超大体积混凝土温度裂缝产生机理分析与抗裂控制新对策

超大体积混凝土温度裂缝产生机理分析与抗裂控制新对策

摘要：全国各地工程规模日趋扩大，结构形式日益复杂，工业与民用建筑中对超大体积混凝土需求越来越多。由于其体积大，表面小，水泥水化热释放比较集中，内部温升比较快，当混凝土内外温差较大时，会使混凝土产生温度裂缝，影响结构安全和正常使用，所以必须从根本上分析它，来保证施工的质量。

关键词：超大体积混凝土温度裂缝产生机理分析抗裂控制新对

一、温度裂缝产生机理的原因及分析

超大体积混凝土在现代建筑行业中使用非常普遍，但是裂缝问题却让人非常头疼。由于大体积混凝土，表面小、体积大，水泥水化热释放较为集中，造成内部升温快，如果内外温度达到一定数值时，就会产生温度拉伸应力，当超过混凝土的抗拉强度时，就会导致裂缝的产生。对其原因进行了以下分析。

1、温度应力形成的三个阶段

从混凝土自浇到混凝土放热结束这个过程中，水泥会放出大量的水化热同时混凝土的弹性模量也会发生较大变化，因此这个阶段混凝土内会产生一些残余应力。中期紧接着早期水泥放热结束到混凝土温度降至稳定温度，这个阶段中混凝土弹性模量变化较小，环境温度的变化以及混凝土的冷却会导致温度应力的产生，这部分应力会和早期产生的残余应力叠加在一起。晚期主要指的是混凝土完全冷却后的运转时期。这个阶段环境温度的变化同样会导致温度应力的产生，与前两个阶段产生的应力结合在一起形成较大的温度应力合力。

2、温度应力的分类

按照导致温度应力的原因的不同，温度应力可分为两类：首先是自生应力，当边界完全静止或边界上午约束时，同时内部温度符合非线性分布，结构由于自身相互约束而产生温度应力。其次是约束应力，约束应力是指当结构边界收到一定量的外界约束，导致其自身无法自由形变而导致的应力。这两种温度应力往往和混凝土的干缩所引起的应力共同作用。根据现有的环境温度数据去准确分析温度应力的分布是一项十分困难的工作，一般情况下，可以通过数值计算或模型试验得到。

3、温度变化对温度应力的影响

混凝土温度的变化是导致温度应力的必要条件之一，其中温度变化分为升温和降温两个过程。升温过程中，环境气温以及水化热都会造成混凝土温度升高，

相比较而言，水化热影响较大，因此混凝土在浇筑会释放出大量水化热，形成较大温差，造成较大的温度应力。降温过程中主要包括水化热达到最高温度后的散热降温以及环境气温的变化引起的降维。当整体温度急剧降低时，相应混凝土表层会出现很大的温度梯度和很大的拉应变，这个过程变化快时间短，不能充分发挥混凝土裂变，会在混凝土表面产生较大的温度应力。

二、抗混凝土温度裂缝的预防措施

1、控制温度的措施

工程中，可以采用干硬性混凝土替代普通混凝土，同时掺加添加剂，改善骨料级配，可降低混凝土中水及水泥用量的比例。在搅拌混凝土过程加水或用水冷却碎石来降低混凝土的浇注温度。当环境温度较高时，可以适当降低浇筑厚度，利用浇筑层面散热。制定合理的拆模时间，气温骤降时采取一定的保温措施，降低混凝土表面急剧变化引起的温度梯度。另外，在施工中长期暴露的混凝土浇筑块表面或薄壁结构，在寒冷季节采取保温措施。

2、改善约束条件

根据实际情况合理地分块分缝，同时要避免施工基础有较大的起伏，安排合理的施工工序，避免侧面长期暴露及温差过大。

材料控制。

1)水泥：使用水化热较低的水泥以及尽量降低单位水泥用量；水泥在水化过程中要释放出一定的热量，而大体积混凝土结构断面较厚，表面系数相对较小，所以水泥发生的热量聚集在结构内部不易散失。单位时间混凝土释放的水泥水化热，与混凝土单位体积中水泥用量和水泥品种有关，并随混凝土的龄期而增长。

2)掺合料和外加剂：在混凝土中掺入水泥用量0.25%的减水剂，可同时减少10%的水泥用量，从而降低水化热的产生；在混凝土中掺入粉煤灰，不仅可代替水泥用量，而且可大大改善混凝土的可泵性和工作性，从而降低水化热的产生；在混凝土中掺入膨胀剂，混凝土在硬化过程中产生体积膨胀，可以部分或全部补偿硬化过程中冷缩和干缩，减免混凝土的开裂。

3)粗细骨料：在钢筋间距和泵车输送管的允许下，尽量选用粒径大的骨料，从而降低混凝土的干缩。

4)石子级配：石子级配对节约水泥及保证具有良好的和易性关系很大， 大体积混凝土宜采用连续级配。

5）水：水源对大体积混凝土的影响主要是在搅拌温度控制上，大体积混凝

土搅拌时必要时采用冰水混合搅拌，以降低混凝土入模温度。

3、施工控制

1)混凝土的供料：为使混凝土浇筑工作顺利进行，必须根据混凝土方量计算确定泵车台数及搅拌站生产能力，在浇筑前，搅拌站配备足够的原料，特别是水泥的备料，确保同一厂家，同一批次，符合同一混凝土配比的水泥。

2)混凝土的浇筑：大体混凝土浇筑主要有三种方式：其一，分层平行推进；其二，分层斜面推进；其三，分层交错推进方式。

3)混凝土的振捣：实行快插慢拔、分层振捣的振捣方法。振捣上一层时插入下一层混凝土5cm以消除两层间的接缝。通过二次振捣可以使混凝土更加密实，对提高混凝土的抗拉能力很有力；

4)混凝土的收压：在混凝土初凝之前二次用力搓平并将表面拉毛，拉毛必须保证纹路均匀顺直。条件允许时最好采用滚筒碾压数遍，以闭合收缩裂缝。

5)混凝土的养护：混凝土浇筑后，及时进行养护，以通过降低混凝土内外温度差和减慢降温速度来达到降低块体自约束应力和提高混凝土抗拉强度，以承受外约束应力时的抗裂能力。

6)混凝土的监测：混凝土浇筑前，在混凝土内部布设传感器或设置温度测量孔，使内外温度直接显示出来，方便将内外温差控制在25℃以内。

7)混凝土的蓄热养护：混凝土浇筑完成后，可以采用草帘被或水进行蓄热，以限制混凝土表面的温度散发过快造成温度裂缝，使内外温差控制在25℃以内。

8)浇筑温度：大体积混凝土浇筑宜避开炎热的夏季，这样可有利于减小温差，进而减小温度应力。

4. 混凝土裂缝控制设计

超大体积混凝土工程全部采用商品混凝土，根据结构特点及混凝土工程量分布，结合拖式泵的输送能力，混凝土浇筑主要采用拖式泵和汽车泵配合完成，泵管用架子管顶牢并加固，并由塔吊配合找平。 施工中从商品混凝土的原材料、配合比、水灰比、和易性、坍落度、运输、浇筑、振捣、养护到施工缝处理等各个程序入手，严格按照施工规范要求操作，以确保混凝土施工质量。

1）混凝土原材料预控。混凝土所使用的原材料水泥必须有产品合格证、出厂检验报告和进场复验报告，必须符合《混凝土结构工程施工质量验收规范》GB50204-2002中的要求。混凝土中掺用的粉煤灰的级别不应低于二级，质量应符合现行国家标准《用于水泥和混凝土中的粉煤灰》GB1596-2005等的规定。石子优先选用抗压强度高的粗骨料，粒径5～40mm，泵送时其最大粒径应为输送

管径的1／4，其它要求应符合国家现行标准《普通混凝土用碎石或卵石质量标准及检验方法》（JGJ53）的规定，石子含泥量小于1%。 砂宜采用中粗砂，其它要求应符合国家现行标准《普通混凝土用砂质量标准及检验方法》（JGJ52）的规定。 宜使用饮用水拌制混凝土，并符合国家现行标准《混凝土拌合用水》（JGJ63）的规定标准。

2）浇筑和振捣要求。 每一流水段内混凝土连续浇筑，如必须间隔，间隔时间尽量缩短，并在下层混凝土初凝前将上层混凝土浇筑完毕。 浇筑混凝土时为防止混凝土分层离析，混凝土由料斗、泵管内卸出时，其自由倾浇高度不得超过2m，超过时采用串筒或斜槽下落，出料管口至浇筑层的倾斜自由高度不应大于1.5m，混凝土浇筑时不得直接冲击模板。 使用30或50棒插入式振捣棒要快插慢拔，插点呈梅花形布置，按顺序进行，不得遗漏。移动间距不大于振捣棒作用半径的1.5倍，实行快插慢拔、分层振捣的振捣方法。振捣上一层时插入下一层混凝土5cm以消除两层间的接缝。

3）混凝土浇筑。 混凝土浇筑采用分层分段滚浆浇注、推进施工，底板振捣从一侧开始，成阶梯状往前推进，阶梯设置长度不得大于5000mm，分层推进浇筑厚度400～500mm，分别同步加以振捣密实，先将集水坑底部浇筑到比集水坑模板下口高50～100mm，然后浇筑平板，斜面由泵送混凝土自然流淌而成，坡度控制在1：5左右。 混凝土初凝时间不小于8h，在下层混凝土初凝前1h内必须将上层混凝土浇筑完毕。

4）混凝土养护

浇筑混凝土后，要注意表面的防护，环境温度较高时可适当延长养护时间，低温时应采取一定的保温措施，同时为减少因拆模引起的早期裂缝，拆模时间要适宜，同时为防止急剧冷却带来的表面裂缝，拆模时混凝土表面和内部的温差不能太大，对薄壁结构要缓慢降温，延长拆模时间，拆模基础砼拆模后应及时回填。后期要加强养护中的测温工作，温差过大时要及时采取保温措施，使混凝土缓慢降维、收缩，可以有效降低约束应力，改善混凝土的结抗拉性能。

结束语：超大体积混凝土施工质量的好坏，应从设计、原材料、搅拌、运输、浇筑、振捣、养护、测温等过程进行预控制。建筑工程质量受到施工过程中各个环节的影响，整个施工阶段的工作要求各方人员积极配合，认真研究分析，做好事前控制、事中控制和事后控制，针对质量影响因素，采取积极控制措施，加强预控。

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