龔 亮

溫度裂縫是長(zhǎng)期困擾大體積混凝土的主要難題，混凝土中裂縫的出現(xiàn)嚴(yán)重影響到混凝土結(jié)構(gòu)的整體性和耐久性，從而影響到混凝土結(jié)構(gòu)的使用功能及安全性能。因此在大體積混凝土施工過(guò)程中，溫度應(yīng)力及溫度的控制十分重要。

1 溫度裂縫產(chǎn)生的機(jī)理

大體積混凝土一般是指實(shí)體截面最小尺寸不小于1 m的混凝土構(gòu)件，或預(yù)計(jì)會(huì)因水泥水化熱引起混凝土內(nèi)外溫差過(guò)大而導(dǎo)致裂縫的混凝土［1］。大體積混凝土工程，水泥用量多，結(jié)構(gòu)截面大，混凝土澆筑后，水泥水化產(chǎn)生大量的水化熱。由于混凝土的體積較大，大量的水化熱聚積在混凝土內(nèi)部而不易散發(fā)，導(dǎo)致內(nèi)部溫度急劇上升，而混凝土表面散熱較快，使得混凝土結(jié)構(gòu)內(nèi)外出現(xiàn)較大的溫差，這些溫差造成內(nèi)部與外部熱脹冷縮的程度不同，使混凝土表面產(chǎn)生一定的拉應(yīng)力。當(dāng)拉應(yīng)力超過(guò)混凝土的抗拉強(qiáng)度極限時(shí)，混凝土表面就會(huì)產(chǎn)生裂縫。大體積混凝土結(jié)構(gòu)中，除有表面裂縫外，還存在貫通裂縫，貫通裂縫的產(chǎn)生是由于大體積混凝土在強(qiáng)度發(fā)展到一定程度，混凝土逐漸降溫，這個(gè)降溫差引起的變形加上混凝土失水引起的體積收縮變形，受到地基和其他結(jié)構(gòu)便捷條件的約束時(shí)引起的拉應(yīng)力，超過(guò)混凝土抗拉強(qiáng)度時(shí)所可能產(chǎn)生的貫通整個(gè)界面的裂縫。此外，外界氣溫的變化也會(huì)導(dǎo)致裂縫的產(chǎn)生。外界氣溫與混凝土的澆筑溫度有著直接關(guān)系，當(dāng)外界溫度高于混凝土拌合物的溫度時(shí)，混凝土內(nèi)部的熱量不容易散發(fā)，混凝土容易開裂;當(dāng)外界氣溫較低，特別是氣溫發(fā)生驟降時(shí)，會(huì)加大混凝土的溫度梯度，溫差加大，溫度應(yīng)力增大，大體積混凝土容易出現(xiàn)溫度裂縫。在寒冷地區(qū)，外界溫度的變化成為導(dǎo)致混凝土裂縫產(chǎn)生的主要因素。

2 防治措施

防治大體積混凝土溫度裂縫必須從兩方面入手:一方面，提高混凝土的抗拉強(qiáng)度，使其足夠大，大到各種因素引起的開裂應(yīng)小于它;另一方面，控制溫度應(yīng)力，使其盡可能小，永遠(yuǎn)小于混凝土的抗拉強(qiáng)度。因此溫度裂縫必需從材料、設(shè)計(jì)、施工、監(jiān)控方面進(jìn)行控制。

2.1 合理選材和優(yōu)化配合比

合理選擇水泥品種。選擇大體積混凝土的水泥時(shí)，應(yīng)當(dāng)把混凝土的絕熱溫升和抗拉強(qiáng)度結(jié)合起來(lái)考慮，宜選用中熱或低熱水泥以及盡量降低單位水泥用量。但也應(yīng)考慮到有的低熱水泥強(qiáng)度發(fā)展緩慢，對(duì)防止混凝土的開裂不利。目前采用較多的是礦渣硅酸鹽水泥和普通硅酸鹽水泥;合理選用粗細(xì)骨料。選擇良好級(jí)配的粗骨料，嚴(yán)格控制其含泥量，能選用石灰?guī)r作為粗骨料熱學(xué)性能最好［2］。優(yōu)先選用天然連續(xù)級(jí)配的粗集料，使混凝土具有較好的可泵性，減少用水量、水泥用量，進(jìn)而減少水化熱;合理選用摻合料和外加劑。選用摻合料以減少用水量、節(jié)約水泥，降低混凝土的絕熱溫升，提高混凝土的抗裂能力。常用優(yōu)質(zhì)粉煤灰或磨細(xì)硅粉、硅灰。此外摻用外加劑可以減緩水化熱的發(fā)生速率。外加劑主要指減水劑、緩凝劑和膨脹劑;優(yōu)化混凝土的配合比，按照基于絕熱溫升控制的綠色高性能混凝土配合比優(yōu)化設(shè)計(jì)四功能準(zhǔn)則對(duì)配合比進(jìn)行優(yōu)化，以便在保證混凝土強(qiáng)度及流動(dòng)度條件下，盡量節(jié)省水泥、降低混凝土絕熱溫升。

2.2 合理設(shè)計(jì)

1)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)合理。采用合理的平立面的設(shè)計(jì)，避免截面突變，從而減小約束應(yīng)力;合理選擇結(jié)構(gòu)形式，避免應(yīng)力集中?；炷两Y(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)盡量避免方形孔洞，突變等的出現(xiàn)?？锥吹脑O(shè)計(jì)宜采用圓形，以減小應(yīng)力集中?？锥此闹茉雠湫毕蜾摻?、鋼筋網(wǎng)片，在變斷面處作好漸變處理。2)鋼筋配置適宜。調(diào)整鋼筋配置方案，增設(shè)溫度傳遞分布筋，將混凝土內(nèi)部熱量及時(shí)傳遞出來(lái)，防止內(nèi)部熱量積蓄。合理布置分布鋼筋，盡量采用小直徑，密間距。全截面配筋率不小于0.3%，應(yīng)在0.3%～0.5%之間。3)注重地基的影響。設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)考慮到地基的影響作用而應(yīng)減小地基對(duì)混凝土基礎(chǔ)的阻力，從而減小溫度應(yīng)力，避免溫度裂縫的發(fā)生。當(dāng)?shù)鼗鶠檐浲恋鼗鶗r(shí)，可設(shè)計(jì)用砂墊層加固地基，減小地基對(duì)混凝土基礎(chǔ)的約束作用，同時(shí)提高地基的承載能力，減小地下水的影響。當(dāng)?shù)鼗鶠閳?jiān)硬巖基時(shí)，可在基礎(chǔ)底部設(shè)置滑動(dòng)層，如鋪設(shè)油氈，瀝青砂漿層等。4)重視混凝土的后期強(qiáng)度。在滿足混凝土強(qiáng)度和耐久性的前提下，可以采用混凝土45 d，60 d或90 d的強(qiáng)度作為混凝土的設(shè)計(jì)強(qiáng)度，代替混凝土的28 d強(qiáng)度。這樣可使每立方米混凝土的水泥用量減少40kg～70kg，使混凝土的水化熱相應(yīng)降低4℃～7℃。5)有效設(shè)置后澆帶。在大型高層建筑中，可以考慮設(shè)置“后澆帶”來(lái)減小混凝土的溫度變形，避免溫度裂縫和收縮裂縫的出現(xiàn)，對(duì)裂縫的預(yù)防和控制擴(kuò)展起到相當(dāng)?shù)淖饔谩?/p>

2.3 施工控制

2.3.1 降低混凝土的入模溫度

控制混凝土的入模溫度可以降低大體積混凝土中的溫差，減小溫度應(yīng)力。降低入模溫度的主要措施有:1)加冷卻水或者加冰拌合混凝土。一般加冰率為拌合水的40%～50%，可降低溫度約5℃～7℃;2)預(yù)冷骨料。常用的預(yù)冷方法有水冷法與氣冷法;3)改進(jìn)攪拌工藝。采用二次投料的凈漿裹石或砂漿裹石工藝，減少水化熱和裂縫;4)低溫季節(jié)或夜間施工。每年的春秋季節(jié)和南方的低溫季節(jié)比較適合澆筑大體積混凝土，高溫季節(jié)采用隔熱降溫措施;5)縮短混凝土的運(yùn)輸和暴曬時(shí)間?；炷恋娜肽囟葢?yīng)該盡量控制在25℃以下［3］。

2.3.2 提高混凝土澆筑質(zhì)量

1)分層分塊與薄層澆筑混凝土。大體積混凝土體積龐大，施工中利用縱橫接縫將壩體分割成許多塊，并利用水平縫將每一塊分成許多澆筑層。分層分塊澆筑不僅便于施工，更利于減小約束，防止裂縫和增加散熱面，從而降低施工期間的溫度應(yīng)力，減小產(chǎn)生裂縫的可能性。施工時(shí)應(yīng)從底層開始澆筑，進(jìn)行到一定距離后再澆筑其他各層。要注意混凝土的澆筑節(jié)奏、凝結(jié)時(shí)間，保證澆筑過(guò)程中不產(chǎn)生冷縫。2)保證混凝土振搗密實(shí)?；炷恋恼駬v實(shí)行快插慢拔、分層振搗的振搗方法，提倡采用二次振搗、二次抹面技術(shù)，以排除泌水、混凝土內(nèi)部的水分和氣泡。振搗上一層時(shí)插入下一層混凝土5cm以消除兩層間的接縫。通過(guò)二次振搗可以使混凝土更加密實(shí)，提高混凝土的抗拉能力。3)注重混凝土的收壓。在混凝土初凝之前二次用力搓平并將表面拉毛，拉毛必須保證紋路均勻順直。條件允許時(shí)最好采用滾筒碾壓數(shù)遍，并用木楔打磨壓實(shí)，以閉合收縮裂縫，保證混凝土內(nèi)實(shí)外光。

2.3.3 加強(qiáng)混凝土的養(yǎng)護(hù)

混凝土澆筑后，及時(shí)進(jìn)行養(yǎng)護(hù)，以通過(guò)降低混凝土內(nèi)外溫度差和減慢降溫速度來(lái)達(dá)到降低塊體自約束應(yīng)力和提高混凝土抗拉強(qiáng)度，以承受外約束應(yīng)力時(shí)的抗裂能力。養(yǎng)護(hù)主要是保持適當(dāng)?shù)臏貪穸葪l件。根據(jù)不同的施工季節(jié)可以采用不同的養(yǎng)護(hù)方式，夏季可以采用草簾覆蓋，灑水、澆水養(yǎng)護(hù)，澆水養(yǎng)護(hù)時(shí)應(yīng)特別注意水溫的控制，以防混凝土表面出現(xiàn)溫度陡降，澆水養(yǎng)護(hù)的時(shí)間一般不少于15 d;冬季可以采用保溫材料和塑料薄膜覆蓋，噴刷養(yǎng)護(hù)劑進(jìn)行養(yǎng)護(hù)。

2.4 溫度監(jiān)控

加強(qiáng)測(cè)溫和溫度監(jiān)測(cè)與管理，實(shí)行信息化控制，隨時(shí)掌握混凝土中心與表面的溫差以及混凝土表面和氣溫之間的溫差，差值均應(yīng)小于20℃;當(dāng)結(jié)構(gòu)混凝土具有足夠的抗裂能力時(shí)，不大于25℃～30℃。及時(shí)調(diào)整和改進(jìn)保溫控制措施。溫度監(jiān)控包括混凝土絕熱溫升的測(cè)試，混凝土澆筑溫度的監(jiān)測(cè)，養(yǎng)護(hù)過(guò)程中的溫度監(jiān)測(cè)。

3 討論

混凝土溫度裂縫的控制是一個(gè)綜合性的問(wèn)題。防止溫度裂縫的產(chǎn)生，必須從設(shè)計(jì)、原材料、攪拌、運(yùn)輸、澆筑、振搗、養(yǎng)護(hù)、測(cè)溫等過(guò)程進(jìn)行預(yù)控制。首先，合理選材和優(yōu)化配合比是至關(guān)重要的一環(huán)，從水泥、骨料、摻合料和外加劑的選擇到混凝土配合比的優(yōu)化都非常重要。其次，施工前合理的設(shè)計(jì)也是極為重要的環(huán)節(jié)，其中正確選擇結(jié)構(gòu)形式，避免應(yīng)力集中，重視混凝土的后期強(qiáng)度，注重地基對(duì)溫度裂縫的影響等均是設(shè)計(jì)時(shí)首要考慮的問(wèn)題。再則，施工過(guò)程的質(zhì)量控制也尤為重要，降低混凝土的入模溫度，提高混凝土的澆筑質(zhì)量，加強(qiáng)混凝土的養(yǎng)護(hù)均應(yīng)該認(rèn)真落實(shí)，同時(shí)各個(gè)階段的溫度監(jiān)控措施更是不容忽視，必不可少。

［1］JGJ 55-2000，普通混凝土配合比設(shè)計(jì)規(guī)程［S］.

［2］喬生祥.水工混凝土缺陷檢測(cè)和處理［M］.北京:中國(guó)水利水電出版社，1997.

［3］王鐵夢(mèng).工程結(jié)構(gòu)裂縫控制［M］.北京:中國(guó)建筑工業(yè)出版社，1997.

［4］張占偉.大體積混凝土溫度裂縫成因與控制［J］.山西建筑，2010，36(3):170-171.