大體積混凝土溫度裂縫施工技術措施魏磊邢臺市建設工程造價管理站摘要：大體積混凝土指的是斷面尺寸大于一米的混凝土構件。在大體積混凝土施工時, 由于材料特性，水泥的水化熱, 使混凝土結構的溫度增高, 從而導致混凝土結構出現溫度裂縫。因此,控制混凝土硬化時產生的熱量及的溫度, 進而采取相應的技術措施, 是保證大體積混凝土結構安全非常重要的措施。 關鍵詞：大體積混凝土；溫度裂縫；技術；措施一、大體積混凝土產生結構裂縫的影響因素大體積混凝土是指最小斷面尺寸大于1m 以上的混凝土結構，與普通鋼筋混凝土相比，它具有結構厚、 體形大、混凝土數量多、工程條件復雜和施工技術要求高的特點。在硬化期間, 一方面由于水泥水化過程中將釋放出大量的水化熱, 使結構件具有“熱漲”的特性; 另一方面混凝土硬化時又具有“收縮”的特性, 兩者相互作用的結果將直接破壞混凝土結構, 導致結構出現裂縫。因而在混凝土硬化過程中,必須采用相應的技術措施, 以控制混凝土硬化時的溫度, 保持混凝土內部與外部的合理溫差, 使溫度應力可控, 避免混凝土出現結構性裂縫。大體積混凝土產生結構裂縫的發生是由多種因素引起的。混凝土的收縮引起收縮裂縫。收縮的主要影響因素是混凝土中的用水量和水泥用量, 用水量和水泥用量越高, 混凝土的收縮就越大。選用的水泥品種不同, 其干縮、收縮的量也不同。混凝土內外部溫差過大會產生溫差裂縫。主要影響因素是水泥水化熱引起的混凝土內部和混凝土表面的溫差過大。特別是大體積混凝土更易發生此類裂縫。大體積混凝土結構一般要求一次性整體澆筑。澆筑后, 水泥因水化引起水化熱,由于混凝土體積大, 聚集在內部的水泥水化熱不易散發, 混凝土內部溫度將顯著升高, 而其表面則散熱較快, 形成了較大的溫度差, 使混凝土內部產生壓應力, 表面產生拉應力。此時, 混凝齡期短, 抗拉強度很低。當溫差產生的表面抗拉應力超過混凝土極限抗拉強度, 則會在混凝土表面產生裂縫。材料裂縫表現為龜裂,主要是因水泥安定性不合格或骨料中含泥量過多而引起的。二、大體積混凝土裂縫控制的理論計算工程實例: 市環城高架路標段橋墩工程，該橋墩直徑1.2m, 混凝土及其原材料各種原始數據及參數為:第一是C30 混凝土采用P.S32.5 礦渣硅酸鹽水泥, 其配合比為: 水: 水泥: 砂: 石子:粉煤灰( 單位kg) =158: 298: 707: 1204: 68( 每立方米混凝土質量比) , 砂、石含水率分別為3%、0%, 混凝土容重為2 440kg/m3。第二是各種材料的溫度及環境氣溫: 水18, 砂、石子23, 水泥25, 粉煤灰25, 環境氣溫20。混凝土溫度計算 ( 1) 混凝土拌和溫度計算: 公式T0=TimiCi/miCi 可轉換為:T0=0.9 (mcTc+msTs+mgTg+mfTf) +4.2Tw(mw - Psms - Pgmg) +C1 ( PsmsTs +PgmgTg) - C2( Psms+Pgmg) 4.2mw+0.9(mc+ms+mg+mf) 式中: T0 為混凝土拌和溫度; mw、mc、ms、mg、mf水、水泥、砂、石子、粉煤灰單位用量( kg) ; Tw、Tc、Ts、Tg、Tf水、水泥、砂、石子、煤灰的溫度( ) ; Ps、Pg砂、石含水率(%) ; C1、C2水的比熱容(KJ/KgK) 及溶解熱(KJ/Kg) 。 當骨料溫度0時, C1=4.2, C2=0; 反之C1=2.1, C2=335。 本實例中的混凝土拌和溫度為:T0=0.9 ( 29825+707 23+1204 23+6825) +4.218 ( 158- 7073%) +4.23%707234.2158+0.9( 298+707+1204+68) =21.02。 ( 2) 混凝土出機溫度計算: 按公式T1=T0- 0.16( T0- Ti)式中: T1混凝土出機溫度( ) ; T0混凝土拌和溫度( ) ; Ti混凝土攪拌棚內溫度( ) 。 本例中, T1=21.02- 0.16( 21.02- 25) =21.7。 ( 3) 混凝土澆筑溫度計算: 按公式TJ=T1- ( n+0.032n)( T1- TQ) 式中: TJ混凝土澆筑溫度( ) ; T1混凝土出機溫度( ) ; TQ混凝土運送、澆筑時環境氣溫( ) ;n混凝土自開始運輸至澆筑完成時間( h) ; n混凝土運轉次數。 溫度損失系數( /h)本例中, 若n取1/3, n 取1, 取0.25,則: TJ=21.7- ( 0.251/3+0.0321) ( 21.7-25) =22.1( 低于30)混凝土的絕熱溫升計算Th=W0Q0/(C) 式中:W0每立方米混凝土中的水泥用量( kg/m3) ; Q0每公斤水泥的累積最終熱量(KJ/kg) ; C混凝土的比熱容取0.97(KJ/kgk) ; 混凝土的質量密度( kg/m3) Th=( 298334) /( 0.972440) =42.13.3 混凝土內部實際溫度計算Tm=TJ+Th 式中: Tj混凝土澆筑溫度; Th混凝土最終絕熱溫升; 溫降系數查建筑施工手冊, 若混凝土澆筑厚度3.4m。則:3取0.704,7取0.685,14 取0.527,21 取0.328。 本例中: Tm(3)=22.1+0.70442.1=51.7;Tm (7)=22.1+0.68542.1=50.9; Tm (14)=22.1+0.52742.1=44.3; Tm(21)=22.1+0.32842.1=35.9。混凝土表面溫度計算 Tb()=Tq+4h(H- h) T()/H2式中: Tb()齡期時混凝土表面溫度( ) ; Tq齡期時的大氣溫度( ) ; H混凝土結構的計算厚度(m) 。 按公式H=h+2h計算, h混凝土結構的實際厚度(m); h混凝土結構的虛厚度(m): h=K/K計算折減系統取0.666,混凝土導熱系數取2.33W/mK。 模板及保溫層傳熱系數(W/m2K): 值按公式=1/( i/i+1/g) 計算,i模板及各種保溫材料厚度(m) ;i模板及各種保溫材料的導熱系數(W/mK) ;g空氣層傳熱系數可取23W/m2K。 T()齡期時,混凝土中心溫度與外界氣溫之差(): T()=Tm()- Tq, 若保護層厚度取0.04m, 混凝土灌注高度為7m, 則:=1/(0.003/58+0.04/0.06+1/23)=1.41h=K/=0.6662.33/1.41=1.1H=h+2h=7.0+21.1=9.2(m)若Tq 取20, 則: T(3)=51.7- 20=31.7 T(7)=50.9- 20=30.9 T(14)=44.3- 20=24.3 T(21)=35.9- 20=15.9 則: Tb(3)=20+41.1(9.2- 1.1)31.7/9.22=33.3 Tb (7)=20+41.1 ( 9.2- 1.1) 30.9/9.22=33.0 Tb (14)=20+41.1 ( 9.2- 1.1) 24.3/9.22=30.2 Tb (21)=20+41.1 ( 9.2- 1.1) 15.9/9.22=26.7混凝土內部與混凝土表面溫差計算T()s=Tm()- Tb()本工程實例中: T(3)s=51.7- 33.3=18.4( ) T(7)s=50.9- 33.0=17.9( ) T(14)s=44.3- 30.2=14.1( ) T(21)s=35.9- 26.7=9.3( )若不摻加粉煤灰, 其它條件不變, 為保證混凝土強度相同, 則該配合比設計為:水: 水泥: 砂: 石子( 單位kg) =158: 351:707: 1204, 按上述步驟計算, 各齡期混凝土內表溫差為: T(3), s=22.1, T(7), s=21.5,T(14), s=16.0, T(21), s=11.2。三、大體積混凝土施工技術措施溫差原因產生的裂縫的產生是不可避免的。根據計算可以看出, 可以采用摻加粉煤灰等有效方法, 以降低混凝土硬化過程中混凝土內表的溫差。因而, 在施工中采取適宜的措施, 能夠避免有害裂縫的出現。降低水泥水化熱包括: 混凝土的熱量主要來自水泥水化熱, 因而選用低水化熱的礦渣硅酸鹽水泥配制混凝土較好;精心設計混凝土配合比, 采用摻加粉煤灰和減水劑的“雙摻”技術, 減少每立方米混凝土中的水泥用量, 以達到降低水化熱的目的; 選用適宜的骨料, 施工中根據現場條件盡量選用粒徑較大, 級配良好的粗骨料;選用中粗砂, 改善混凝土的和易性, 并充分利用混凝土的后期強度, 減少用水量; 嚴格控制混凝土的塌落度。在現場設專人進行塌落度的測量, 將混凝土的塌落度始終控制在設計范圍內, 一般以79cm 為最佳;夏季施工時, 在混凝土內部預埋冷卻水管,通循環冷卻水, 強制降低混凝土水化熱溫度。冬季施工時, 采用保溫措施進行養護;如技術條件允許, 可在混凝土結構中摻加10%15%的大石塊, 減少混凝土的用量,以達到節省水泥和降低水化熱的目的。降低混凝土入模溫度 包括: 澆筑大體積混凝土時應選擇較適宜的氣溫, 盡量避開炎熱天氣澆筑。夏季可采用溫度較低的地下水攪拌混凝土, 或在混凝土拌和水中加入冰塊, 同時對骨料進行遮陽、灑水降溫, 在運輸及澆筑過程中也采用遮陽保護、灑水降溫等措施, 以降低混凝土拌和物的入模溫度; 摻加相應的緩凝型減水劑; 在混凝土入模時, 還可以采取強制通風措施,加速模內熱量的散發。加強施工中的溫度控制包括: 在混凝土澆筑之后, 做好混凝土的保溫保濕養護, 以使混凝土緩緩降溫, 充分發揮其徐變特性, 減低溫度應力。夏季應堅決避免曝曬, 注意保濕; 冬季應采取措施保溫覆蓋,以免發生急劇的溫度梯度變化; 采取長時間的養護, 確定合理的拆模時間, 以延緩降溫速度, 延長降溫時間, 充分發揮混凝土的“應力松弛效應”; 加強測溫和溫度監測。可采用熱敏溫度計監測或專人多點監測, 以隨時掌握與控制混凝土內的溫度變化。混凝土內外溫差應控制在25以內, 基面溫差和基底面溫差均控制在20以內, 并及時調整保溫及養護措施, 使混凝土的溫度梯度和濕度不致過大, 以有效控制有害裂縫的出現; 合理安排施工程序, 混凝土在澆筑過程中應均勻上升, 避免混凝土堆積高差過大。在結構完成后及時回填土, 避免其側面長期暴露。改善約束條件, 削減溫度應力。在大體積混凝土基礎與墊層之間可設置滑動層, 如技術條件許可, 施工時宜采用刷熱瀝青作為滑動層, 以消除嵌固作用, 釋放約束應力。提高混凝土的抗拉強度包括: 控制集料含泥量。砂、石含泥量過大, 不僅增加混凝土的收縮, 而且降低混凝土的抗拉強度, 對混凝土的抗裂十分不利。因此在混凝土拌制時必須嚴格控制砂、石的含泥量,將石子含泥量控制在1%以下, 中砂含泥量控制在2%以下, 減少因砂、石含泥量過大對混凝土抗裂的不利影響; 改善混凝土施工工藝。可采用二次投料法、二次振搗法、澆筑后及時排除表面積水和最上層泥漿等方法; 加強早期養護, 提高混凝土早期