浅谈大体积混凝土中温度控制对防裂的重要作用.doc

浅谈大体积混凝土中温度控制对防裂的作用摘要：大体积混凝土,是指在工业与民用建筑结构中,一般的现浇连续墙式结构、地下构筑物及设备基础等容易由温度收缩应力引起裂缝的结构,通称为大体积混凝土结构。对于大体积混凝土质量问题的裂缝处理,是工程施工中的常见问题也是难疾,对建筑、结构件等的危害是相当大的。本文主要对大体积混凝土裂缝生产的主要原因进行分析,并提出预防大体积混凝土浇筑过程中裂缝产生的施工技术。大体积混凝土施工的定义是单面散热的结构断面最小厚度在0.75m以上；双面散热的结构断面最小厚度在1.0m以上，水化热引起的混凝土内外最大温差预计可能超过25的大体积混凝土工程。大体积混凝土特点是：结构厚实，混凝土量大，工程条件复杂，易使结构物产生温度变形。大体混凝土除了最小断面和内外温度有一定的规定外，对平面尺寸也有一定限制。因为平面尺寸过大，约束作用所产生的温度力也愈大，如采取控制温度措施不当，温度应力超过混凝土所能承受的拉力极限值时，则易产生裂缝。1温差是裂缝产生的主要原因大体积混凝土结构裂缝的发生是由多种因素引起的。主要是温度和湿度的变化，混凝土的脆性和不均匀性，以及结构不合理，原材料不合格，模板变形，基础不均匀沉降等。温差引起的裂缝是其中的一个主要原因。本文主要讨论温差引起的混凝土开裂。温差裂缝是混凝土内外部温差过大会产生的裂缝。主要影响因素是水泥水化热引起的混凝土内部和混凝土表面的温差过大。特别是大体积混凝土更易发生此类裂缝。混凝土的温度变形主要由两部分组成: 在混凝土硬化过程中，由于水泥的水化热产生大量热量，大体积混凝土内部散热较慢而使其温度升高，产生内外温差，内部混凝土膨胀，而外部混凝土散热快，水分蒸发温度降低而收缩，形成表面裂缝; 由于环境温度的变形，根据混凝土热胀冷缩的性质，在温度下降后混凝土必将产生收缩而产生拉应力，当拉应力超过混凝土的抗拉强度时，混凝土将产生裂缝。在大体积混凝土中，温度应力及温度控制具有重要意义。这主要是由于两方面的原因。一是在施工中混凝土常常出现温度裂缝，影响到结构的整体性和耐久性。二是在运转过程中，温度变化对结构的应力状态具有显著的不容忽视的影响。我们通常遇到的主要是施工中的温度裂缝，因此，本文仅对施工中混凝土裂缝的成因和处理措施做一些探讨。混凝土硬化期间水泥放出大量水化热，内部温度不断上升，在表面引起拉应力。后期在降温过程中，由于受到基础或老混凝上的约束，又会在混凝土内部出现拉应力。气温的降低也会在混凝土表面引起很大的拉应力。当这些拉应力超出混凝土的抗裂能力时，即会出现裂缝。许多混凝土的内部湿度变化很小或变化较慢，但表面湿度可能变化较大或发生剧烈变化。如养护不周、时干时湿，表面干缩形变受到内部混凝土的约束，也往往导致裂缝。由于原材料不均匀，水灰比不稳定，及运输和浇筑过程中的离析现象，在同一块混凝土中其抗拉强度又是不均匀的，存在着许多抗拉能力很低，易于出现裂缝的薄弱部位。在钢筋混凝土中，拉应力主要是由钢筋承担，混凝土只是承受压应力。在素混凝土内或钢筋混凝上的边缘部位如果结构内出现了拉应力，则须依靠混凝土自身承担。一般设计中均要求不出现拉应力或者只出现很小的拉应力。但是在施工中混凝土由最高温度冷却到运转时期的稳定温度，往往在混凝土内部引起相当大的拉应力。有时温度应力可超过其它外荷载所引起的应力，因此掌握温度应力的变化规律对于进行合理的结构设计和施工极为重要。2 温度的控制防止产生温差裂缝，主要是通过降低混凝土内水化热温度和混凝土初始温度，减少和避免裂缝风险。减轻温度应力可以从控制温度和改善约束条件两个方面着手。对于控制混凝土的出机温度，要求降低出机温度的最有效措施是降低骨料的温度，在气温较高时，为防止太阳的直接照射，砂、石堆场应设置遮阳棚，必要时尚须喷射冷水。对于混凝土的测温，要求：1）测温点的布置：大体积混凝土块体温度监测点的布置，以真实反映出混凝土块体的里外温度差、降温速度及环境温度为原则。布置方式：温度监测点的布置范围以所选混凝土块体平面图对称轴线的一半为测温区，在测温区内温度测点呈平面布置。在基础平面半条对称轴线上，温度监测点位宜不少于4 点。沿混凝土浇筑块体厚度方向，每一点位的测点数宜不少于3 点。2） 混凝土的测温要求：温度的浇筑温度的测试每工作班应不少于2 次。大体积混凝土内外温差、降温速度及环境温度的测试，每昼夜应不少于4 次。混凝土的上表面温度，应以混凝土上表面以下50MM处的温度为准。混凝土的下表面温度，应以混凝土底面向上50MM处的温度为准。3） 数据分析：对温度测试数据，应及时进行整理分析，如混凝土内外温差、降温速度不符合计算要求，应根据实际情况采取温控措施。控制温度的具体措施如下：1） 采用改善骨料级配，用干硬性混凝土，掺混合料，加引气剂或塑化剂等措施以减少混凝土中的水泥用量；2） 拌合混凝土时加水或用水将碎石冷却以降低混凝土的浇筑温度；3） 热天浇筑混凝土时减少浇筑厚度，利用浇筑层面散热；4）在混凝土中埋设水管，通入冷水降温；在混凝土浇筑成型后, 通过循环的冷却水进行降温, 以减少混凝土内外的温差; 下图为冷凝管降温法5 ）规定合理的拆模时间，气温骤降时进行表面保温，以免混凝土表面发生急剧的温度梯度；6 ）施工中长期暴露的混凝土浇筑块表面或薄壁结构，在寒冷季节采取保温措施；此外，改善混凝土的性能，提高抗裂能力，加强养护，防止表面干缩，特别是保证混凝土的质量对防止裂缝是十分重要，应特别注意避免产生贯穿裂缝，出现后要恢复其结构的整体性是十分困难的，因此施工中应以预防贯穿性裂缝的发生为主。7)采取合理的设计。设计时采取合理的结构形式和合理的分块, 工程施工中应根据温度裂缝的要求进行分块, 且设置必要的连接方式。合理设置分布钢筋,尽量采用小直径、密间距布置,变截面处配置加强分布筋。在改善结构物的约束条件不影响使用时,宜在混凝土垫层上设置滑动层。8)选择更好的原材料。选择混凝土原材料,优化混凝土配合比的目的是使混凝土具有较强的抗裂能力,具体说,就是要求混凝土的绝热温升较小、抗拉强度较大、极限拉伸变形能力较大、热量比较小、线膨胀系数较小, 自生体积变形最好是微膨,至少是低收缩。主要措施就是选用C3S及C3A含量低的中、低热水泥,这样可有效的降低混凝土温升。粗骨料宜优先选用自然连续级配, 可以适当减少水泥用量, 达到相应的强度, 使混凝土均匀、易密实。在选择粗骨料时, 优先选用碎石,用碎石拌制的混凝土有较高的强度、良好的抗裂性能。掺加粉煤灰不仅可以改善混凝土的和易性, 也能明显地改善其干缩性和脆性;既可以降低混凝土的水化热,同时还有明显的经济效益。3 防止裂缝的一些可行措施为了防止裂缝,不仅控制大体积混凝土内部最高温度和内外温差,还要从改善结构约束条件、混凝土性能等方面进行控制。1.设计时宜采用中低强度混凝土，避免采用高强度混凝土。为了控制大体积混凝土的表面收缩裂缝，可以适当采取在承台表面合理增加分布钢筋用量的措施，虽然单靠增加分布钢筋用量不能明显的防止裂缝出现，但适当增加分布钢筋的用量可以加强结构的整体性和减小温度裂缝的宽度。大体积混凝土工程施工中如果允许设置水平施工缝，应根据温度裂缝的要求进行分块，且设置必要的连接方式。2. 温控措施。在基础承台混凝土施工中，控制混凝土中心温度与表面温度之差是非常重要的。采用普通混凝土，温差控制在25C 之内，否则往往因温差应力而产生开裂。而采用膨胀剂补偿收缩混凝土，这个温差可放宽至30 35C。3.混凝土温度监测.测温区设在底板西南四分之一的范围,根据底板的对称性，设9个测点，以此为范围来监测整个底板的温度变化。同时，在基坑内设4 个温度计，测定环境温度。所有工作测点都通过热电偶补偿导线与设置在测试房的微机数据采集仪相联接，温度监测数据由采集仪处理后自动打印输出。以此作研究调整施工各阶段控温措施的依据,防止混凝土出现温度裂缝。4.保温措施。外部保温。在承台混凝土表面覆盖1 2 层干草袋进行保温，同时在大承台上方搭盖防雨保温棚，在承台四周点镁钨灯，以提高面层混凝土温度；内部降温。在承台厚度中央层预先埋设冷却水管网，在混凝土浇捣及养护期间持续通水降温，从而削减内部混凝土温升；适时在承台混凝土上表面浇水，尽可能使混凝土表面保持湿润状态。5为了有效降低大体积混凝土内外温差, 在大体积混凝土施工中常采用分块浇筑,施工时要注意混凝土的浇筑顺序。在冬季施工时,必须注意保温,特别是初凝期注意混凝土表面防冻。混凝土表面易出现泌水现象,若出现应及时排除,以提高混凝土质量。6.为保证混凝土工程质量，防止开裂，提高混凝土的耐久性，正确使用外加剂也是减少开裂的措施之一。7.混凝土浇筑后的保温保湿养护。在大体积混凝土施工中，良好的保温保湿养护对于减少混凝土的收缩、控制内外温差、减少自约束应力、充分利用混凝土的松驰效应具有重要作用。在二次抹压后立即覆盖一层不透水、气的塑料薄膜和两层保温材料草袋，并应保持塑料薄膜内有凝结水，确保混凝土始终处于湿润状态，草袋的层数根据测温温差情况随时增减，养护时间进行14 天，严格控制混凝土内、表面差和表、外温差不超过25C，混凝土的降温速率控制在1 5C/d 以内。温度裂缝作为长期困扰大体积混凝土的主要难题, 涉及到建筑材料、设计、施工和管理等多方面的因素。本文只从施工技术方面对大体积混凝土有害裂缝的控制进行探讨，对混凝土的施工温度与裂缝之间的关系进行了理论和实践上的初步探讨。虽然学术界对于混凝土裂缝的成因和计算方法有不同的理论，但对于具体的预防和改善措施意见还是比较统一，同时,在实践中的应用效果也是比较好的，具