大體積混凝土施工中溫度與裂縫控制

1、大體積混凝土施工中溫度與裂縫控制摘要：結(jié)合南京南站北廣場(chǎng)工程實(shí)例，分析了大體積混凝土施工中溫度裂縫產(chǎn)生的原因和機(jī)理，探討了現(xiàn)場(chǎng)混凝土溫度控制和預(yù)防溫度裂縫的具體措施。關(guān)鍵詞：大體積混凝土；溫度；裂縫；控制引言 鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，因?yàn)椴牧蟽r(jià)廉物美，施工方便，承載力大，可裝飾強(qiáng)等特點(diǎn)，應(yīng)用十分廣泛，在現(xiàn)代工程建設(shè)中占有重要的地位。而由于鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的受力特點(diǎn)、混凝土的材料特性、混凝土施工技術(shù)等原因，混凝土的裂縫以及如何預(yù)防混凝土開(kāi)裂是工程建設(shè)中帶有一定普遍性的技術(shù)問(wèn)題，特別是大體積混凝土，影響裂縫產(chǎn)生的因素更多，預(yù)防混凝土開(kāi)裂的難度更大。而混凝土裂縫一旦形成，特別是貫穿性裂縫出現(xiàn)在重要的結(jié)構(gòu)部位危

2、害極大，它會(huì)影響結(jié)構(gòu)的整體性，降低結(jié)構(gòu)的耐久性，削弱構(gòu)件的承載力，甚至?xí)：Φ浇ㄖ锏陌踩褂谩Ｋ?，如何采取有效措施防止混凝土開(kāi)裂，特別是大體積混凝土開(kāi)裂，是一個(gè)值得研究和探討的問(wèn)題。 1 產(chǎn)生溫度裂縫的原因和機(jī)理 混凝土裂縫產(chǎn)生的原因可分為兩類：一是結(jié)構(gòu)型裂縫，是由外荷載引起的，包括常規(guī)結(jié)構(gòu)計(jì)算中的主要應(yīng)力以及其他的結(jié)構(gòu)次應(yīng)力造成的受力裂縫。二是材料型裂縫，是由非受力變形變化引起的，主要是由溫度應(yīng)力和混凝土的收縮引起的。而對(duì)于大體積混凝土，通常結(jié)構(gòu)斷面尺寸較大，一次性澆筑的混凝土量多，聚集的大量水化熱不易散發(fā)，導(dǎo)致混凝土內(nèi)外溫差較大，在受到內(nèi)外約束的情況下，混凝土內(nèi)部會(huì)產(chǎn)生較大的溫度應(yīng)力導(dǎo)

3、致裂縫產(chǎn)生。因此，溫度應(yīng)力引起的裂縫更應(yīng)當(dāng)重點(diǎn)關(guān)注，并在施工過(guò)程中有效加以控制。 溫度裂縫產(chǎn)生的原因有以下兩個(gè)方面： 由于溫差較大引起的，混凝土結(jié)構(gòu)在硬化期間水泥放出大量水化熱，內(nèi)部溫度不斷上升，使混凝土表面和內(nèi)部溫差較大，混凝土內(nèi)部膨脹高于外部，此時(shí)混凝土表面將受到很大的拉應(yīng)力，而混凝土的早期抗拉強(qiáng)度很低，因而出現(xiàn)裂縫。這種溫差一般僅在表面處較大，離開(kāi)表面就很快減弱，因此，裂縫只在接近表面的范圍內(nèi)發(fā)生，表面層以下結(jié)構(gòu)仍保持完整。 結(jié)構(gòu)溫差較大，當(dāng)大體積混凝土澆筑在約束地基（例如樁基）上時(shí)，由于受到外界的約束，又沒(méi)有采取特殊措施降低，放松或取消約束，或根本無(wú)法消除約束，裂縫易發(fā)生深進(jìn)，直至貫穿

4、整個(gè)混凝土整體。 溫度裂縫形成的過(guò)程一般分為三個(gè)時(shí)期：一是初期裂縫，就是在混凝土澆筑的升溫期，由于水化熱使混凝土澆筑后23d溫度急劇上升，內(nèi)熱外冷引起“約束力”，超過(guò)混凝土抗拉強(qiáng)度引起裂縫。二是中期裂縫，就是水化熱降溫期，當(dāng)水化熱溫升到達(dá)峰值后逐漸下降，水化熱散盡時(shí)結(jié)構(gòu)的溫度接近環(huán)境溫度，結(jié)構(gòu)溫度引起“外約束力”，超過(guò)混凝土抗拉強(qiáng)度引起裂縫。三是后期裂縫，當(dāng)混凝土接近周圍環(huán)境條件之后保持相對(duì)穩(wěn)定，而當(dāng)環(huán)境條件下劇變時(shí)，由于混凝土為不良導(dǎo)體，形成溫度梯度，當(dāng)溫度梯度較大時(shí)，混凝土產(chǎn)生裂縫。 2溫度的控制和預(yù)防溫度裂縫的措施 大體混凝土溫度裂縫的產(chǎn)生一般是不可避免的，重要的是如何把其控制在規(guī)范允許

5、的范圍之內(nèi)。對(duì)混凝土溫度裂縫控制的好壞，直接影響結(jié)構(gòu)的受力和耐久性要求。溫度控制和預(yù)防混凝土溫度裂縫的措施主要有以下幾種。 2.1 降低水泥水化熱 （1）優(yōu)先選用低水化熱水泥，如礦渣水泥和粉煤灰水泥，降低水泥水化熱。 （2）精心設(shè)計(jì)混凝土配合比, 采用摻加粉煤灰和減水劑的“雙摻”技術(shù), 減少每立方米混凝土中的水泥用量, 以達(dá)到降低水化熱的目的。 （3）選用適宜的骨料, 施工中根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)條件盡量選用粒徑較大, 級(jí)配良好的粗骨料，選用中粗砂, 改善混凝土的和易性, 減少用水量，減緩水化反應(yīng)速度，降低水化熱。 （4）充分利用混凝土的后期強(qiáng)度（60d或90d）, 作為混凝土強(qiáng)度評(píng)定值，減少水泥用量并延緩

6、峰值。 2.2 減少混凝土內(nèi)外溫差 （1）拌合混凝土?xí)r加冰水，用冷水將碎石沖洗以降低混凝土的入倉(cāng)溫度。 （2）在混凝土中埋入循環(huán)水管，注入冷水循環(huán)降溫，使混凝土體內(nèi)熱量及時(shí)排出，降低混凝土內(nèi)外溫差。 （3）高溫季節(jié)澆筑混凝上時(shí)，分層澆筑并控制每層厚度30cm，充分利用澆筑層面散熱。 （4）冬季施工時(shí), 對(duì)暴露的混凝土澆筑面或薄壁結(jié)構(gòu)，采取保溫措施，防止混凝土表面降溫過(guò)快。 （5）規(guī)定合理的拆模時(shí)間，氣溫驟降時(shí)進(jìn)行表面保溫，以免混凝土表面發(fā)生急劇的溫度梯度。 2.3 改善約束條件 （1）合理的分縫分塊，結(jié)構(gòu)長(zhǎng)度超過(guò)3040m時(shí)應(yīng)設(shè)置后澆帶。 （2）避免基礎(chǔ)過(guò)大的起伏，底板高低起伏和截面突變處，做

7、成漸變形式，避免結(jié)構(gòu)突變而產(chǎn)生應(yīng)力集中，轉(zhuǎn)角和孔洞處增設(shè)構(gòu)造加強(qiáng)筋。 （3）當(dāng)基礎(chǔ)設(shè)置于巖石地基或混凝土墊層上時(shí)，宜設(shè)置滑動(dòng)層，以消除或減少約束作用。 （4）合理安排施工工序，避免過(guò)大的高差和側(cè)面長(zhǎng)期暴露。 2.4 加強(qiáng)測(cè)溫和養(yǎng)護(hù) 2.4.1混凝土溫度監(jiān)測(cè) 為了減輕混凝土在升降溫過(guò)程引起的混凝土內(nèi)部溫度應(yīng)力劇烈變化，而導(dǎo)致混凝土結(jié)構(gòu)產(chǎn)生有害裂縫，掌握混凝土結(jié)構(gòu)內(nèi)部溫度變化情況尤其重要。大體積混凝土澆筑前應(yīng)根據(jù)工程實(shí)際情況，科學(xué)制定混凝土測(cè)溫方案，選擇好測(cè)溫儀器，布置好測(cè)溫點(diǎn)，預(yù)埋好測(cè)溫探頭。測(cè)溫儀器宜選擇便攜式建筑電子測(cè)溫儀，它能夠直觀、準(zhǔn)確、快捷地?cái)?shù)字顯示混凝土內(nèi)部溫度，可任意布置測(cè)溫點(diǎn)，具

8、有可靠性好，適用范圍廣，室溫操作環(huán)境；體積小、重量輕、操作簡(jiǎn)單，并有夜間測(cè)溫讀數(shù)功能。測(cè)溫點(diǎn)的布置應(yīng)具有代表性，做到既突出重點(diǎn)，又兼顧全局，在滿足監(jiān)測(cè)要求的前提下以盡可能少的測(cè)點(diǎn)獲得所需的監(jiān)測(cè)資料。還應(yīng)滿足“每百平米平面面積不少于一個(gè)測(cè)點(diǎn)，每一澆筑層不少于兩個(gè)測(cè)點(diǎn)”的要求，同時(shí)也要考慮澆筑塊的對(duì)稱性和溫度分布的一般規(guī)律。 混凝土澆筑后應(yīng)及時(shí)對(duì)混凝土內(nèi)外溫度進(jìn)行監(jiān)測(cè)，掌握混凝土結(jié)構(gòu)內(nèi)部溫度變化情況，并做好記錄。測(cè)溫從混凝土澆筑后24h開(kāi)始，第l 5d每2h測(cè)溫1次，第6d后每4h測(cè)溫1次，1015d后，每8h測(cè)一次,測(cè)至溫度穩(wěn)定為止。根據(jù)混凝土內(nèi)部溫度變化情況，采取相應(yīng)的保溫、降溫措施，控制混凝

9、土結(jié)構(gòu)內(nèi)外溫差在允許的范圍內(nèi),一般不超過(guò)25，不致產(chǎn)生溫度裂縫，保證混凝土的質(zhì)量。 2.4.2混凝土的養(yǎng)護(hù) 混凝土養(yǎng)護(hù)是大體積混凝土施工中一項(xiàng)十分關(guān)鍵的工作。養(yǎng)護(hù)主要是保持適宜的溫度和濕度，以便控制混凝土內(nèi)表溫差，促進(jìn)混凝土強(qiáng)度的正常發(fā)展及防止混凝土裂縫的產(chǎn)生和發(fā)展。混凝土澆筑后，應(yīng)盡快回填土，土是混凝土最好的養(yǎng)護(hù)材料之一，也是混凝土保溫保濕養(yǎng)護(hù)的最有效方法。對(duì)大面積的底板面，一般采用先一層塑料簿膜，后二層草包作保溫保濕養(yǎng)護(hù)。養(yǎng)護(hù)必須根據(jù)混凝土內(nèi)表溫差和降溫速率，及時(shí)調(diào)整養(yǎng)護(hù)措施，應(yīng)盡可能、多養(yǎng)護(hù)一段時(shí)間 ，防止混凝土早期和中期裂縫。此外，還可采用蓄水法保溫養(yǎng)護(hù)、內(nèi)散外蓄綜合養(yǎng)護(hù)等方法，可有效

10、降低混凝土的溫升值，且可大大縮短養(yǎng)護(hù)周期，對(duì)于超厚大體積混凝土施工尤其適用。 3 工程應(yīng)用實(shí)例 3.1工程概況 南京南站北廣場(chǎng)工程是高鐵南京南站配套市政設(shè)施，為一層地下混凝土超長(zhǎng)結(jié)構(gòu)，呈扇形，東西向長(zhǎng)395.6m，南北向135m，總建筑面積40515m2。上部為站前廣場(chǎng)，下部為商業(yè)用房和地下停車庫(kù)。北廣場(chǎng)主體結(jié)構(gòu)橫跨已營(yíng)運(yùn)的南京地鐵1號(hào)線和建設(shè)中的地鐵3號(hào)線，該跨線區(qū)域面積約9000m2,底板厚度2200mm,設(shè)計(jì)混凝土等級(jí)C40P6，一次性澆筑混凝土約20000m3。 3.2 主要技術(shù)措施 南京南站北廣場(chǎng)工程是南京市2011年重點(diǎn)建設(shè)項(xiàng)目，為確?；炷临|(zhì)量，減少混凝土裂縫，施工過(guò)程中采用了補(bǔ)

11、償收縮混凝土、膨脹加強(qiáng)帶、摻加抗裂纖維等技術(shù)措施，而跨地鐵3號(hào)區(qū)域除應(yīng)用以上技術(shù)措施外，作為大體積混凝土在溫度裂縫的控制方面重點(diǎn)采取了以下技術(shù)措施。 3.2.1 在降低水泥水化熱方面 通過(guò)精心設(shè)計(jì)混凝土配合比, 采用摻加粉煤灰和聚羧酸高效減水劑的“雙摻”技術(shù), 選用級(jí)配良好的粗骨料和中粗砂,同時(shí)和設(shè)計(jì)單位協(xié)商采用60d混凝土強(qiáng)度作為混凝土強(qiáng)度評(píng)定值，減少水泥用量和用水量，減緩水化反應(yīng)速度，降低了水化熱。 3.2.2 在降低混凝土內(nèi)外溫差方面 由于該大體積混凝土澆筑時(shí)間為5月底，氣溫較適宜，溫差控制的重點(diǎn)一是要求混凝土廠在拌合混凝土?xí)r加冰水，用冷水將碎石沖洗以降低混凝土的入倉(cāng)溫度。二是采用分層澆

12、筑，控制每層厚度 30cm，充分利用澆筑層面散熱。三是按規(guī)范規(guī)定的拆模時(shí)間拆模，以免混凝土表面發(fā)生急劇的溫度梯度。 3.2.3 在改善約束條件方面 考慮到該地板面積較大，混凝土澆筑時(shí)進(jìn)行了合理的分縫分塊，設(shè)置了膨脹加強(qiáng)帶，使結(jié)構(gòu)長(zhǎng)度不超過(guò)40m。同時(shí)，為避免基礎(chǔ)過(guò)大的起伏，底板高低起伏和截面突變處，做成漸變形式，避免結(jié)構(gòu)突變而產(chǎn)生應(yīng)力集中。征求設(shè)計(jì)同意后，取消了防水卷材上的混凝土保護(hù)層，以減少對(duì)地板的約束作用。 3.2.4 在加強(qiáng)測(cè)溫和養(yǎng)護(hù)方面 我們邀請(qǐng)了東南大學(xué)有關(guān)專家?guī)椭幹屏嘶炷翜y(cè)溫方案，并嚴(yán)格按照方案及時(shí)對(duì)混凝土內(nèi)外溫度進(jìn)行監(jiān)測(cè)，掌握混凝土結(jié)構(gòu)內(nèi)部溫度變化情況，采取相應(yīng)的保溫、降溫措

13、施，控制混凝土結(jié)構(gòu)內(nèi)外溫差不超過(guò)25，同時(shí)采用了蓄水保溫養(yǎng)護(hù)的方法，有效降低混凝土的溫升值，大大縮短養(yǎng)護(hù)周期，保證混凝土的質(zhì)量。 4 結(jié)束語(yǔ) 大體積混凝土結(jié)構(gòu)溫度裂縫的產(chǎn)生與控制是相當(dāng)復(fù)雜的，通過(guò)以上對(duì)混凝土的施工溫度與裂縫之間的關(guān)系進(jìn)行了理論與實(shí)踐的初步探討，導(dǎo)致裂縫產(chǎn)生的主要原因是水泥硬化過(guò)程中釋放大量的水化熱所產(chǎn)生的溫度應(yīng)力超過(guò)混凝土的極限抗拉強(qiáng)度。所以,如何控制大體積混凝土水化熱升溫和結(jié)構(gòu)物體內(nèi)外溫差，是大體積混凝土能否產(chǎn)生裂縫的關(guān)鍵。施工中要充分考慮混凝土原材料的選擇，配合比的優(yōu)化，適當(dāng)?shù)負(fù)交旌狭稀⑼饧觿﹣?lái)提高混凝土的性能，同時(shí)注意澆筑方法、入倉(cāng)溫度、澆筑層厚、外界氣溫變化，采用在結(jié)構(gòu)物內(nèi)埋設(shè)冷卻水管、合理安排拆模時(shí)間、加強(qiáng)