大体积混凝土施工中温度裂缝防治措施
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作者: 李余继
[摘 要]本文对大体积混凝土施工中产生的温度裂缝成因及其影响因素进行了简单分析，对大体积混凝土防治温度裂缝的提出了技术措施。
[关键词]大体积混凝土；裂缝；防治措施
1.大体积混凝土裂缝机理分析
高层建筑的发展首先涉及的是基础工程问题，而基础工程大多数属于大体积混凝土工程，例如，高层建筑的箱形基础、筏式基础、桩基厚大的承台等，都属于体积较大的混凝土工程。这些大体积混凝土工程具有结构厚，体形大、钢筋密，混凝土数量多(有的混凝土量已超过10000m3)，施工条件复杂和施工技术要求高等特点，除了必须满足强度、刚度、整体性和耐久性要求外，还存在如何控制和防止温度应力，变形裂缝产生等问题。
大体积混凝土基础的特点是混凝土浇筑面和浇筑量大，当混凝土浇筑完毕，由于水泥水化热的影响，使混凝土内部最高温度3～5d达到峰值，此时若混凝土内部最高温度与外界气温之差超过25℃，在升温阶段和降温阶段，容易发生表面裂缝和收缩裂缝。
在升温阶段，由于混凝土内部的温度比较高，混凝土体积大，因此聚集在混凝土结构内部水化热不易散发，使混凝土内部温度显著升高，而混凝土表面则散热较快，这样形成较大的内外温差，使混凝土内部产生压应力，表面产生拉应力，如果此时产生的拉应力大于混凝土极限抗拉强度，就会在混凝土表面产生表面裂缝。在降温阶段，由于混凝土逐渐散热，而产生收缩，此时的收缩受到基底或结构本身的约束，会产生较大收缩应力(拉应力)，如果产生的收缩应力超过此时的混凝土极限抗拉强度就会在混凝土中产生收缩裂缝。因此，大体积混凝土施工中就要采取一些技术措施，避免由于混凝土内外温差过大(超过25℃)，所引起的表面裂缝和收缩裂缝的发生。
实验表明混凝土内部的最高温度，大多发生在混凝土浇筑后的最初3～5d，此时混凝土的极限抗拉强度和弹性模量都很低，对水化热所引起的温度应力约束不大。如果采用低水化热水泥，添加混凝土外加剂、掺入粉煤灰等方法，降低混凝土的水化热及减少水泥用量，延缓水化热出现峰值的时间和提高混凝土的早期强度可大大减少或避免这两种裂缝的发生。
大体积混凝土降低混凝土内部的最高温度和减小其内外温差，除要编制可行的施工方案和周密的技术措施以外，还必须考虑外加剂在基础大体积混凝土工程中的作用。
2.影响大体积混凝土温度裂缝的主要因素
2.1 水泥水化热的影响：大体积混凝土由于结构物断面大，自身的导热性能又较差，浇灌后，在硬化期间，水泥放出大量的水化热。据实测，它引起的温度在工程的施土中高达20-30℃，在混凝土浇筑后的3-5d达到最高值，由此引起混凝土内部温度不断上升，表面和内部温差很大。水泥水化热聚集在结构物的内部不散失而引起升温，引起不均匀膨胀与收缩，当受到约束时，就会导致混凝土开裂。水化热与水泥用量、水泥品种有关，并随混凝土的龄期按指数关系增长。
2.2 浇筑温度与外界气温的影响：在东北冬季浇筑混凝土，由于环境温度较低，内部与表面温度差很大，特别是大体积混凝土基础结构平面尺寸很大时，浇筑温度对混凝土内部裂缝的开展影响明显，容易产生表面裂缝或贯穿性裂缝。因此浇筑温度是不可忽视的因素之一。
2.3 约束条件的影响：结构物在变形过程中，由于约束条件的存在，必然会受到一定的约束或抑制而阻碍变形。若没有约束，无论内部温度和外部温度如何变化，都不会引起开裂。对于大体积混凝土来说，它总是置于一定的基底之上，这个约束产生的应力大于混凝土的抗拉强度时就引起开裂，直至贯穿。
2.4 混凝土的收缩变形的影响：在大体积混凝土中，仅有20％左右的水分是水泥水化所必须的，尚有80％的游离水分需要蒸发，多余水分蒸发所引起的混凝土体积收缩称为收缩变形。因此，混凝土的收缩变形在约束力的作用下，在其内部就会产生拉应力，从而引起混凝土的开裂。
3.防治温度与收缩裂缝的技术措施
为了有效地控制有害裂缝的出现和发展，可采取如下措施：
(1)降低水泥水化热
①采用低水化热或中水化热的水泥品种配制混凝土。
②充分利用混凝土的后期强度或God强度，减少水泥用量。试验结果表明，每增加10公斤水泥用量，其水化热将使混凝土的温度相应升高1℃。
⑧尽量选用粒径较大，级配良好的粗骨料，掺和粉煤灰等掺合料，或掺入相应的减水剂缓凝剂，改善混凝土和易性，从而降低水灰比，以达到减少水泥用量、降低水化热的目的。
④予埋冷却水管强制降温，但必须注意严格控制进出口水温温差，一般不超过25℃。
⑤控制拌合用水温度，防止水泥水化热峰值提前上升，可采用冷水拌制混凝土，一般采用4-13℃冷水拌制混凝土。当外界气温为负温时，可采用30-40℃热水进行搅拌。
(2)降低混凝土的人模温度
①选择较适宜的温度浇注大体积混凝土，灌筑温度控制在8-10℃，人模温度控制在5℃左右。
②掺入相应的缓凝型减水剂。
③混凝土入模时，采取通风散热措施，加快热量的散失。
(3)加强施土中的温度控制
①在混凝土浇注之后，做好混凝土的保温保湿，缓缓降温，降低温度应力。冬季施工应采取措施保温覆盖，以免产生急剧的温度梯度。混凝土浇注完成后，应进行保湿养生，并应随混凝土内部温度的升高，逐渐提高养护温度，在整个养生过程中要密切关注混凝土温度变化，随时调节养护温度，严格控制降温速率在0.9-1.5℃／h，保证大体积混凝土的内在质量。
②采取长时间的养护，规定合理的拆模时间，延缓降温时间和速度，充分发挥混凝土的应力松弛效应。
③加强温度监测与管理，实行信息化控制，随时控制混凝土内温度变化，内外温差控制在25℃以内，基面温差和基底面温差均控制在20℃以内。及时调整保温及养护措施，并应在施工前做好保温材料的准备，在施工中随时按照预定的方案监测温度，做好控温措施准备工作，使混凝土的温度梯度及湿度梯度不至于过大，有效控制有害裂缝的出现。
④合理安排施工程序，混凝土浇注过程中控制温度均匀上升，结构完成后及时回填土或用保温材料保温，可用珍珠岩或苯板等，避免侧面长期暴露，以有效控制有害裂缝的出现。
⑤设置保温层及温度缓冲层，来防止混凝土降温过快，出现内外温度差过大引起裂缝。
(4)改善约束条件，减少温度应力
①分层或分块浇注大体积混凝土，合理设置水平或垂直施工缝，或在适当的位置设置施工后浇带，以放松约束程度，减少每次浇注长度的蓄热量，以防止水化热的积聚，减少温度应力。
②在大体积混凝土基础与岩石地基，或基础与厚大的混凝土垫层之间设置滑动层，如采用平面浇沥青胶铺砂，或刷热沥青，或铺卷材。在垂直面，键槽部位设置缓冲层，可用铺设30-50mm厚沥青木丝板或聚苯乙烯泡沫塑料，以消除嵌固作用，释放约束应力。
(5)提高混凝土的极限拉伸强度
①选择良好级配的粗骨料，加强混凝土的振捣，提高混凝土的密实性和抗拉强度，减少收缩变形，保证混凝土质量。
②采用二次或多次投料法拌制混凝土，并尽可能采用引气剂，再采用切实可行的振捣方法，既不过振，也不漏振。上下层混凝土的振捣搭接长度控制在振捣器的振幅作用半径距离内，消除大体积混凝土的泌水现象，加强早期养护。
③在大体积混凝土的基础内设置必要的温度配筋，在截面突变和转折处、底面与墙转角处、孔洞转角及周边增加斜向构造配筋以改善集中应力防止裂缝的出现。
参考文献
[1]尚南等.CCTV底板超厚大体积混凝土施工技术.施工技术.2006／08.
[2]聂法智.北京电视中心超大尺寸基础底板混凝土裂缝控制技术.商品混凝土.2004／02.
[3]邓 磊.大体积混凝土裂缝控制技术的探讨，施工技术.09／03.
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