大体积混凝土冬季施工温度控制及温度裂缝分析.doc

大体积混凝土冬季施工温度控制及温度裂缝分析王克蓥（中铁十一局集团第五工程有限公司 重庆 400037）摘 要：冬季施工时由于环境气温过低，混凝土表面散热速率加快，从而导致混凝土内外温差极剧增大，更容易造成混凝土表面与内部形成的温差裂缝，甚至形成贯通裂缝。关键词：混凝土 温度裂缝 温度测量混凝土在现代工程建设中占有重要地位。而在今天，混凝土的裂缝较为普遍，在桥梁工程中裂缝几乎无所不在。尽管我们在施工中采取各种措施，小心谨慎，但裂缝仍然时有出现。究其原因，我们对混凝土温度应力的变化注意不够是其中之一。1 冬季施工温度裂缝产生的原因 大体积混凝土内出现的裂缝，按其深度的不同，一般可分为贯穿裂缝、深层裂缝及表面裂缝三类。贯穿裂缝切断了结构断面，破坏结构的整体性和稳定性，危害性是严重的，如与迎水面相通，还引起漏水。深层裂缝部分切断了结构的断面，也有一定的危害性。表面裂缝危害性较小，但处于基础或者老混凝土约束范围以内的表面裂缝，在内部混凝土降温过程中，可能发展为深层甚至贯穿裂缝。北方冬季施工时由于环境气温过低，混凝土表面散热速率加快，从而导致混凝土内外温差极剧增大，更容易造成混凝土表面与内部形成的温差裂缝，甚至形成贯通裂缝。 贯穿裂缝成因：随着水泥水化反应的结束以及混凝土的不断散热，大体积混凝土由升温阶段过渡到降温阶段，随温度降低，体积收缩。由于混凝土内部热量是通过表面向外散热的。在降温阶段，混凝土温度场的分布仍是中心温度高，表面温度低的状态，因此内部混凝土产生较大的内约束，同时，地基和边界条件也对收缩的混凝土产生较大的外约束。所以降温收缩，在混凝土中形成了较大的拉应力，从而引起大体积混凝土的贯穿裂缝。 可见，大体积混凝土产生温度裂缝的原因，一个是混凝土内外温度变化差引起的应力和应变，另一个是混凝土本身的抗拉强度和抵抗变形能力。当应力值大于混凝土的极限抗拉强度时，混凝土即出现裂缝。2 冬季施工温度裂缝防治措施 1）降低水泥水化热 采用低水化热或中水化热的水泥品种配制混凝土。 充分利用混凝土的后期强度或60d强度，减少水泥用量。有数据表明，每增加10公 斤水泥用量，其水化热将使混凝土的温度相应升高1。 尽量选用粒径较大，级配良好的粗骨料，掺和粉煤灰等掺合料，或掺入相应的减水剂缓凝剂，改善混凝土和易性，从而降低水灰比，以达到减少水泥用量、降低水化热的目的。 当外界气温为负温时，可采用5060热水进行搅拌。 2）降低混凝土的入模温度 选择较适宜的温度浇注大体积混凝土，灌筑温度控制在810，入模温度控制在5左右。 混凝土入模时，采取通风散热措施，加快热量的散失。 3）加强施土中的温度控制 在混凝土浇注之后，做好混凝土的保温保湿，缓缓降温，降低温度应力。冬季施工应采取措施保温覆盖，以免产生急剧的温度梯度。混凝土浇注完成后，应进行保湿养生，并应随混凝土内部温度的升高，逐渐提高养护温度，在整个养生过程中要密切关注混凝土温度变化，随时调节养护温度，严格控制降温速率在0.9-1.5/h，保证大体积混凝土的内在质量。 采取长时间的养护，规定合理的拆模时间，延缓降温时间和速度，充分发挥混凝土的应力松弛效应。 加强温度监测与管理，实行信息化控制，随时控制混凝土内温度变化，混凝土表面与环境温差及混凝土内外温差控制在20以内。及时调整保温及养护措施，并应在施工前做好保温材料的准备，在施工中随时按照预定的方案监测温度，做好控温措施准备土作，使混凝土的温度梯度及湿度梯度不至于过大，有效控制有害裂缝的出现。 合理安排施工程序，混凝土浇注过程中控制温度均匀上升，结构完成后及时回填土或用保温材料保温，可用珍珠岩或苯板等，避免侧面长期暴露，以有效控制有害裂缝的出现。 设置保温层及温度缓冲层，来防止混凝土降温过快，出现内外温度差过大引起裂缝。 3 温度控制实例1）原材料情况a、水泥：太仓海螺水泥厂海螺PO42.5；b、细集料：江西赣江河砂(中砂，细度模数2.6)；c、粗集料：浙江湖州5-25mm碎石（三级配5-16mm30%,16-20mm30%，2025mm40）；d、水：自来水（饮用水）；e、粉煤灰：苏州华望 I 级粉煤灰；f、矿粉:张家湾恒昌新型建筑材料有限公司(江苏沙钢)S95矿粉；g、外加剂：福州创先CX-8聚羧酸高效减水剂。2)配合比设计情况a. 设计强度等级 ：C35b. 坍落度要求： 140-180mmc. 胶凝材料及水胶比要求：最大胶凝材料用量不宜超过450 kg/m3，最小胶凝材料用量不应小于320 kg/m3，最大水胶比不应超过0.50。d. 外掺量取代水泥40%,其中粉煤灰取代水泥20%,矿粉取代水泥20%.表一 配合比调整后材料用量配合比序号容重kg/m3材料用量kg/m3水胶比备注水泥细集料粗集料水粉煤灰矿粉外加剂泵1-12380224795104916074743.160.43粉煤灰掺20，矿粉掺20泵1-22370240741106716080803.40.40泵1-32380260710107216186863.690.37表二 拌和物性能试验指标配合比序号坍落度（mm）扩展度含气量（%）常压泌水率（%）凝结时间初始1h初始1h初凝终凝泵1-11801504803753.90/泵1-21751555004053.7012h35min14h20min泵1-31801505103903.60/表三 力学性能试验结果序号抗压强度（MPa）3d7d28d56d泵1-117.223.436.841.7泵1-221.028.342.446.8泵1-325.135.145.648.4根据上述试验结果，在满足设计和施工要求的条件下，本着经济合理的原则，确定泵12号配合比用于工程施工，配合比如下：水泥：砂：石:水：粉煤灰：矿粉：外加剂=240：741：1067：160：80：80：3.402）所采用施工工艺 a.原材料投料顺序：砂石料（先加热到3040之间，再投料搅拌）水（先加热到5060，再投料搅拌）水泥和外掺料（使用温度不超过60）外加剂 b.混凝土搅拌及运输：。每班第一盘砼搅拌前,先用5060热水预热搅拌机2分钟，然后按照投料顺序进行搅拌，搅拌时间宜为3min。由于运输距离较远，确保出机温度在20以上，但不能超过35。混凝土运输罐体外加保温罩, 减少运输途中热量损失。（水、砂石料在搅拌前和混凝土拌和物出盘时，每台班至少测4次温度，室外气温每4小时测一次温度。混凝土入模时，每台班至少测温3次） c.混凝土浇注：混凝土浇注前，应确保模板内无冰冻、无积雪，如果模板及钢筋上积有冰雪，应该及时清除。另外，要合理安排各工序的衔接，缩短工序间隔时间，减少热量损失。灌筑温度控制在810，入模温度控制在5左右。浇筑完成后, 及时覆盖塑料薄模并加盖草帘养护,以保证混凝土初凝前不受冻。 d.脱摸：首先要掌握脱摸时，混凝土芯部与表层、表层与环境之间的温差不得大于20；气温急剧变化时严禁拆模；环境温度低于0时严禁拆模。在以上条件以外选择脱模时间。采取了塑料薄模包裹并加盖草帘养护的方法保温。 混凝土温度裂缝的产生主要是对混凝土芯部与表层、表层与环境之间的温差的控制，而控制的依据就是对混凝土温度的测量。以下为施工中的温度测量实例，从中可以看出，混凝土内外温度在前期的变化。可以为脱摸及养护提供参考,如果混凝土芯部温度超过65时，应该从新设计配合比和施工方案。3）测温头布置情况承台芯部测点1、2表层测点3、4芯部测点1、2端部测点6端部测点5端部测点5、6注：A、测温头共六个，其中轴线中心上下两个，与中心测点对应在边缘上布置两个测点，此外，在端头中心位置上再布置两个测点。 B、测温头固定好后，电缆顺着边缘钢筋笼延至模板外，并记录下每个测温头的编号和位置。接头应用塑料薄膜固定好防止进入异物。4）温度测控记录及图表测试时间时间d环境温度表面温度芯部温度端部中心温度内外温差表层与环境温差4点3点平均1点2点平均5点6点平均2009.1.14 00:200-4555555555092009.1.14 17:251-2.0 16.218.0 17.1 28.928.328.628.0 27.227.6019.12009.1.15 17:202118.222.520.4 40.339.439.938.637.938.311.5 19.42009.1.16 17:1131.222.123.923.0 42.541.241.939.438.839.119.5 21.82009.1.17 15:204621.822.422.1 40.639.0 39.836.835.436.118.9 16.12009.1.18 8:3052.220.820.0 20.4 38.639.138.934.533.634.117.7 18.22009.1.19 8:3162.217.816.717.3 35.435.635.531.530.731.118.5 15.12009.1.20 8:3272.216.816.916.9 32.132.432.328.527.0 27.818.2 14.72009.1.21 8:4682.815.815.415.6 29.730.830.325.724.0 24.915.4 12.82009.1.22 8:3294.214.313.413.9 25.527.226.423.0 22.422.714.7 9.72009.1.23 8:1110-5.18.27.78.0 21.922.922.419.818.519.212.5 13.12009.1.24 8:3011-4.95.12.94.0 19.620.920.317.816.817.314.4 8.9测温数据说明1、内部温度：混凝土浇筑完前3天内部温度上升速度快，到最高42.5左右（混凝土入模温度5），3天后内部温度开始下降，下降速度较缓慢2、表层温度：表层温度变化趋势与内部温度基本一致，但受环境气温波动影响。3、内外温差：内外温差变化趋势大致与内部温度相同、但受环境温度影响，局部变化温差变化趋势相返。温差在前期上升较快，在2天达到顶点（约20),浇筑完17天，温差在1520范围内波动，受温度突降影响，在11天，内外温差接近15. 从上表可以看出：混凝土芯部与表层、表层与环境之间的温差都没有超过20，有效控制了温差，所以在前期没有出现温度裂缝。所以通过对原材料和施工工艺的控制是可以消除温度裂缝的。4 总结 温度裂缝的存在是混凝土施工中不可避免的普遍现象。但是，我们应该明白裂缝的出现不仅会降低建筑物的抗渗能力，影响建筑物的使用功能，而且会引起钢筋的锈蚀，混凝土的碳化，降低材料的耐久性，影响建筑物的承载能力。以上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