大体积混凝土温度裂缝防治措施.doc

1、大体积混凝土温度裂缝防治措施 随着经济和施工技术的迅速发展 ,现代建筑中涉及到大体积混凝土施工也越来越多 ,如高层建筑基础、大型设备基础、水利大坝等。它们的主要特点就是体积大 ,水泥水化热释放比较集中 ,内部温度升高比较快。当大体积混凝土内外温差较大时 ,会使混凝土产生温度裂缝。众多工程实践证明 ,大体积混凝土施工难度比较大 ,混凝土产生温度裂缝的机率较多 ,稍有差错 ,轻者会影响建筑物的抗渗性能和外观质量 ,重者还会严重影响建筑结构的安全 ,甚至造成坍塌事故 ,从而造成无法估量的损失。因此我们必须从根本上分析大体积混凝土温度裂缝的产生原因 ,采取各种措施减少和控制温度裂缝的出现 ,来保证施工

2、的质量。1、温度裂缝产生的原因大体积混凝土结构的整体性要求高 ,施工时如无特殊情况 ,一般要求一次性整体浇筑。浇筑后 ,水泥因水化反应引起水化热 ,由于混凝土体积大 ,内部与表面散热速率不一样 ,聚集在内部的水泥水化热不容易散发 ,混凝土内部温度将显著升高 ,而混凝土 表面则散热较快 ,与混凝土内部产生较大的温度差 , 使混凝土内部产生压应力 ,表面产生拉应力。同时在浇筑初期混凝土的弹性模量和强度很低 ,对水化热急剧温升引起的变形约束不大 ,温度应力比较小。 随着混凝土龄期的增长 ,其弹性模量和强度相应提 高 ,对混凝土降温收缩变形的约束越来越强 ,即产生很大的温度应力 ,当混凝土的抗拉强度不

3、能抵抗温度应力时 ,即产生温度裂缝。 大体积混凝土产生温度裂缝的影响因素主要有:1.1 水泥水化热的影响 水泥在水化反应过程中产生大量的热量 ,这是大体积混凝土内部温度升高的主要热量来源。由于大体积混凝土截面的厚度大 ,水化热聚集在结构内部不易散发 ,会引起混凝土内部急剧升温 ,造成较大的内外温差 ,从而产生温度裂缝。 1.2 内外约束条件的影响 大体积混凝土一般与地基整体浇筑在一起 ,当 温度变化时会受到地基的限制 ,因而产生外部的约 束应力。当混凝土早期温度上升时 ,产生的膨胀变 形会受到约束面的约束而产生压应力 ,而此时混凝 土的弹性模量很小 ,徐变和应力松弛却较大 ,与基层连接也不太牢

4、固 ,因而压应力较小 ,但是当温度下降时 ,则产生很大的拉应力。若产生的拉应力超过混凝土的抗拉强度 ,就会出现垂直裂缝。工程实践证明 ,当混凝土的内外温差小于 25时 , 产生温度裂缝的几率就小的多。由此可见 ,降低大体积混凝土的内外温差和改善约束条件 ,是防止大体积混凝土产生裂缝的重要措施。 1.3 外界气温变化的影响大体积混凝土结构在施工期间 ,外界气温的变化对防止大体积混凝土开裂有着重要影响。混凝土浇筑温度与外界气温有着直接关系 ,浇筑温度又影响着混凝土的内部温度。大体积混凝土结构不易散热 ,其内部温度有的工程竟高达 90 以上 ,而且持续时间较长。如外界气温下降 ,特别是气温骤降 ,会

5、加大混凝土的温度梯度 , 温差愈大 , 温度应力也愈大。此时混凝土内部产生压应力 ,表面产生拉应力 , 当这个拉应力超过混凝土的抗拉强度时 ,大体积混凝土的表面就会出现裂缝。2、控制大体积混凝土产生温度裂缝的措施 大体积混凝土的施工技术要求比较高 ,特别在 施工中要防止混凝土因水泥水化热而引起的温度差。在施工时 ,必须从原材料选择、施工技术、养护、温度检测等有关环节做好充分的准备工作 ,才能防止大体积混凝土温度裂缝的产生。 2.1 原材料的选择 选用发热量低初凝时间较长的水泥 如矿渣水泥。尽量降低混凝土中的水泥用量 ,减少水泥 水化反应产生的热量 ,降低混凝土的温升，提高混凝土硬化后的体积稳定

6、性。为保证减少水泥用量后混凝土的强度和坍落度不受损失 ,可适度增加活性细掺料替代水泥。例如掺加适量的粉煤灰 减少水泥 用量 ，达到降低水化热的目的 , 但掺量不能大于30 % 。 粗细骨料级配良好。通过试验选择合理的 石砂级配。在满足混凝土强度的基础上 ，骨料尽量选用较大的粒径 5 -40mm， 要具有较好的级配。 同时必须严格控制砂石料的含泥量 ,石子的含泥量 控制在 1 %以下，砂的含量在 2 %以下 ，这样既提高了混凝土抗压强度 ,又可以减少用水量和水泥的用 量。 加适量的缓凝剂 ( 如木质素磺酸钙) 。掺加 缓凝剂不但可以延缓水化热的释放速度、 推迟温峰的出现并延长混凝土的凝结时间 ，

7、还可以改善混凝土和易性 ，减少水和水泥用量 ,从而降低水化热。 拌制大体积混凝土的原材料均需进行检验合格后方可使用。 2.2施工技术措施 在炎热夏季进行施工时 ,要采取下列措施对材料进行降温 : 提前1周以上的时间将水泥入库降温 ,并保证水泥仓库有良好的通风； 砂石堆进行覆盖 ,避免阳光直射 ,必要时向 骨料喷冷水； 防止搅拌机在阳光照射下温升过高 ,可采用搭凉棚的方法为搅拌机遮荫； 混凝土宜现场采用冷水拌制。 浇筑混凝土前应将基槽内的杂物清理干净，而且混凝土的浇筑应连续进行，间歇时间不得超过35h，浇筑时必须严格控制混凝土的入模温度，混凝土最高浇筑温度不得超28，在浇筑混凝土时投入适量的毛石

8、 ,以吸收热量并节约混凝土 ;在浇筑的混凝土内部预先埋置冷却管 ,用循环水来降低混 凝土内部温度峰值延缓升温速度 ;浇筑时若外界气 温过高 ,可采用在输送管上加盖草袋并喷冷水的方法。 在施工现场要对商品混凝土逐车进行检查， 测定混凝土的坍落度和温度，检查混凝土量是否相 符，严禁混凝土搅拌车在施工现场临时加水。混凝土搅拌车到场等待时可采取向搅拌罐上喷冷水的措施来控制混凝土的浇筑温度。 严格控制混凝土的浇筑速度。一次浇注的混凝土不可过高、过厚， 以保证混凝土温度均匀上升。对于断面相差很大的结构和剪力墙的孔、洞、口 处 ,应先浇灌较深的部位 ,待静止 12h 混凝土沉降后 ,再与断面或孔洞上部的混凝

9、土一起浇筑。墙板混凝土宜采用非泵送混凝土 ,利用塔吊和人力推车连续进行 ,以避免施工冷缝的出现。 可以适当在混凝土中掺加合成纤维。混凝土中掺入合成纤维后 ,可使数以千万计的纤维三维均匀的分布在混凝土内部，混凝土塑性阶段干缩及冷缩所产生的表面一旦延伸到合成纤维即可停止发展。 合理安排施工工序，遵循“同时浇捣、分层推进、一次到位、 循序渐进”的成熟工艺，薄层浇捣，均匀上升，以利于散热。大体积混凝土浇筑时应尽量扩大浇筑工作面 , 分层浇捣 ,逐步推进。要严格控制振捣的时间及插 入深度 ,防止振捣过程中出现漏振。 根据结构特点 ,大体积混凝土的浇注方法可分为：全面分层、分段分层、斜面分层的浇注方案。如

10、图1所示。 图1a全面分层:在第一层混凝土全部浇筑完毕后 ,再回头浇筑第二层。此时应使第一层混凝土还未初凝 ,如此逐层连续浇筑,直至完工为止。适用于结构的平面尺寸不太大的情况 ,施工时从短边开始,沿长边推进比较合适。必要时可分成两段 ,从 中间向两端或从两端向中间同时进行浇筑。 图 1b 斜面分层:要求斜面的坡度不大于1/3， 适用于结构的长度大大超过厚度3倍的情况。混凝土从浇筑层下端开始 ,逐渐上移。混凝土的振捣 也要适应斜面分层浇筑工艺 ,一般在每个斜面层的上、下各布置一道振动器。上面的一道布置在混凝土卸料处 ,保证上部混凝土的捣实 ,下面一道振动器 布置在近坡脚处 ,确保下部混凝土密实。

11、随着混凝土浇筑的向前推进 ,震动器也相应跟上。 图1 c 分段分层 : 混凝土浇筑时,先从底层开始,浇筑至一定距离后浇筑第二层 ,如此依次向前浇筑其他各层。由于总的层数较多,所以浇筑到顶后第一层末端的混凝土还未初凝,又可以从第二段依 次分层浇筑。这种方案适用于单位时间内要求供应的混凝土较少,结构物厚度不太大而面积或长度较大的工程。 振捣时振动棒应尽量垂直插入 ,快插慢拔 , 插点交错 ,均匀布置。在振捣上一层混凝土时 ,应深 入下一层约 50100mm, 以消除层间的接缝。振捣时间以表面基本水平并出现水泥浆,混凝土不再冒气泡、不再明显坍落为度。必要时在混凝土凝结前的适当时间内进行二次振捣 ,以

12、增加混凝土的密实 度 ,减少混凝土内部的微裂缝 ,提高混凝土的强度和抗渗性能。 冬季大体积混凝土浇筑时 ,为防止表面散热过快 ,造成过大的内外温差,应在外部覆盖保温材料或者进行短时间加热 ,拆模后迅速回填土方以利保温。 2.3 大体积混凝土的养护措施 养护是大体积混凝土施工中一项十分关键的工 作。养护时要保持适宜的温度和湿度 ,以便控制混 凝土内外温差 ,促进混凝土强度的正常发展及防止混凝土温度裂缝的产生和发展。根据工程的具体情 况，应尽可能多养护一段时间 ,拆模后应立即回填土或覆盖保护。同时要预防冬期骤冷寒潮气候影响 ,以控 制内外温差 ,防止混凝土早期和中期裂缝。大体积混凝土的养护 ,不仅

13、要满足强度增长的需要 ,还应通过人工的温度控制，防止因温度梯度引起混凝土的 开裂。 大体积混凝土养护阶段防止温度裂缝的措施主要有 : 浇筑后2h采用塑料膜对表面覆盖,可有效增加混凝土的表面温度 ,减小总温差。若在冬季施工需在塑料膜上面加上草垫保温等。 混凝土浇筑后 ,应在终凝后两小时开始带水养护 , 养护期14天以上。夏季浇筑大体积混凝土 时 ,可采用积水养护的方法。在混凝土表面上用砖砌成浅水池 ,然后放入 300mm 深的水 ，起保护和养护双重作用。 冬季施工时 ,在结构外露的混凝土表面以及模板外侧覆盖保温材料 ( 如草袋、锯木、湿砂等) ,在 缓慢的散热过程中 ,使混凝土获得必要的强度 ,

14、以控制混凝土的内外温差小于 25 。 2.4 大体积混凝土施工中的温度检测措施 要对大体积混凝土进行有效的温度控制 ,就必须进行科学检测。设置测温点 ,以便了解内外温差的数据 ,及时采取相应措施 ,以保证控制的准确性。 大体积混凝土温度的检测要在混凝土浇灌完毕后 2 天开始 ,检测时间为1个月 ,在前面7天 ,每隔2 小时测温一次 ,以后每隔8小时测温一次。在浇筑混 凝土时 ,采用预埋温度传感片和测温仪 ,一般布置上中下三个混凝土内部测温点和一个混凝土表面控制的测温点，从浇筑开始测温，浇筑完后根据温控指标及时调整保温、保湿等养护条件。混凝土养护阶段的温度检测应注意以下几点 ： 混凝土的中心温度

15、与表面温度之间、混凝土 表面温度与室外最低气温之间的差值均应小于20 ，当结构混凝土具有足够的抗裂能力时 ,不大于25 30 。 混凝土拆模时 ,混凝土的温差不超过 20 。 配备专职测温人员，按两班考虑。对测温人员要进行培训和技术交底。测温人员要认真负责 , 按时按孔测温 ,不得遗漏或弄虚作假 ,发现问题应及时向项目技术负责人汇报。测温记录要填写清楚、整洁 ,换班时要进行交底。 测温工作应连续进行，经技术部门同意后方可停止测温。 测温时若发现混凝土内部最高温度与表面温度之差达到 25 度或温度异常，应及时通知技术部门和项目技术负责人 ,以便及时采取措施。3、结束语 大体积混凝土结构的材料选择

16、、施工技术与养护措施直接关系到结构的使用性能 ,若不能很好的了解大体积混凝土结构温度裂缝产生的原因以及采取的相应施工措施 ,实际生产当中就很难保证大体积混凝土的施工质量。虽然大体积混凝土很容易产生温度裂缝 ,但是大量的科学研究以及成功的工程实例都表明：只要我们在材料选择、施工工艺、以及 后期的养护过程中能够充分考虑各种因素的影响，还是完全可以避免危害结构安全的温度裂缝的产生。一、大体积混凝土开裂原因分析现浇混凝土在硬化过程中，由于混凝土中水分的改变、化学反应、温度变化等原因，都会导致混凝土的干缩变形、自生体积变形和温度变形等。从流变学观点分析，混凝土是一种同时具有黏、塑、弹性的复合材料。新拌的

17、混凝土处于以黏、塑性为主的阶段，水化过程使混凝土由黏、塑性逐渐过渡到以黏、弹性为主的凝固阶段，即混凝土的水化硬化过程就是混凝土的黏、塑、弹性流变的全过程。混凝土的黏、塑、弹性还会因周围环境的变化、外力的作用、外加剂的掺人而改变。硬化混凝土是由固、液、气组成的多相复合材料，其中液相和气相主要是由于混凝土中孔、缝所致。微孔和毛细孔是在混凝土成型和水泥水化硬化过程中形成的，其成因除荷载因素外，主要是由于混凝土的收缩，最常见的是在限制条件下因收缩引起的开裂。混凝土收缩开裂分为早期塑性收缩、干缩、冷缩和自收缩等四种。早期塑性收缩只限于混凝土表面。混凝土脱模后，在初凝前外表面蒸发快，内部水分补充不上，容易

18、出现混凝土表面干缩，生成网状细裂缝，因此混凝土在脱模初期（14d）要加强潮湿养护。干缩是混凝土内水分散失引起的收缩。混凝土表面收缩先于并多于内部，引起的裂缝由外向内发展，外面裂缝宽度大于内部裂缝宽度。冷缩是混凝土结构热量散失引起的收缩，温差大和降温快，容易开裂。自收缩是水泥水化前后绝对体积的缩小。混凝土施工中，水分的改变通常表现为接触失水，以及混凝土表面蒸发，混凝土在硬化过程中约有20%的水分是水泥水化所必须的，还有80%的水分要不断蒸发，随着水分的变化减少，引起混凝中硅酸钙胶体体积减小而不断干燥收缩，混凝土中就会产生收缩应力，试验证明混凝土收缩的整个过程要持续二年以上。由于干缩变形能使构件中

19、出现较大应力，于是结构薄弱部位就产生裂缝，这种裂缝对结构的危害较大，会严重影响结构的耐久性。化学反应的自生体积变形，主要是混凝土依靠胶凝的材料自身水化引起的，混凝土的自生体积变形（除膨胀水泥混凝土外），大多为收缩。温度变化产生温度应力和温度变形，这是水泥水化热作用引起的，如果浇注的大体积混凝土结构本身各部分温度变形不一致而相互约束，从而产生自身温度应力；另外，由试验得知：混凝土的线胀系数为 ，而混凝土可以承受的极限变形为，而某些大体积混凝土结构热胀冷缩受到约束，不能自由变形，接近全约束状态的温度应力是很大的，其最大拉应力值为smaxEaT，而混凝土的弹模一般约为 ，标注抗拉强度为2.4MPa，

20、可求出其最大允许温差为：所以当大体积混凝土内外温差达到30以上时，就一定会在某些区域产生拉应力，把混凝土拉裂，即出现温度裂缝，因此大体积混凝土浇筑时，必须采取温差控制措施，尽可能减少温度变形引起混凝土开裂，且大体积混凝土内部自收缩引起的裂缝是自内向外发展的。据有关资料，温度变形引起的轴向拉应力可达1.9MPa2.1MPa，因此，混凝土开裂可由微缝扩宽并发展为可见裂缝。另外，地基的不均匀沉降，结构强迫变形和施工质量或工艺等也会造成大体积混凝土产生裂缝。总之，大体积混凝土在浇筑过程中，不可避免地会出现混凝土体积收缩变形。当混凝土处于自由状态下，体积变形没有多大关系，当它与相邻结构物牵制而处于约束状

21、态时，混凝土发生的收缩变形会由于约束引起拉应力，混凝土的抗拉强度不高，约为抗压强度的610，并随着抗压强度的增高而减小，因而体积变形过大容易引起混凝土开裂，混凝土开裂对承重混凝土结 构物会影响其承载能力。由于裂缝的渗漏，可侵蚀混凝土中的钢筋，在冻融作用下，可能加速破坏，引起一系列的危害。二、大体积混凝土开裂的防治措施由以上分析可知，大体积现浇混凝土出现裂缝是不可避免的，这是由混凝土本身的特点所致，但可以尽量减少裂缝、特别是避免裂缝贯通，所以应采取一定的措施，尽量减少变温变形引起的混凝土开裂。作者认为，采取以下几个措施，可以有效地减少大体积混凝土开裂：1.适当提高混凝土的极限拉伸，如提高含钢率或

22、减小钢筋直径都可以提高材料的抗裂性能，但减小钢筋直径加密间距要比提高含筋率效果明显一些。研究表明，增加一倍钢筋只提高材料抗裂性能5.1；把钢筋直径减小，由f616改为f47.5，不提高含钢率基本上也可提高材料抗裂性能11.3。2.降低水灰比，减少混凝土的早期塑性收缩；3.在脱模初期，加强混凝土的潮湿养护，减少混凝土的干缩和自收缩；研究表明，混凝土干缩一般为21044104，如果混凝土没有约束或与其重量相比的约束可略去不计时，在自重的作用下，干缩裂隙不会产生。4.混凝土中掺入部分优质矿物细骨料，减少混凝土的发热量，从而减小混凝土的伸长或收缩量；5.严格控制混凝土温度。如降低混凝土出机及入模温度，

23、可采用预冷骨料、冷水拌和、加冰拌和、对拌合物进行降温处理、在混凝土运输容器和输送管道外包裹保温材料等方法；降低棍凝土内部温度，可采用预埋管道通过循环水或空气带走混凝上内部热量，降低内部温度；混凝土表面进行保温，即在混凝土表面覆盖保温材料，以减少内外温差，降低混凝土表面温度梯度，延缓混凝土的降温速度。6.改善大体积混凝土受力状况。研究表明，当混凝土与相邻结构物牵制而处于约束状态时，混凝土发生的收缩或伸长变形会由于约束引起拉应力，并导致大体积混凝土开裂，而当混凝土处于自由状态下，体积变形没有多大关系。7.在混凝土中掺入适量的外加剂，使混凝土具有一定的膨胀性能，产生膨胀预压应力，克服混凝土由于收缩引起的开裂。