大体积混凝土温度裂缝控制技术研究

第２期总第２０４期　内蒙古科技与经济　Ｎｏ．２．ｔｈｅ　２０４ｔｈ　ｉｓｓｕｅ　２０１０年１月　Ｉｎｎｅｒ　Ｍｏｎｇｏｌｉａ　Ｓｃｉｅｎｅｅ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ＆Ｅｃｏｎｏｍｙ　Ｊａｎ．２０１０　大体积混凝土温度裂缝控制技术研究　睢福猛　，张桂贤。　（１．中冶东方工程技术有限公司；２．包头市诚信达监理公司，内蒙古包头０１４０１０）　摘　要：文章分析了大体积混凝土结构温度裂缝产生的主要原因，并从结构设计、混凝土制备、施工　等各个环节提出了预防大体积混凝土温度裂缝的相应技术措施，以达到控制混凝土温度裂缝的目的。　关键词：大体积混凝土；温度裂缝；控制技术　中图分类号：ＴＵ７５５．７　文献标识码：Ａ　文章编号：１ｏｏ７—６９２１（２０１０）０２－－０１１２一ｏ２　随着社会经济的迅猛发展，大体积混凝土结构　寸足以要求必须采取措施，控制由于体积变形（温　在现代工程建设中已广泛应用，工业建筑中的大型　度及收缩作用）引起的裂缝者称为“大体积混凝土”。　设备基础，大型构筑物的基础，高层、超高层和特殊　２大体积混凝土结构温度裂缝产生的主要原因　功能建筑的箱型基础，有较高承载力的桩基厚大承　２．１水泥水化热造成温度升高的影响　台、设备基础等都是体积较大的钢筋混凝土结构。　水泥的水化反应是一个放热反应，对于普通混　大体积混凝土在连续浇筑和硬化过程中，水泥　凝土来说，由于结构尺寸不大，水泥水化过程释放的　水化反应产生大量水化热，由于混凝土截面尺寸大，　热量可以很快地扩散到表面，并散发出去，因而不会　热阻很大，内部水化热量聚集不易散发，水化升温　对混凝土结构造成不良影响。但是，大体积混凝土结　高，而表面散热较快，混凝土内部和表面形成较大温　构中，由于结构截面大，一次浇注量大，施工时间长，　差。混凝土内部和表面温差变化加上外部环境因素、　水泥用量多，水泥水化所释放的水化热难以散发，在　拆模及荷载等的影响，导致不均匀的温度变形和温　内部蓄积起来，引起结构内部温度升高，混凝土“内　度应力，一旦拉应力超过混凝土即时抗拉强度，就会　热外冷”，形成较大的内外温差，会产生较大的温度　在混凝土表面或内部产生裂缝。混凝土裂缝的发生　变４８，和收缩作用，由此形成较为复杂的膨胀或收缩　与发展，不仅影响工程外观，还会加速混凝土碳化，　应力，致使混凝土开裂。温度收缩应力是导致大体积　影响结构的抗冻性能、抗渗性能，导致水分及有害物　混凝土产生裂缝的主要原因。　质渗入，诱发钢筋锈蚀或加速混凝土的自然老化，从　而损害工程结构的承载能力、使用功能和耐久性，甚　至于成为结构破坏的前兆，直接影响工程效益的发　挥。所以，必须采取各种措施预防或减少混凝土结构　裂缝的产生。　大体积混凝土裂缝控制的技术难点是如何控制　混凝４－的放热量和内部混凝土的温升？如何减小混　ｌ　：　；　ｊ　凝土内外温差？如何提高混凝土的抗裂性能？如何　艘★　减小混凝土的变形约束？这些问题的研究解决长期　图１　大体积混凝土内外温差应力引起裂缝　以来一直受到国内外工程研究人员的关注。　水泥水化热造成的升高温度Ｔ　受到以下因素　１大体积混凝４－的概念　影响：　所谓大体积混凝土，是指体积很大的现场浇筑　Ｔ＾一（　＋尼・Ｆ）Ｑ／ｃ・．Ｄ　混凝土，其尺度大到必须采取措施以对付水泥水化　Ｔ＾一ｍ　・Ｑ／ｃ・Ｐ（１一　一　）　放出的热量及伴随发生的体积变化，尽量减少温度　式中：Ｔ　——混凝土最大绝热温升（℃）；　裂缝。在ＪＧＪ５５—２０００《普通混凝土配合比设计规　ｍ　——混凝４－中水泥（包括膨胀剂）用量　程》中定义为：“混凝土结构物实体最小尺寸等于或　（ｋｇ／ｍ。）；　大于ｌｍ，或预计会因水泥水化热引起混凝土内外温　Ｆ——混凝土活性掺合料用量（ｋｇ／ｍ。）；　差过大而导致裂缝的混凝土。”　ｋ——掺合料折减系数。粉煤灰取０．２５～　国内外，一般用厚度０．８ｍ～１．Ｏｍ或水化热温　０．３０；　度状况定义。一些混凝土现浇整体式结构，虽然它的　Ｑ——水泥２８ｄ水化热（ｋＪ／ｋｇ）；　实体最小尺寸小于１．Ｏｍ，不能称作是“大体积混凝　ｃ——混凝土比热，取０．９７　Ｉ－ｋＪ／（ｋｇ・　土”，但都具有大体积混凝土的性质，具有较高温度　Ｋ）］；　收缩应力，一不小心就开裂，这是从事混凝土工程设　ｐ——混凝土密度，取２　４００（ｋｇ／ｍ。）；　计、施工、材料及质量监督工作的一个新的基本概　ｅ——为常数，取２．７１８；　念。美国混凝土协会（ＡｃＩ）大体积混凝土委员会给　ｔ——混凝土的龄期（ｄ）；　出的大体积混凝土的定义：任意体量的混凝土，其尺　ｍ——系数，随浇筑温度改变。　收稿日期：２ｏＯ９一ｎ一１５　作者简介：睢福猛（１９７Ｏ一），男，高级工程师，目前就职于中，台东方工程技术有限公司包头钢铁设计研究院项目管理　部。　・１１２・　睢福猛，等・大体积混凝土温度裂缝控制技术研究　通过上述关系式可以看出：在混凝土比热、密度　一定时，混凝土水化升温主要取决于水泥用量、水泥　品种、水泥水化热及混凝土的龄期等，而水泥水化热　是混凝土内部温升的主要因素。同时也说明，混凝土　用量越大，需要的水泥用量越多，所释放的热量就越　多，混凝土内部温升就越大，单位体积混凝土内，水　泥含量越高，内部温升就越大　２．２约束情况的影响　大体积混凝土所受到的约束条件可分内约束和　外约束两种。内约束是指较大整体结构中，由于内部　不均匀的温度及收缩分布而产生的相互约束；外约　束是指混凝土结构的边界条件如支座、基岩等外界　因素对结构变形的约束。大体积混凝土由于温度变　化产生变形，混凝土硬化后的干缩等各种变形受到　约束便产生应力，所产生的应力超过允许值便可能　产生裂缝。　２．３养护情况、外界温度的影响　外界温度越高，水泥的水化反应速度就越快，也　就是水泥的水化放热越集中，从而使内部温升越快、　越高。规范要求，大体积混凝土表面温度与中心温度　之差应小于２５℃。实践经验表明，如果外界温度较　高，混凝土入模温度高造成水泥水化放热集中，混凝　土中心温度可能达到８Ｏ℃，如果混凝土表面保温养　护措施不到位，很难保证在一定时间内表面温度达　到５５℃以上；而在冬季，外界气温极低，即使对混凝　土结构采取一些保温措施，也很难保证有较高的表　面温度。这都会导致混凝土内外温差过大，引起收缩　应力超过混凝土极限拉伸值，出现裂缝。　２．４大体积混凝土结构温度裂缝的种类　大体积混凝土结构温度裂缝有表面裂缝和贯通　裂缝两种。　２．４．１表面裂缝：混凝土浇筑后，水泥水化热较大，　使混凝土温度上升。由于混凝土表面和内部的散热　条件不同，聚集在混凝土内部的水泥水化热不易散　发时，混凝土内部温度将明显升高，而混凝土表面通　常散热较快。温度外低内高，形成了温度梯度，使混　凝土内部产生压应力，表面产生拉应力，当拉应力超　过混凝土的抗拉强度时，其变形量超过混凝土的极　限拉伸值（如图１所示），混凝土表面就会产生表面　裂缝。此外，当混凝土的坍落度较大时，混凝土表面　水分蒸发引起的体积收缩也会使混凝土产生表面裂　缝。　２．４．２贯通裂缝：大体积混凝土在强度发展到一定　程度，混凝土逐渐降温，这个降温差引起的变形加上　混凝土失水引起的体积收缩变形，受到地基和其他　结构边界条件的约束时，混凝土结构内部产生较大　的收缩应力（拉应力），当引起的拉应力超过混凝土　抗拉强度，其变形量超过混凝土的极限拉伸值时，可　能产生的贯通整个截面的裂缝，或称为结构性裂缝。　给工程带来极大危害，直接影响结构的安全性能和　抗渗性能。　随着混凝土长度和厚度的增加，以及混凝土内　外温差变化的增加，温度变化引起混凝土的收缩变　形量加大。混凝土长度在一定范围内，随着厚度的增　加，其内外温差加大，由此引起的温差变形量也越　大，出现温差裂缝的危险性也就越大。　３大体积混凝土工程中的防裂技术措施　大体积混凝土施工防裂是一项综合性的系统工　程，不仅需要结构上科学的设计、混凝土材料方面科　２０１０年第２期　学的制备、现场科学的施工，而且需要设计、材料制　备及施工三个方面密切的配合以寻求最佳的综合效　果。　３．１从设计方面可采取的技术措施　３．１．１温度应力随浇筑块长度的增加而增大，浇筑　块越长，所能允许的温差越小，也就是说，对温度控　制的要求越高。当温度控制较困难的时候，减小浇筑　块长度是一个减小温度应力可行的办法　可以通过　适当的分层分块，合理设置施工缝和后浇带的方法　减小浇筑块长度，以减小温度应力。　３．１．２　为了减少因混凝土收缩时受地基、支座阻力　约束而在混凝土中产生拉压力，可以在基础垫层和　混凝－Ｉ－基础之间设置沥青油毡或其他材料作为滑移　层，以减少大体积混凝土的外部约束，可减小开裂的　可能性　３．１．３科学地选择配筋形式。在配筋率相同的情况　下，从抗裂性能考虑，采取细筋密排更有利于应力传　递，更有效地避免宽而深的裂缝；从施工角度考虑，　粗筋疏布更有利于混凝土的浇筑。通常规定，混凝土　中集料的最大粒径不大于钢筋最小间距的１／３。当钢　筋布置较密时，混凝土必须采用较小的集料。大体积　混凝土的一个突出问题是混凝土的放热量。对于相　同的配合比，集料粒径减小必然导致胶凝材料用量　增加。而胶凝材料用量增加所带来的后果是混凝土　放热量的增加。这对控制混凝土水化热温升是极为　不利的。对于大体积混凝土应注意综合平衡这一对　矛盾，科学地选择配筋形式。既要考虑结构各部位的　受力特征，又要考虑施＿ｑ２。在不影响结构受力状况的　前提下尽量疏布钢筋，为混凝土配合比的优化提供　更广泛的可能性。在结构应力集中容易开裂的部位，　配置钢筋网片或斜向钢筋，并适当增加防裂钢筋，可　显著提高混凝土的抗裂性能。　３．１．４尽可能地采用较晚龄期的强度。掺入矿物外　加剂是降低混凝土放热量的一个重要的技术途径，　但也会影响混凝土的早期强度。采用较晚龄期的强　度则有利于矿物外加剂的使用，这不仅可以有效地　控制混凝土的放热量，也有利于矿物外加剂潜能的　发挥。对于大体积混凝土来说，以较晚龄期的强度作　为混凝土强度等级的评定标准既是必要的，也是可　行的。这在控制混凝土的水化热温升，减少混凝土的　温度开裂中可以发挥相当大的作用。　３．２　从混凝土的制备方面可采取的技术措施　３．２．１尽可能地减少混凝土的用水量以减少胶凝　材料用量，选用低水化热水泥品种。在一定的水胶比　下，减少混凝土用水量可以减少混凝土中胶凝材料　的用量，从而减少混凝土的放热量。选用低水化热水　泥品种，在相同的胶凝材料用量情况下，可以减少混　凝土的放热量。　３．２．２　可掺用复合型外加剂及粉煤灰等，以减少水　泥用量，大幅度地减少混凝土的放热量，同时改善混　凝土和易性及可靠性，延长缓凝时间。在混凝土中掺　缓凝型减水剂，能保持混凝土工作性能不变而显著　降低水灰比、改善和易性，并能减少１０％～２０％的水　泥用量。降低水化热量、减缓水化速度，推迟初凝时　间可放缓浇筑速度，以利于散热、减少温升。在混凝　土中增加粉煤灰掺量，可减少水泥用量，降低水化放　热量，还可使混凝土具有较好的和易性、抗渗性，减　少沁水现象发生，有利于混凝土的表面处理，对混凝　土的后期强度有较：赶贡献。在　（下转第１１５页）　・１１３・　郭军・煤矿井下乘人猴车在斜巷中安装与调试注意事项　２０１０年第２期　变坡点钢绳向下受力，下变坡点钢丝绳向上受力，所　绳端伸出托轮边缘５ｃｍ，另一端与托轮支架固定，将　以钢丝绳在变坡点最容易脱绳，而且在上变坡点钢　几个捕绳装置伸到托绳轮下端用　１２的圆钢焊接连　丝绳一但脱绳后会给钢丝绳下面的人员造成伤害，　接，￣ｐｌ２圆钢两端向托轮内侧弯曲，防止吊椅通过时　特别是在调试过程中给调试人员造成不安全隐患，～　　由于摆动而卡人捕绳装置内，当钢丝绳脱轮下落后　为此要加装机械防脱绳装置和机械捕绳装置，机械　将被拦截，防止钢丝绳落地伤人。　防脱绳装置是防止其脱绳，而机械捕绳装置是一旦　停　　｝一　脱绳后可以捕捉到钢丝绳，防止钢丝绳下落伤人。　，㈠㈠　　、ｉ　５．１　防脱绳装置　／　门　利用￣ｐ２５圆钢作为销轴，一端固定在轴套内可　、　：　自由转动，另一端焊接挡绳杆，使挡绳杆与轮缘距离　＼　｛０　１　ｌ｛　　¨　为５ｒａｍ，将轴套与托轮支架固定，当乘人吊椅通过　＼　舔　＼　时碰销轴而使其转动，让吊椅通过，钢丝绳脱轮时被　＼　，　＼ｆ，０　ｌ　　ｌ；　　挡绳杆挡住。　捕＾藿】ｔ　＼、　ｔ加月铀　接　’　女　＾　＼　＼～～…　６　结束语　①改变横梁传统的安装方法，消除横梁滑落的　可能；②钢丝绳预放扭应力减少空车运行时间，降低　脱绳几率；⑧尾轮正确定位与钢丝绳张紧后接头，避　免中途换绳；④同一横梁的两组托绳轮距离与主驱　，错、　动轮直径保持一致，托绳轮旋转方向与钢丝绳走向　一致，使钢丝绳在运行中为直线，耐冲击力强脱绳几　率小；⑤在上变坡点加装机械防脱绳装置与捕绳装　５．２捕绳装置　置后，给调试人员及以后的运行中增加了安全保障。　利用　２Ｏ的圆钢焊接而成，置于托绳轮下方，捕　（上接第１１３页）　混凝土中掺入膨胀剂，可以用　制适当的混凝土内部温度与环境温度的差，以便混　混凝土的自生膨胀来补偿部分或全部降温过程所产　凝土内部的热量平稳地散发。　生的收缩，使结构不裂或控制在无害裂缝范围内。　３．３．５　预置冷却水管。在大体积混凝土浇筑块中埋　３．２．３　改善集料的级配，尽可能采用较大的集料最　设冷却水管可以通过循环水带走混凝土浇筑块内部　大粒径。改善集料的级配可以降低其空隙率。同时，　的热量，降低混凝土内部的温度，减小内、外温差。　在级配较好的情况下，集料最大粒径越大，空隙率越　３．３．６注意早期保护。为了温控的需要，大体积混　小，填充这些空隙所必需的胶凝材料数量也就越少。　凝土的早期强度通常较低。因此，在施工时应注意早　大集料的比表面积较小，润湿集料表面所需的水泥　期保护，不要过早地拆去模板或使混凝土受力，以免　浆量也越少。’　破坏混凝土结构。　３．２．４通过控制原材料的入机温度，采取加冰搅　３．３．７加强温控监测。为了准确及时掌握大体积混　拌，尽量降低混凝土的入模温度。新拌混凝土温度的　凝土水化热造成不同深度混凝土温度变化规律，要　提高将加速胶凝材料的水化，也有可能引起较大的　采取措施随时监测混凝土内部温度情况。根据温度　坍落度损失。　监测情况，及时增减保温材料的层数确保混凝土均　３．３从施工方面可采取的技术措施　匀散热，保证混凝土内外温差不超允许值。　３．３．１　尽可能避免在较高的温度下施工，尽可能避　４结束语　免长距离的运输和泵送。加强混凝土运输过程中的　大体积混凝土温度裂缝控制的核心是分析大体　保温措施等。　积混凝土结构温度裂缝产生的主要原因，从结构设　３．３．２选择适当的施工工艺，分段分层，连续浇筑，　计、混凝土制备、施工的各个环节采取相应技术措　不留冷缝　在混凝土终凝前实行二次抹压，防止产生　施，以达到控制混凝土温度裂缝的目的　只要尊重大　收缩裂缝。　体积混凝土的特性，经过科学、合理的结构设计，优　３．３．３加强保湿养护。从混凝土浇筑后就应及时地　化混凝土配合比，采取合理措施降低混凝土结构的　养护，以防止混凝土中水分的蒸发而导致混凝土的　外部约束，按照大体积混凝土施工要求认真组织施　干缩，以减少混凝土浇筑块整体干缩应力和内、外干　工，做好混凝土养护和温度监测控制工作，可以有效　缩变形的不均匀性引起干缩裂缝。在大风干燥天气，　地防止有害裂缝的产生。　尤其要加强养护，还应保证足够的养护期，避免混凝　土过早地干燥。　［参考文献］　３．３．４对混凝土浇筑块采取保温措施。混凝土表面　［１］　王铁梦．工程结构裂缝控制ＥＭ］．北京：中国　温度越低，内、外混凝土的温差就越大，导致较大的　建筑工业出版社，２０００．　温度变形差，产生较大的温度应力。对于大体积混凝　Ｅ２］　钢筋混凝土结构裂缝控制指南［Ｍ］．北京：化　土来说，尽快地散发混凝土内部的热量是很重要的，　学工业出版社，２００６．　但混凝土开裂与否更重要的是取决于内、外混凝土　Ｉ－３］　ＪＧＪ５５—２０００，普通混凝土配合比设计规程　之间的相对温差，必须通过采取适当的保温措施，控　Ｅｓ］．　・１１５・