泥，從水泥水化熱來(lái)講，42.5礦渣硅酸鹽水泥水化熱為190J／kg，而42.5普通硅酸鹽水泥水化熱為250J／kg。

（2）摻入粉煤灰外加料。在混凝土內(nèi)摻入一定數(shù)量的粉煤灰，不但可以替代部分水泥降低水泥用量，而且能改善混凝土的和易性，降低混凝土的水化熱。但是，摻加粉煤灰在對(duì)混凝土的后期強(qiáng)度有所改善的同時(shí)，對(duì)早期抗拉強(qiáng)度及早期極限拉伸均有少量降低，因此，對(duì)于早期抗裂要求比較高的工程，粉煤灰摻入量應(yīng)減少一些，以防止表面出現(xiàn)細(xì)微裂縫。

（3）粗細(xì)骨料級(jí)配。自然連續(xù)級(jí)配的粗骨料配制的混凝土具有較好的和易性，用水量和水泥用量較少，抗壓強(qiáng)度較高。粗骨料的規(guī)格往往與結(jié)構(gòu)配筋間距以及澆筑工藝等因素有關(guān)，應(yīng)盡量選用粒徑較大，級(jí)配良好的石子。增大骨料粒徑可減少水量及水泥用量，降低水泥的水化熱，但是骨料粒徑增大后，容易引起混凝土的離析。因此要優(yōu)化級(jí)配設(shè)計(jì)，同時(shí)施工時(shí)要充分?jǐn)嚢?，加?qiáng)澆筑和振搗工作。根據(jù)試驗(yàn)資料表明，石子采用40mm比5～25mm的，每立方米混凝土可減少水15kg、水泥20kg左右。

細(xì)骨料應(yīng)以中粗砂為宜，采用細(xì)度模數(shù)2.7，平均粒徑為0.38mm的中粗砂較之細(xì)度模數(shù)為 2.12，平均粒徑為0.366mm的細(xì)砂，每立方米混凝土可減少水20～50kg、水泥 28～35kg。

（4）添加混凝土外加劑。添加可以提高混凝土早期和后期強(qiáng)度的添加劑、緩凝劑、減水劑等有助于減少水泥用量，避免混凝土水化熱集中釋放，從而大大改善大體積混凝土內(nèi)外溫度差。

2.2 延緩混凝土的降溫速率

大體積混凝土澆筑后，應(yīng)及時(shí)對(duì)混凝土進(jìn)行保濕、保溫養(yǎng)護(hù)，減少混凝土表面熱擴(kuò)散及混凝土升溫階段的內(nèi)外溫差，延緩混凝土水化降溫速率，減少結(jié)構(gòu)溫差。為防止因溫度應(yīng)力過(guò)大產(chǎn)生表面裂縫，保濕養(yǎng)護(hù)材料以土工布灑水為宜；而防止氣溫驟降，塑料布及草袋作為臨時(shí)保濕則更為合適。

2.3 減少混凝土收縮

摻入微膨脹外加劑，可補(bǔ)償混凝土因多余水蒸發(fā)導(dǎo)致的收縮對(duì)于防止溫度和干縮裂縫十分有益。

3 工程實(shí)例

3.1 工程概況

西寧水泥廠熟料庫(kù)，直徑40m，庫(kù)壁高度35.25m，庫(kù)中心高47m。整板基礎(chǔ)尺寸為直徑43m×1.5m厚圓板，混凝土澆注量約2178m3，強(qiáng)度等級(jí)為C35，施工日平均氣溫25℃。考慮到大體積混凝土的施工特點(diǎn)和泵送對(duì)混凝土性能的要求，我們對(duì)混凝土組成材料的種類及摻量選擇如下：

水泥采用 PCB 40(越南產(chǎn))普通硅酸鹽水泥。為控制溫度升高，1m3混凝土水泥用量限制在400kg。

粗集料采用 20mm×30mm的碎石；細(xì)集料采用中砂，細(xì)度模數(shù)2.7。為防止水化熱集中釋放，減少水泥用量，每立方米混凝土摻人復(fù)合外加劑VINKEMS@CONREX RT 4L，有增強(qiáng)、緩凝的作用，以保證混凝土坍落度維持在18±2mm及混凝土初凝時(shí)間達(dá)

式中：W——水泥用量，即400kg／m3

r——混凝土容重,取2400kg／m3

C——混凝土比熱，0.97kJ／kg·℃

Q——混凝土28d發(fā)熱量，水／灰=0.35時(shí)，

可見(jiàn) ，該混凝土的絕熱溫升約為60～70℃,對(duì)混凝土內(nèi)外溫差加以有效控制是十分必要的。

（2）溫度測(cè)試方法及保溫措施

在此次基礎(chǔ)施工中，我們共埋設(shè)測(cè)溫器5個(gè)（φ10銅管5處，中心一點(diǎn)，周圍4點(diǎn)），測(cè)試工具為100℃溫度計(jì)15只，一孔三只溫度計(jì)(做好標(biāo)記)，分基礎(chǔ)上部、中部、下部。在選擇保溫方案時(shí)，原則是保證混凝土的內(nèi)外溫差在 25℃之內(nèi)，在此基礎(chǔ)上盡量簡(jiǎn)化保溫措施和節(jié)省保溫材料費(fèi)用。首先考慮的保溫方案是在混凝土初凝后，用農(nóng)用噴霧器在混凝土表面噴灑一薄層水，以保證混凝土潤(rùn)濕養(yǎng)護(hù),隨后覆蓋一層塑料布，一層草袋，再覆蓋一層塑料布。當(dāng)測(cè)溫結(jié)果證明該保溫措施不足“控制混凝土內(nèi)外溫差在25℃以內(nèi)時(shí)”，再增蓋一層草袋或用碘鎢燈加熱。

3.2 實(shí)際操作

從澆注之日起，2～5d，每 2h 測(cè)溫一次；6～l0d，每 4h測(cè)溫一次；11～15d，每8h測(cè)溫一次。整板混凝土澆注歷時(shí)2.5d。在澆注和測(cè)溫過(guò)程中日平均溫度在25℃左右。到6h。

（1）混凝土絕熱溫升

整板混凝土的絕熱溫升可由下式算得：

測(cè)溫過(guò)程證明，采用兩層塑料布加一層草袋進(jìn)行保溫是足夠的，所有測(cè)點(diǎn)的內(nèi)外溫差基本上都控制在22℃之內(nèi)，個(gè)別測(cè)溫點(diǎn)在個(gè)別時(shí)間上，其中部與上表面溫差雖超過(guò)22℃，但也低于25℃。圖2給出了中心測(cè)點(diǎn)C的溫度曲線。溫控結(jié)束時(shí)我們觀察到，整板基礎(chǔ)沒(méi)有溫度裂縫產(chǎn)生，說(shuō)明溫控過(guò)程是成功的。

4 結(jié)論

對(duì)1500mm厚的C35混凝土整板基礎(chǔ)，在日平均溫度25℃左右時(shí)，采用兩層塑料布加一層草袋來(lái)進(jìn)行保溫是可行的。實(shí)測(cè)結(jié)果證明，混凝土中心溫度和表面溫度之差皆控制在25℃之內(nèi)。保溫結(jié)束后認(rèn)真觀察，沒(méi)發(fā)現(xiàn)溫度裂縫產(chǎn)生。

[1]建筑施工手冊(cè)[M].，中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2003，[第四版]縮印本.

[2]譚克鋒，等.筏板基礎(chǔ)施工中大體積混凝土溫度裂縫的控制措施[J].混凝土與水泥制品，2001，5.

[3]中建六局第四工程公司熟料庫(kù)施工方案[C].

TQ172.8

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2009-07-10；

呂 光