大体积混凝土工程温度裂缝产生原因及预防措施

大体积混凝土工程温度裂缝产生原因及预防措施摘要：大体积混凝土在硬化过程中引起的温差，产生温度应力而造成混凝土产生裂缝的问题时有发生。本文结合工程实例分析大体积混凝土结构温度裂缝产生的原因并提出温度裂缝的预防措施。关键字：大体积混凝土温度裂缝产生原因预防措施中图分类号：TV544+.91文献标识码：A文章编号：大体积混凝土结构裂缝一般在混凝土浇筑完毕的短时间内形成，由于此阶段设计荷载尚未作用于结构上，因此由外荷载引起裂缝的可能性很小。混凝土中水泥的水化作用是放热反应，大体积混凝土又具有一定的保温性能，因此其内部温度较其表层的温度要大得多，混凝土各部位的温度变形及内部产生的温度应力相当也比较复杂。当产生的温度应力超过混凝土所能承受的拉力极限值时，混凝土就会出现裂缝。结合以下案例，本文将分析大体积混凝土温度裂缝产生具体原因并提出一些温度裂缝的预防措施。一、案例工程概况：某工程有两块厚2.5m、平面尺寸分别为27.2m*34.5m和29.2m*34.5的板，两块厚2m、平面尺寸分别为30m*10m和20m*10m的板。设计中规定吧上述大块板分成小块，间歇施工。其中2.5m厚板每大块分成6小块，2m厚板分成10m*10m小块。混凝土所用材料为：400号抗硫酸盐水泥，中砂，花岗岩碎石，其最大粒径100mm，人工级配5-20mm、20-50mm、50-100mm共三级。混凝土标号：2.5m厚板为C15，抗渗等级为P4，抗冻等级为F150,；2.0m厚板为C20、P6、F300。混凝土中掺入0.006%-0.01%的松香热聚物加气剂，含气量控制在3%-5%。配筋情况:在距离板的上下表面50mm处配置直径为28-36mm的螺纹钢筋网，网格间距300mm*300mm。大块板分为小块板时，其临时施工缝用键槽形施工缝，缝面用人工凿毛，并设插筋16500。块体内配置的螺纹钢筋网在接缝处拉通。为了进行温度观测，在这些板中埋设了28个电阻温度计和87个测温管，进行了4个多月的温度观测。裂缝观测时用5倍放大镜寻找裂缝，用20倍带刻度放大镜测读裂缝宽度。裂缝情况：表面裂缝在大部分板的表面都发现程度不同的裂缝，裂缝宽度为0.1-0.25mm，长度短的仅几厘米，长的达160cm。裂缝出现时间是拆模后的1-2d。临时施工缝裂开在一小块板浇筑后的第6-17d，再浇筑相邻的另一块板。当后浇筑的一块板达23-42d期间，两块板之间的临时施工缝全部裂开，裂缝宽度为0.1-0.35mm。二、原因分析由于该工程属于大体积混凝土，水泥水化热大量积聚，且散发很慢，造成混凝土内部温度过高，表面温度低，形成内外温差；在拆模前后或受寒潮袭击，使表面温度降低很快造成温度陡降；混凝土内达到最高温度后，热量逐渐散发而达到使用温度或最低温度，它们与最高温度的差值就是内部温差。这几种温差都可能导致混凝土开裂。1、内外温差、温度陡降引起的表面裂缝水泥水化放热主要集中在混凝土浇筑后的7d左右，一般每克水泥可以放出500J左右的热量，如果以水泥用量350Kg/m3550Kg/m3来计算，每m3混凝土将放出17500KJ27500KJ的热量，从而使混凝土内部升高。尤其对于大体积混凝土来讲，这种现象更加严重。该案例中2.5m厚板混凝土浇筑后6d测得内部温度与表面温度差值约为23C左右，内部温度与气温差达26C左右（测温时环境气温为6C）。混凝土内部和表面的散热条件不同，这样就会形成温度梯度，混凝土内部因温度较高而体积膨胀较大，外部因温度低而体积膨胀较小，外部约束了内部的膨胀，使混凝土内部产生压应力，表面产生拉应力，当拉应力超过混凝土的极限抗拉强度时混凝土表面就会产生裂缝。从观测记录中发现，凡是内外温差20C的板均没有产生裂缝，温差在20C-30C之间的板有的有裂缝，有的没有裂缝。内部温度高于30C的全部出现裂缝。有裂缝的板中，多数受到8C-10C的温度骤降作用。因此表面温度骤降是引起表面裂缝的重要原因。温度骤降通常出现在拆模前后或寒潮袭击时，由这种温差所造成的温度应力形成较快，徐变影响较小，因而产生表面裂缝的危险较大。2、内部温差引起的裂缝本案例中的混凝土板浇筑在岩石地基上，水泥水化热使内部温度升高，在基岩的约束作用下产混凝土生压应力，经过恒温，混凝土产生收缩（除了温度收缩外，还有干缩），在基岩的约束下又产生拉应力。此时混凝土的弹性模量较低，徐变影响又较大，压应力较小。到降温时，混凝土的弹性模量较高，产生的拉应力较大，处部分抵消升温时产生的压应力，还在板内产生较高的拉应力，混凝土因此产生裂缝。此种裂缝靠近基岩部位较宽，如板厚较小，会产生贯穿全截面的裂缝。此外，内外温差、温度陡降、内部收缩引起的拉应力可能同时产生，几种应力叠加后，造成裂缝的可能性更大。三、防止产生温度裂缝的措施大体积混凝土中，温度裂缝较为普遍，裂缝的出现破坏了结构的整体性、耐久性、防水性、危害严重。如何采用适当措施控制混凝土温度升高和温度变化速度，有效的避免裂缝出现，主要有以下几个方面。1、设计合理的温度差依据工程实践经验，在一般大体积钢筋混凝土结构中，内外温差可以控制在不超过25C；内部温差一般控制在12-20C；温度陡降温差一般为10C。2、混凝土原材料控制目前施工中混凝土普遍使用商品混凝土，因此施工单位应在施工前应及时和混凝土搅拌站进行沟通，混凝土拌制用料应宜用低水化热、低收缩模量的原材。水泥的选择大体积混凝土产生裂缝的主要原因就是水泥水化过程中释放了大量的热量。因此在大体积混凝土施工中应尽量使用低热或者中热的矿渣硅酸盐水泥、火山灰水泥，并尽量降低混凝土中的水泥用量，以降低混凝土的温升，提高混凝土硬化后的体积稳定性。骨料的选择粗骨料选用粒径较大、级配良好的石子。可以相应减少水泥用量，还可以减小混凝土的收缩和泌水现象。细骨料采用平均粒径较大的中粗砂，以降低混凝土的干缩，减少水化热量。外加剂的选择掺加适量粉煤灰，可减少水泥用量，从而达到降低水化热的目的。但掺量不能大于30%。掺加适量的减水剂，它可有效地增加混凝土的流动性，且能提高水泥水化率，增强混凝土的强度，从而可降低水化热，同时可明显延缓水化热释放速度。3、加强结构构造措施增配构造筋提高抗裂性能。配筋应采用小直径、小间距。在容易产生应力集中的薄弱部位采取构造加强措施。4、施工过程的控制措施降低混凝土浇筑温度，可以直接降低混凝土的最高温度，减小温度应力；有利于预防早期的表面裂缝和后期的内部裂缝。在温度较高的情况下进行施工，可以在施工现场对堆在露天的砂石用布覆盖，以减少阳光对其的辐射，同时对浇筑前的砂石用冷水降温。在搅拌过程中向混凝土中添加冰水。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。保证振捣密实，严格控制振捣时间，移动距离和插入深度，严防漏振及过振。为了降低混凝土内部温度，可以在结构内埋设冷却水管，通入循环水进行冷却。经试验，埋设冷却水管的混凝土内部最高温度可以下降4-6C。5、混凝土养护的措施混凝土养护过程应保持适宜的温度和湿度，以便控制混凝土的内外温差，促进混凝土强度的正常发展及防止裂缝的产生和发展。为防止表面裂缝，可以采提高混凝土表面温度的措施，如在外露表面覆盖保温、搭设暖棚等。延迟拆模时间也可以提高混凝土表面温度，同时可以预防温度陡降而产生的裂缝。6、健全施工组织管理：在制订技术措施和质量控制措施的同时，还需落实组织指挥系统，逐级进行技术交底，做到层层落实，确保顺利实施。四、结束语百年大计，质量第一。大体积混凝土温度裂缝的预防需要精心设计、施工，上述各项技术措施即相互联系又相互制约，设计和施工中必须结合实际情况、合理采用，才能起到良好的预防效果