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中图分类号：TV331文献标识码： A 文章编号：
摘要:随着工程规模的不断扩大，大体积混凝土的应用越来越广泛，同样大体积混凝土裂缝问题也越来越突出，必须加以控制。本文阐述了大体积混凝土产生裂缝的主要原因，并针对大体积混凝土的特点，提出了降低温度应力和提高混凝土的极限拉伸强度方面的裂缝控制措施，旨在确保大体积混凝土的质量。
关键词:大体积混凝土；温度应力；收缩变形；裂缝控制
Abstract: with the project scale continues to expand, mass concrete used more widely, the same mass concrete crack problem is more and more outstanding, must be controlled. This paper expounds the mass concrete, the causes of cracks, and in the light of the characteristics of the mass concrete, and put forward the lower temperature stress and improving the concrete of the limit of the tensile strength of the crack control measures, is intended to ensure that the quality of the mass concrete.
Keywords: mass concrete; Temperature stress; Contraction deformation; Crack control
随着经济建设的快速发展，工程规模得到不断扩大，一些大体积的混凝土不断出现，广泛应用于各类工程建设当中。但大体积混凝土的裂缝问题一直是其应用中的质量通病，由于混凝土体积大，混凝土在浇筑和硬化过程中释放的水化热会产生较大的温度应力和收缩应力，导致混凝土出现裂缝。它的产生降低结构的整体性和刚度，成为结构的隐患。因此，大体积混凝土裂缝的控制显得尤其重要。
1 大体积混凝土裂缝产生的原因
混凝土产生裂缝的原因是多方面的,如:约束情况,周围的环境,混凝土配合比,混凝土施工工艺,变形、温度、湿度、养护等,而大体积混凝土产生裂缝往往是各种因素的综合。大体积混凝土结构中,由于结构截面大,水泥用量多,混凝土凝结过程中水泥的水化反应会散发出大量水化热,而混凝土表面和内部散热条件不同,使内部温度不断上升,形成混凝土内外温差较大,同时混凝土内部产生压应力,表面产生拉应力,当拉应力超过混凝土抗拉强度,从而形成裂缝。当混凝土达到一定的强度,混凝土逐渐降温,这个降温差引起的变形加上混凝土失水引起的体积收缩变形,受到地基和其他结构边界条件的约束时引起的应力,超过混凝土抗拉强度也产生裂缝。
2 大体积混凝土浇筑防裂技术措施
通过分析裂缝产生的原因，大体积混凝土裂缝的控制,主要从降低温度应力和提高混凝土的极限拉伸强度两方面入手:(1)做好冷却和保温。浇筑前避免材料过热,浇筑后保温,降低温度应力。降温冷却方面,采取保温及缓慢降温方法减少混凝土表面的急剧热扩散,延长混凝土散热时间,防止形成过大的温差而引起表面或贯穿裂缝。工民建工程一般不采用埋设冷却水管的方法。(2)提高混凝土的极限拉伸,缓慢降温可充分发挥混凝土的应力松弛效应,提高抗拉伸性能,应尽可能使各龄期的混凝土极限抗拉强度要大于其温度应力值,并要有一定的安全度保证,这是防止裂缝的有效措施。严格控制砂、石的质量,限制含泥量,正确选用混凝土级配,适当掺用外加剂,减少用水量,改进混凝土浇灌工艺,可提高混凝土强度。适宜的温度和湿度养护可减少收缩,充分发挥水泥水化作用,促使混凝土强度潜在能力得到充分的发挥。在大体积混凝土浇筑防裂技术措施中,控制混凝土的浇筑温度和养护温度是关键。
主要在以下几点采取措施:
降低水泥水化热温度；降低混凝土浇灌入模温度；加强施工中的温度控制:改善约束条件,削减温度应力,提高混凝土极限拉伸强度。
(1)合理选择原材料:合理选择原材料,有利于大体积混凝土裂缝的控制,首先,选择水泥。内部混凝土主要考虑抗裂性能好、兼顾低热和高强两方面的要求,一般采用低热矿渣水泥,中热混凝土酸盐水泥掺入一定量的粉煤灰。外部混凝土,除抗裂性能外,还要求抗冻融性、耐磨性、抗蚀性、强度较高及干缩较小,因此一般采用较高标号的中热混凝土酸盐水泥。当环境水具有硫酸盐侵蚀时,应采用抗硫酸盐水泥。其次,掺用混合材料。适当掺用混合材可降低混凝土的绝热温升、提高混凝土抗裂能力,目前主要是粉煤灰掺得较多。第三,掺加缓凝剂,在混凝土中掺加适量的缓凝剂,能够在一定程度上延缓水泥的水化作用,减缓水化热的释放速率。
(2)水泥水化热温度:①选用低热或中热水泥(如矿渣水泥、火山灰质水泥、抗硫酸豁水泥或粉煤灰水泥)配制混凝土。②使用粗骨料；掺加粉煤灰等掺和料、或掺加减水剂,改善和易性,降低水灰比,控制塌落度,减少水泥用量,降低水化热量。③利用混凝土后期(90天、180天)强度,降低水泥用量。④在基础内部预埋冷却水管,通入循环冷却水,降低混凝土水化热温度。⑤在厚大无筋或稀筋的厚大混凝土中,掺加20%以下的块石吸热。
(3)改进搅拌工艺:即在搅拌的混凝土时,改变以往的投料程序,采取先把水、水泥和砂拌和后,再投放石子进行搅拌的新方法。这种搅拌工艺的主要优点是无泌水现象,混凝土上下层强度差减少,可有效地防止水分向石子与水泥砂浆面的集中,从而使硬化后的界面过渡层的结构致密、粘结加强。
(4)降低混凝土浇灌入模温度:①选择较低温季节浇筑混凝土,避开热天浇筑混凝土；对现浇量不大的块体,安排在下午3时以后或夜间浇筑。②夏季采用低温水或冰水拌制混凝土,对骨料喷冷水雾或冷气进行预冷,或对骨料进行护盖或设置遮阳装置,运输工具加盖防止日晒,降低混凝土拌和物温度。③掺加缓凝型减水剂。采取薄层浇灌,每层厚20-30cm,减缓浇筑强度,利用浇筑面散热。④在基础内设通风和加强通风加速热量散发。
(5)施工中的温度控制:①做好混凝土的保温保湿养护,缓慢降温,充分发挥徐变特性,减低温度应力；夏季避免曝晒,冬期采取保温覆盖,以免发生急剧的温度梯度。②采取长时间养护,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加强测温和温度监测与管理,实行情报信息化施工,控制混凝土本身内外温差在30%以内,屋面温差和基层底面温差在20以内,及时调整保温及养护措施,使混凝土温度梯度和湿度不至于过大,控制有害裂缝出现。④合理安排施工程序,控制混凝土均匀上升,避免过大高差,及时回填土,避免结构侧面长期暴露。
(6)改善约束条件,削减温度应力:①采取分层分块浇筑,合理设置水平或垂直施工缝,或在适当位置设置后浇缝,以放松约束程度,减少每次浇筑长度和蓄热量,增加散热面,防止水化热的过大积聚,减少温度应力。②在基础与岩石地基,或基础与厚大老混凝土垫层之间设置滑动层(平面浇沥青膠铺砂,或刷热沥青或铺卷材),在垂直面键槽部位设置缓冲层(铺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。
(7)提高混凝土极限拉伸强度:①选择良好级配的粗骨料,严格控制其含泥量,加强混凝土的振捣,提高混凝土的密实度和抗拉强度,减小收缩,保证施工质量。②采取二次投料法,二次振捣法,浇筑后及时排除表面泌水,以提高混凝土强度。③在基础内设置必要的温度配筋,在基础突然变化、转折部位,底板与墙转折处,孔洞转角及周边部位,增加斜向构造配筋,以改善应力集中。④在基础与墙、地坑等接缝部位,适当增人配筋率,设暗梁,以减轻边缘效应,提高抗拉伸强度,控制裂缝开展。⑤加强混凝土的早期养护,提高早期相应龄期的抗拉强度和弹性模量。
(8)在混凝土内部预埋冷却水管:根据混凝土量不同,埋设冷却水管,通常冷却水管采用φ80mm的普通钢管,水管之间的间距为1500mm,用∠50×5的角钢为钢管支架,进水口、出水口设置阀门,通过测温控制钢管内冷却水管的流量和流向,达到控制混凝土内部温度的目的。冷却水管及支架的布置详见图1。
图1 冷却水管及支架的布置图
(9)通过测温,控制升温、降温速度:
①测温点布置
图2 测温点布置图
测温点布置在混凝土内具有代表性的位置上,能全面反映大体积混凝土各部位的温度。
②测温方法
根据大体积混凝土基础早期升温较快,后期降温较慢的特点,采用先频后疏的原则,混凝土浇筑完毕6h开始测温,1次／h,1d后；1次／2h,3d后；1次／4h,7d后；1次／6h,测温一直到混凝土在自然环境下满足控温指标为止。测温时,同时测出当时的大气温度,混凝土内部温度和表面温度。
3 结语
综上所述，大体积混凝土裂缝的控制是一项综合很强的工作，控制的好坏直接影响着建筑物的安全性、耐久性和使用性。实践证明，从降低温度应力和提高混凝土的极限拉伸强度两方面入手，可以有效控制裂缝的产生的。毫无疑问，面对应用日益广泛的大体积混凝土工程，施工中必须多观察、多比较，出现问题后多分析、多总结，这样才能完善施工技术，减少裂缝的问题，从而使大体积混凝土施工质量有更进一步的提高。
参考文献
[1] 汪国华 杨帆 楼海兵，大体积混凝土温度裂缝浅析及控制[J].物流工程与管理,2009.07
摘要:随着工程规模的不断扩大，大体积混凝土的应用越来越广泛，同样大体积混凝土裂缝问题也越来越突出，必须加以控制。本文阐述了大体积混凝土产生裂缝的主要原因，并针对大体积混凝土的特点，提出了降低温度应力和提高混凝土的极限拉伸强度方面的裂缝控制措施，旨在确保大体积混凝土的质量。
关键词:大体积混凝土；温度应力；收缩变形；裂缝控制
Abstract: with the project scale continues to expand, mass concrete used more widely, the same mass concrete crack problem is more and more outstanding, must be controlled. This paper expounds the mass concrete, the causes of cracks, and in the light of the characteristics of the mass concrete, and put forward the lower temperature stress and improving the concrete of the limit of the tensile strength of the crack control measures, is intended to ensure that the quality of the mass concrete.
Keywords: mass concrete; Temperature stress; Contraction deformation; Crack control
随着经济建设的快速发展，工程规模得到不断扩大，一些大体积的混凝土不断出现，广泛应用于各类工程建设当中。但大体积混凝土的裂缝问题一直是其应用中的质量通病，由于混凝土体积大，混凝土在浇筑和硬化过程中释放的水化热会产生较大的温度应力和收缩应力，导致混凝土出现裂缝。它的产生降低结构的整体性和刚度，成为结构的隐患。因此，大体积混凝土裂缝的控制显得尤其重要。
1 大体积混凝土裂缝产生的原因
混凝土产生裂缝的原因是多方面的,如:约束情况,周围的环境,混凝土配合比,混凝土施工工艺,变形、温度、湿度、养护等,而大体积混凝土产生裂缝往往是各种因素的综合。大体积混凝土结构中,由于结构截面大,水泥用量多,混凝土凝结过程中水泥的水化反应会散发出大量水化热,而混凝土表面和内部散热条件不同,使内部温度不断上升,形成混凝土内外温差较大,同时混凝土内部产生压应力,表面产生拉应力,当拉应力超过混凝土抗拉强度,从而形成裂缝。当混凝土达到一定的强度,混凝土逐渐降温,这个降温差引起的变形加上混凝土失水引起的体积收缩变形,受到地基和其他结构边界条件的约束时引起的应力,超过混凝土抗拉强度也产生裂缝。
2 大体积混凝土浇筑防裂技术措施
通过分析裂缝产生的原因，大体积混凝土裂缝的控制,主要从降低温度应力和提高混凝土的极限拉伸强度两方面入手:(1)做好冷却和保温。浇筑前避免材料过热,浇筑后保温,降低温度应力。降温冷却方面,采取保温及缓慢降温方法减少混凝土表面的急剧热扩散,延长混凝土散热时间,防止形成过大的温差而引起表面或贯穿裂缝。工民建工程一般不采用埋设冷却水管的方法。(2)提高混凝土的极限拉伸,缓慢降温可充分发挥混凝土的应力松弛效应,提高抗拉伸性能,应尽可能使各龄期的混凝土极限抗拉强度要大于其温度应力值,并要有一定的安全度保证,这是防止裂缝的有效措施。严格控制砂、石的质量,限制含泥量,正确选用混凝土级配,适当掺用外加剂,减少用水量,改进混凝土浇灌工艺,可提高混凝土强度。适宜的温度和湿度养护可减少收缩,充分发挥水泥水化作用,促使混凝土强度潜在能力得到充分的发挥。在大体积混凝土浇筑防裂技术措施中,控制混凝土的浇筑温度和养护温度是关键。
主要在以下几点采取措施:
降低水泥水化热温度；降低混凝土浇灌入模温度；加强施工中的温度控制:改善约束条件,削减温度应力,提高混凝土极限拉伸强度。
(1)合理选择原材料:合理选择原材料,有利于大体积混凝土裂缝的控制,首先,选择水泥。内部混凝土主要考虑抗裂性能好、兼顾低热和高强两方面的要求,一般采用低热矿渣水泥,中热混凝土酸盐水泥掺入一定量的粉煤灰。外部混凝土,除抗裂性能外,还要求抗冻融性、耐磨性、抗蚀性、强度较高及干缩较小,因此一般采用较高标号的中热混凝土酸盐水泥。当环境水具有硫酸盐侵蚀时,应采用抗硫酸盐水泥。其次,掺用混合材料。适当掺用混合材可降低混凝土的绝热温升、提高混凝土抗裂能力,目前主要是粉煤灰掺得较多。第三,掺加缓凝剂,在混凝土中掺加适量的缓凝剂,能够在一定程度上延缓水泥的水化作用,减缓水化热的释放速率。
(2)水泥水化热温度:①选用低热或中热水泥(如矿渣水泥、火山灰质水泥、抗硫酸豁水泥或粉煤灰水泥)配制混凝土。②使用粗骨料；掺加粉煤灰等掺和料、或掺加减水剂,改善和易性,降低水灰比,控制塌落度,减少水泥用量,降低水化热量。③利用混凝土后期(90天、180天)强度,降低水泥用量。④在基础内部预埋冷却水管,通入循环冷却水,降低混凝土水化热温度。⑤在厚大无筋或稀筋的厚大混凝土中,掺加20%以下的块石吸热。
(3)改进搅拌工艺:即在搅拌的混凝土时,改变以往的投料程序,采取先把水、水泥和砂拌和后,再投放石子进行搅拌的新方法。这种搅拌工艺的主要优点是无泌水现象,混凝土上下层强度差减少,可有效地防止水分向石子与水泥砂浆面的集中,从而使硬化后的界面过渡层的结构致密、粘结加强。
(4)降低混凝土浇灌入模温度:①选择较低温季节浇筑混凝土,避开热天浇筑混凝土；对现浇量不大的块体,安排在下午3时以后或夜间浇筑。②夏季采用低温水或冰水拌制混凝土,对骨料喷冷水雾或冷气进行预冷,或对骨料进行护盖或设置遮阳装置,运输工具加盖防止日晒,降低混凝土拌和物温度。③掺加缓凝型减水剂。采取薄层浇灌,每层厚20-30cm,减缓浇筑强度,利用浇筑面散热。④在基础内设通风和加强通风加速热量散发。
(5)施工中的温度控制:①做好混凝土的保温保湿养护,缓慢降温,充分发挥徐变特性,减低温度应力；夏季避免曝晒,冬期采取保温覆盖,以免发生急剧的温度梯度。②采取长时间养护,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加强测温和温度监测与管理,实行情报信息化施工,控制混凝土本身内外温差在30%以内,屋面温差和基层底面温差在20以内,及时调整保温及养护措施,使混凝土温度梯度和湿度不至于过大,控制有害裂缝出现。④合理安排施工程序,控制混凝土均匀上升,避免过大高差,及时回填土,避免结构侧面长期暴露。
(6)改善约束条件,削减温度应力:①采取分层分块浇筑,合理设置水平或垂直施工缝,或在适当位置设置后浇缝,以放松约束程度,减少每次浇筑长度和蓄热量,增加散热面,防止水化热的过大积聚,减少温度应力。②在基础与岩石地基,或基础与厚大老混凝土垫层之间设置滑动层(平面浇沥青膠铺砂,或刷热沥青或铺卷材),在垂直面键槽部位设置缓冲层(铺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。
(7)提高混凝土极限拉伸强度:①选择良好级配的粗骨料,严格控制其含泥量,加强混凝土的振捣,提高混凝土的密实度和抗拉强度,减小收缩,保证施工质量。②采取二次投料法,二次振捣法,浇筑后及时排除表面泌水,以提高混凝土强度。③在基础内设置必要的温度配筋,在基础突然变化、转折部位,底板与墙转折处,孔洞转角及周边部位,增加斜向构造配筋,以改善应力集中。④在基础与墙、地坑等接缝部位,适当增人配筋率,设暗梁,以减轻边缘效应,提高抗拉伸强度,控制裂缝开展。⑤加强混凝土的早期养护,提高早期相应龄期的抗拉强度和弹性模量。
(8)在混凝土内部预埋冷却水管:根据混凝土量不同,埋设冷却水管,通常冷却水管采用φ80mm的普通钢管,水管之间的间距为1500mm,用∠50×5的角钢为钢管支架,进水口、出水口设置阀门,通过测温控制钢管内冷却水管的流量和流向,达到控制混凝土内部温度的目的。冷却水管及支架的布置详见图1。
图1 冷却水管及支架的布置图
(9)通过测温,控制升温、降温速度:
①测温点布置
图2 测温点布置图
测温点布置在混凝土内具有代表性的位置上,能全面反映大体积混凝土各部位的温度。
②测温方法
根据大体积混凝土基础早期升温较快,后期降温较慢的特点,采用先频后疏的原则,混凝土浇筑完毕6h开始测温,1次／h,1d后；1次／2h,3d后；1次／4h,7d后；1次／6h,测温一直到混凝土在自然环境下满足控温指标为止。测温时,同时测出当时的大气温度,混凝土内部温度和表面温度。
3 结语
综上所述，大体积混凝土裂缝的控制是一项综合很强的工作，控制的好坏直接影响着建筑物的安全性、耐久性和使用性。实践证明，从降低温度应力和提高混凝土的极限拉伸强度两方面入手，可以有效控制裂缝的产生的。毫无疑问，面对应用日益广泛的大体积混凝土工程，施工中必须多观察、多比较，出现问题后多分析、多总结，这样才能完善施工技术，减少裂缝的问题，从而使大体积混凝土施工质量有更进一步的提高。
参考文献
[1] 汪国华 杨帆 楼海兵，大体积混凝土温度裂缝浅析及控制[J].物流工程与管理,2009.07