摘要：冬季施工中大體積混凝土溫度裂縫成因及其影響因素，對(duì)溫度裂縫的防治提出了技術(shù)措施
關(guān)鍵詞：大體積混凝土 裂縫 防治措施
1、大體積混凝土裂縫機(jī)理分析
大體積混凝土內(nèi)出現(xiàn)的裂縫，按其深度的不同，一般可分為貫穿裂縫、深層裂縫及表面裂縫三類(lèi)。貫穿裂縫切斷了結(jié)構(gòu)斷面，破壞結(jié)構(gòu)的整體性和穩(wěn)定性，危害性是嚴(yán)重的，如與迎水面相通，還引起漏水。深層裂縫部分切斷了結(jié)構(gòu)的斷面，也有一定的危害性。表面裂縫危害性較小，但處于基礎(chǔ)或者老混凝土約束范圍以?xún)?nèi)的表面裂縫，在內(nèi)部混凝土降溫過(guò)程中，可能發(fā)展為深層甚至貫穿裂縫。北方冬季施工時(shí)由于環(huán)境氣溫過(guò)低，混凝土表面散熱速率加快，從而導(dǎo)致混凝土內(nèi)外溫差極劇增大，更容易造成混凝土表面與內(nèi)部形成的溫差裂縫，甚至形成貫通裂縫。
貫穿裂縫成因：隨著水泥水化反應(yīng)的結(jié)束以及混凝土的不斷散熱，大體積混凝土由升溫階段過(guò)渡到降溫階段，隨溫度降低，體積收縮。由于混凝土內(nèi)部熱量是通過(guò)表面向外散熱的在降溫階段，混凝土溫度場(chǎng)的分布仍是中心溫度高，表面溫度低的狀態(tài)，因此內(nèi)部混凝土產(chǎn)生較大的內(nèi)約束，同時(shí)，地基和邊界條件也對(duì)收縮的混凝土產(chǎn)生較大的外約束。所以降溫收縮，在混凝土中形成了較大的拉應(yīng)力，從而引起大體積混凝土的貫穿裂縫。
可見(jiàn)，大體積混凝土產(chǎn)生溫度裂縫的原因，一個(gè)是混凝土內(nèi)外溫度變化差引起的應(yīng)力和應(yīng)變，另一個(gè)是混凝土本身的抗拉強(qiáng)度和抵抗變形能力。當(dāng)應(yīng)力值大于混凝土的極限抗拉強(qiáng)度時(shí)，混凝土即出現(xiàn)裂縫。
2、影響大體積混凝土溫度裂縫的主要因素
1）水泥水化熱的影響：大體積混凝土由于結(jié)構(gòu)物斷面大，自身的導(dǎo)熱性能又較差，澆灌后，在硬化期間，水泥放出大量的水化熱。據(jù)實(shí)測(cè)，它引起的溫度在工程的施土中高達(dá)20-30℃，在混凝土澆筑后的3-5d達(dá)到最高值，由此引起混凝土內(nèi)部溫度不斷上升，表面和內(nèi)部溫差很大。水泥水化熱聚集在結(jié)構(gòu)物的內(nèi)部不散失而引起升溫，引起不均勻膨脹與收縮，當(dāng)受到約束時(shí)，就會(huì)導(dǎo)致混凝土開(kāi)裂。水化熱與水泥用量、水泥品種有關(guān)，并隨混凝土的齡期按指數(shù)關(guān)系增長(zhǎng)。
2）澆筑溫度與外界氣溫的影響：在東北冬季澆筑混凝土，由于環(huán)境溫度較低，內(nèi)部與表面溫度差很大，特別是大體積混凝土基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)平面尺寸很大時(shí)，澆筑溫度對(duì)混凝土內(nèi)部裂縫的開(kāi)展影響明顯，容易產(chǎn)生表面裂縫或貫穿性裂縫。因此澆筑溫度是不可忽視的因素之一。
3）約束條件的影響：結(jié)構(gòu)物在變形過(guò)程中，由于約束條件的存在，必然會(huì)受到一定的約束或抑制而阻礙變形。若沒(méi)有約束，無(wú)論內(nèi)部溫度和外部溫度如何變化，都不會(huì)引起開(kāi)裂。對(duì)于大體積混凝土來(lái)說(shuō)，它總是置于一定的基底之上，這個(gè)約束產(chǎn)生的應(yīng)力大于混凝土的抗拉強(qiáng)度時(shí)就引起開(kāi)裂，直至貫穿。
4）混凝土的收縮變形的影響：在大體積混凝土中，僅有20%左右的水分是水泥水化所必須的，尚有80%的游離水分需要蒸發(fā)，多余水分蒸發(fā)所引起的混凝土體積收縮稱(chēng)為收縮變形。因此，混凝土的收縮變形在約束力的作用下，在其內(nèi)部就會(huì)產(chǎn)生拉應(yīng)力，從而引起混凝土的開(kāi)裂
3、防治溫度與收縮裂縫的技術(shù)措施
為了有效地控制有害裂縫的出現(xiàn)和發(fā)展，可采取如下措施：
1）降低水泥水化熱
?、俨捎玫退療峄蛑兴療岬乃嗥贩N配制混凝土。
?、诔浞掷没炷恋暮笃趶?qiáng)度或60d強(qiáng)度，減少水泥用量。試驗(yàn)結(jié)果表明，每增加10公斤水泥用量，其水化熱將使混凝土的溫度相應(yīng)升高1℃。
?、郾M量選用粒徑較大，級(jí)配良好的粗骨料，摻和粉煤灰等摻合料，或摻入相應(yīng)的減水劑緩凝劑，改善混凝土和易性，從而降低水灰比，以達(dá)到減少水泥用量、降低水化熱的目的。
?、苡杪窭鋮s水管強(qiáng)制降溫，但必須注意嚴(yán)格控制進(jìn)出口水溫溫差，一般不超過(guò)25℃。
?、菘刂瓢韬嫌盟疁囟?，防止水泥水化熱峰值提前上升，可采用冷水拌制混凝土，一般采用4—13℃冷水拌制混凝土。當(dāng)外界氣溫為負(fù)溫時(shí)，可采用30—40℃熱水進(jìn)行攪拌。
2）降低混凝土的入模溫度
?、龠x擇較適宜的溫度澆注大體積混凝土，灌筑溫度控制在8— 10℃，入模溫度控制在5℃左右。
?、趽饺胂鄳?yīng)的緩凝型減水劑。
?、刍炷寥肽r(shí)，采取通風(fēng)散熱措施，加快熱量的散失。
3）加強(qiáng)施土中的溫度控制
①在混凝土澆注之后，做好混凝土的保溫保濕，緩緩降溫，降低溫度應(yīng)力。冬季施工應(yīng)采取措施保溫覆蓋，以免產(chǎn)生急劇的溫度梯度?；炷翝沧⑼瓿珊?，應(yīng)進(jìn)行保濕養(yǎng)生，并應(yīng)隨混凝土內(nèi)部溫度的升高，逐漸提高養(yǎng)護(hù)溫度，在整個(gè)養(yǎng)生過(guò)程中要密切關(guān)注混凝土溫度變化，隨時(shí)調(diào)節(jié)養(yǎng)護(hù)溫度，嚴(yán)格控制降溫速率在0.9-1.5℃/h，保證大體積混凝土的內(nèi)在質(zhì)量。
②采取長(zhǎng)時(shí)間的養(yǎng)護(hù)，規(guī)定合理的拆模時(shí)間，延緩降溫時(shí)間和速度，充分發(fā)揮混凝土的應(yīng)力松弛效應(yīng)。
③加強(qiáng)溫度監(jiān)測(cè)與管理，實(shí)行信息化控制，隨時(shí)控制混凝土內(nèi)溫度變化，內(nèi)外溫差控制在25℃以?xún)?nèi)，基面溫差和基底面溫差均控制在20℃以?xún)?nèi)。及時(shí)調(diào)整保溫及養(yǎng)護(hù)措施，并應(yīng)在施工前做好保溫材料的準(zhǔn)備，在施工中隨時(shí)按照預(yù)定的方案監(jiān)測(cè)溫度，做好控溫措施準(zhǔn)備土作，使混凝土的溫度梯度及濕度梯度不至于過(guò)大，有效控制有害裂縫的出現(xiàn)。
?、芎侠戆才攀┕こ绦颍炷翝沧⑦^(guò)程中控制溫度均勻上升，結(jié)構(gòu)完成后及時(shí)回填土或用保溫材料保溫，可用珍珠巖或苯板等，避免側(cè)面長(zhǎng)期暴露，以有效控制有害裂縫的出現(xiàn)。
?、菰O(shè)置保溫層及溫度緩沖層，來(lái)防止混凝土降溫過(guò)快，出現(xiàn)內(nèi)外溫度差過(guò)大引起裂縫。
4）改善約束條件，減少溫度應(yīng)力
?、俜謱踊蚍謮K澆注大體積混凝土，合理設(shè)置水平或垂直施工縫，或在適當(dāng)?shù)奈恢迷O(shè)置施工后澆帶，以放松約束程度，減少每次澆注長(zhǎng)度的蓄熱量，以防止水化熱的積聚，減少溫度應(yīng)力。
?、谠诖篌w積混凝土基礎(chǔ)與巖石地基，或基礎(chǔ)與厚大的混凝土墊層之間設(shè)置滑動(dòng)層，如采用平面澆瀝青膠鋪砂，或刷熱瀝青，或鋪卷材。在垂直面，鍵槽部位設(shè)置緩沖層，可用鋪設(shè)30-50mm厚瀝青木絲板或聚苯乙烯泡沫塑料，以消除嵌固作用，釋放約束應(yīng)力。
5）提高混凝土的極限拉伸強(qiáng)度
?、龠x擇良好級(jí)配的粗骨料，加強(qiáng)混凝土的振搗，提高混凝土的密實(shí)性和抗拉強(qiáng)度，減少收縮變形，保證混凝土質(zhì)量。
?、诓捎枚位蚨啻瓮读戏ò柚苹炷?，并盡可能采用引氣劑，再采用切實(shí)可行的振搗方法，既不過(guò)振，也不漏振。上下層混凝土的振搗搭接長(zhǎng)度控制在振搗器的振幅作用半徑距離內(nèi)，消除大體積混凝土的泌水現(xiàn)象，加強(qiáng)早期養(yǎng)護(hù)。
?、墼诖篌w積混凝土的基礎(chǔ)內(nèi)設(shè)置必要的溫度配筋，在截面突變和轉(zhuǎn)折處、底面與墻轉(zhuǎn)角處、孔洞轉(zhuǎn)角及周邊增加斜向構(gòu)造配筋以改善集中應(yīng)力防止裂縫的出現(xiàn)。
