大體積混凝土澆筑溫度裂縫產(chǎn)生的原因和控制方法研究

1、大體積混凝土澆筑溫度裂縫產(chǎn)生的原因和控制方法研究論文關(guān)鍵詞大體積混凝土溫度裂縫裂縫控制論文摘要首先分析大體積混凝土溫度裂縫的成因，然后提出溫度裂縫控制方法，包括設(shè)計(jì)、施工、監(jiān)測(cè)等三個(gè)方面。隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的開展，工程建立規(guī)模的不斷擴(kuò)大，大體積混凝土在構(gòu)造中的應(yīng)用越來越廣泛，施工中的大體積混凝土溫度裂縫問題日顯突出，并成為具有相當(dāng)普遍性的問題1。溫度裂縫作為長(zhǎng)期困擾大體積混凝土的主要難題，涉及到建筑材料、設(shè)計(jì)、施工和管理等多方面的因素2-3。有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)中關(guān)于土木工程的溫度裂縫控制條款還不完善，工程中的溫度控制施行主要依靠理論經(jīng)歷，缺乏理論根據(jù)。本文對(duì)大體積混凝土的溫度裂縫及其控制技術(shù)進(jìn)展了討論。一、大

2、體積混凝土澆筑溫度裂縫產(chǎn)生的原因構(gòu)造物在實(shí)際使用中承受各種荷載，當(dāng)構(gòu)造的抗拉強(qiáng)度缺乏以抵抗荷載作用時(shí)，構(gòu)造就可能出現(xiàn)裂縫。外荷載的直接應(yīng)力和次應(yīng)力、溫度變化、縮脹以及不均勻沉降等都會(huì)產(chǎn)生裂縫。大體積混凝土常見的質(zhì)量問題是混凝土構(gòu)造產(chǎn)生裂縫。造成構(gòu)造裂縫的原因是復(fù)雜的，綜合性的。但是，大體積混凝土從澆筑時(shí)起，到到達(dá)設(shè)計(jì)強(qiáng)度止，即施工期間產(chǎn)生的構(gòu)造裂縫主要是由水泥水化熱引起的溫度變化造成的。大體積混凝土工程，水泥用量多，構(gòu)造截面大，因此，混凝土澆筑以后，水泥放出大量水化熱，混凝土溫度升高。由于混凝土導(dǎo)熱不良，體積過大，相對(duì)散熱較小，混凝土內(nèi)部水化熱積聚不易散發(fā)，外部那么散熱較快。升溫階段，混凝土外

3、表溫度總是低于內(nèi)部溫度。根據(jù)熱脹冷縮的原理，中心部分混凝土膨脹的速度要比外表混凝土快，中心部分與外表質(zhì)點(diǎn)間形成互相約束，中心屬于約束膨脹，不會(huì)開裂；外表屬于約束收縮，當(dāng)外表拉應(yīng)力t超過混凝土的極限抗拉強(qiáng)度時(shí)，混凝土外表就產(chǎn)生裂縫。隨著水泥水化反響的減慢及混凝土的不斷散熱，大體積混凝土由升溫階段過渡到降溫階段，溫度降低，體積收縮。由于混凝土內(nèi)部熱量是通過外表向外散發(fā)，降溫階段，混凝土外表溫度與中心溫度仍然存在差值，假設(shè)過大，同升溫階段一樣產(chǎn)生外表裂縫。降溫過程，混凝土體積收縮，同時(shí)，考慮到邊界條件和地基的約束，屬于約束收縮。但此時(shí)，混凝土齡期增長(zhǎng)，強(qiáng)度增大，彈性模量增高，因此，降溫收縮產(chǎn)生的拉應(yīng)

4、力較大，除了抵消升溫時(shí)產(chǎn)生的壓應(yīng)力外，在混凝土中形成了較高的拉應(yīng)力t，超過混凝土的抗拉強(qiáng)度關(guān)，就引起大體積混凝土的貫穿裂縫。水泥水化硬化，水是必備的前提條件，但混凝土為了滿足施工和易性的要求，通常所加水量是水泥水化所需水量的數(shù)倍，多余的水為游離水，游離水容易蒸發(fā)，引起體積收縮稱為干縮。干縮與混凝土降溫產(chǎn)生的冷縮疊加，增大了混凝土中的拉應(yīng)力，加劇了混凝土中裂縫的產(chǎn)生。二、大體積混凝土溫度裂縫控制方法在大體積混凝土工程施工中，由于水泥水化熱引起混凝土內(nèi)部溫度和溫度應(yīng)力劇烈變化，從而導(dǎo)致混凝土發(fā)生裂縫。因此，控制混凝土澆筑塊體因水化熱引起的溫升、混凝土塊體的內(nèi)外溫差及降溫速度，是防止混凝土出現(xiàn)有害溫

5、度裂縫的關(guān)鍵。自上世紀(jì)初開始，有關(guān)大體積混凝土防裂問題就得到研究。美國(guó)通過箭石壩1915年，高107米、胡佛壩1930年，221米等大壩的建立對(duì)大體積混凝土進(jìn)展了全面的研究，在上世紀(jì)60年代就得到了一套比較定型的大體積混凝土設(shè)計(jì)、施工形式。即采用低熱水泥或一部分用活性摻合料；降低水泥含量以減少總的水化熱量；限制澆筑層厚度和最短的澆筑間歇期；采用人工冷卻混凝土組成材料的方法來降低混凝土的澆筑溫度；在混凝土澆筑以后，采用預(yù)埋冷卻水管，通循環(huán)水來降低混凝土的水化熱溫升；保護(hù)新澆混凝土的暴露面，以防止突然的降溫，在極端寒冷地區(qū)，掩蓋在棚內(nèi)進(jìn)展人工加熱。在炎熱季節(jié)，采用棚蓋來防止新澆混凝土暴露面防止日光

6、直射，并同時(shí)用噴霧的方法來防止混凝土過早的凝結(jié)和枯燥，要求在各種條件下，混凝土的養(yǎng)護(hù)至少在14d以上，此外，還采用澆筑層厚與間歇期隨不同澆筑溫度而變化的澆筑方法。前蘇聯(lián)在1977年修建托克托古爾電站也形成開展了一套行之有效的大體積混凝土溫控防裂措施，即托克托古爾法。我國(guó)在修建丹江口工程時(shí)，提出了防裂措施，一是嚴(yán)格控制根底允許溫差，新老混凝土上下層溫差和內(nèi)外溫差；三是嚴(yán)格執(zhí)行新澆混凝土的外表保護(hù)；三是進(jìn)步混凝土的抗裂才能。由水利工程中總結(jié)出來的大體積混凝土溫度裂縫控制方法和措施在建筑工程理論中也得到應(yīng)用，獲得了很好的效果。根據(jù)這些工程理論，可以看到建筑工程中大體積混凝土的溫度裂縫控制要在設(shè)計(jì)、施

7、工和檢測(cè)三個(gè)方面采取一系列的技術(shù)措施。一設(shè)計(jì)控制措施盡可能選用強(qiáng)度等級(jí)低的混凝土，充分利用后期強(qiáng)度。隨著高層建筑和超高層建筑的不斷出現(xiàn)，大體積混凝土的強(qiáng)度日益增大，出現(xiàn)40-50等高強(qiáng)混凝土，設(shè)計(jì)強(qiáng)度過高，水泥用量大，水化熱量高。而高層建筑的建立周期長(zhǎng)，在混凝土的早齡期，荷載遠(yuǎn)未到達(dá)設(shè)計(jì)荷載值，可以利用混凝土的60d或90d后期強(qiáng)度，這樣可以減少混凝土中的水泥用量，以降低混凝土澆筑塊體的溫度升高。采用降低水泥用量的方法來降低混凝土的絕對(duì)溫升值，可以使混凝土澆筑后的內(nèi)外溫差和降溫速度控制的難度降低，也可降低保溫養(yǎng)護(hù)的費(fèi)用。用于大體積混凝土的強(qiáng)度在25-35的范圍內(nèi)選用，水泥用量最好不超過380k

8、g/3。二施工控制措施合理選擇原材料、優(yōu)化混凝土配合比。按照混凝土設(shè)計(jì)強(qiáng)度要求合理選擇原材料、優(yōu)化混凝土配合比使混凝土的絕熱溫升較孝抗拉強(qiáng)度較大、極限拉伸變形才能較大、線膨脹系數(shù)較校詳細(xì)是：1采用低水化熱、高強(qiáng)度水泥，以降低水泥水化熱，進(jìn)步混凝土的抗裂才能。所用的水泥應(yīng)進(jìn)展水化熱測(cè)定，水泥水化熱測(cè)定按現(xiàn)行國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)?水泥水化熱實(shí)驗(yàn)方法直接法?測(cè)定，要求配制混凝土所用水泥7d的水化熱不大于25kJ/kg；2采用導(dǎo)熱性好、線膨脹系數(shù)孝級(jí)配合理的骨料，減少混凝土溫度應(yīng)力。根據(jù)構(gòu)造最小斷面尺寸和泵送管道內(nèi)徑。選擇合理的最大粒徑，盡可能選用較大的粒徑。例如5-40粒徑可比5-25粒徑的碎石或卵石混凝土可減

9、少用水量6-8kg/3，降低水泥用量15kg/3，因此減少泌水收縮和水化熱。要優(yōu)先選用天然連續(xù)級(jí)配的粗集料，使混凝土具有較好的可泵性，減少用水量、水泥用量，進(jìn)而減少水化熱。細(xì)集料以采用級(jí)配良好的中砂為宜。理論證明：采用細(xì)度模數(shù)2.8的中砂比采用細(xì)度模數(shù)2.3的中砂可減少用水量20-25kg/3，可降低水泥用量28-35kg/3，因此降低了水泥水化熱、混凝土溫升和收縮；3優(yōu)化混凝土的配合比，以便在保證混凝土強(qiáng)度及流動(dòng)度條件下，盡量節(jié)省水泥、降低混凝土絕熱溫升。按照基于絕熱溫升控制的綠色高性能混凝土配合比優(yōu)化設(shè)計(jì)四功能準(zhǔn)那么對(duì)配合比進(jìn)展優(yōu)化；4摻用混合材料以減少用水量、節(jié)約水泥，降低混凝土的絕熱溫

10、升，進(jìn)步混凝土的抗裂才能；5摻用外加劑減緩水化熱的發(fā)生速率。外加劑主要指減水劑、緩凝劑和膨脹劑?；炷林袚饺胨嘀亓?.25%的木鈣減水劑，不僅使混凝土工作性能有了明顯的改善，同時(shí)又減少10%拌和用水且節(jié)約10%左右的水泥，從而降低了水化熱。一般泵送混凝土為了延緩凝結(jié)時(shí)間，要加緩凝劑，反之凝結(jié)時(shí)間過早，將影響混凝土澆筑面的粘結(jié)，易出現(xiàn)層間縫隙，使混凝土防水、抗裂和整體強(qiáng)度下降。為了防止混凝土的初始裂縫，宜加膨脹劑。但膨脹劑的選取需要注意。三監(jiān)測(cè)措施大體積混凝土溫度控制的測(cè)試內(nèi)容：1混凝土絕熱溫升的測(cè)試，混凝土絕熱溫升的測(cè)試有兩種方法，間接法和直接法。間接法是用水泥的水化熱、水泥用量、混凝土比熱

11、、混凝土密度來計(jì)算混凝土絕熱溫升。直接法是用混凝土絕熱溫升實(shí)驗(yàn)儀直接測(cè)定混凝土絕熱溫升。直接法測(cè)定結(jié)果準(zhǔn)確，但是實(shí)驗(yàn)設(shè)備和實(shí)驗(yàn)過程比較復(fù)雜，一般用于大型工程中。中小型工程常不具備這種條件，一般用間接法即可滿足要求；2混凝土澆筑溫度的監(jiān)測(cè),監(jiān)測(cè)混凝土澆筑時(shí)的溫度，保證澆筑溫度不要超過控制標(biāo)準(zhǔn)，以便控制混凝土澆筑后的溫度升頂峰值。同時(shí)也包括對(duì)混凝土攪拌、運(yùn)輸過程中溫度的監(jiān)測(cè)和混凝土原材料溫度的監(jiān)測(cè)；3養(yǎng)護(hù)過程中的溫度監(jiān)測(cè)一般監(jiān)測(cè)澆筑后大體積混凝土內(nèi)部中部、外表、底部的溫度和環(huán)境氣溫的變化情況，用來控制混凝土的降溫速度和內(nèi)外部溫差一般要求溫差T25,也可用來進(jìn)一步計(jì)算混凝土中的溫度應(yīng)力，確定混凝土的抗拉強(qiáng)度是否大于此時(shí)混凝土中產(chǎn)生的拉應(yīng)力，保證對(duì)裂縫的控制。這些監(jiān)測(cè)結(jié)果能及時(shí)反響現(xiàn)場(chǎng)大體積混凝土澆筑塊內(nèi)溫度變化的實(shí)際情況，以及所采用的施工技術(shù)措施的效果，為工程技術(shù)人員及時(shí)采取溫控對(duì)策提供科學(xué)根據(jù)。三、結(jié)論大體積混凝土剛度較大，一般沒有強(qiáng)度的問題，但由于它往往屬于地下隱蔽工程，裂縫的存在將