大体积混凝土温度裂缝的控制方法

大体积混凝土温度裂缝控制的施工技术研究摘要：在施工过程中，施工单位在原材料的选用、配合比的确定、混凝土内部及表面的测温、降温和保养等几个方面严格把好质量关，完全能够将大体积混凝土的内外温差控制在规范允许范围之内，避免混凝土温度裂缝的产生。关键词：大体积混凝土；温差；裂缝；质量控制；温度测控1、概述随着国民经济的高速发展，建筑技术也在飞速进步，高层、超高层建筑、大型设备基础、高耸结构物大量出现，在这些结构中，大体积混凝土被广泛的使用。大体积混凝土是指最小断面尺寸大于0.8m的结构物，其尺寸已经大到必须采用相应的技术措施，要妥善处理内外温差，合理解决温度应力并控制裂缝开展的混凝土结构。与普通混凝土相比，大体积混凝土具有结构厚、体积大、钢筋密、工程条件复杂和施工技术要求高等特点，除了满足强度、刚度、整体性和耐久性等要求外，主要应解决好控制温度变形的发生和开展。混凝土温度裂缝产生的主要原因是由于混凝土的导热性能差，其外部的水化热量散失较快，而积聚在结构内部的水化热则不易散失，造成混凝土各部位之间的温度差和温度应力，当表面拉应力超过混凝土的抗拉强度时，就会产生温度裂缝，给工程带来不同程度的裂缝。能够深刻了解大体积混凝土中温度变化所引起的应力状态对结构的影响，认识温度应力的一系列特点，掌握温度应力的变化规律，了解大体积混凝土温度裂缝产生的机理，对于制定有效的施工方案，保证施工质量能起到至关重要的作用。这就要求施工单位在原材料的选用、配合比的确定、混凝土的测温、降温和保养等几个方面严格把好质量关。2、原材料的选用1）、水泥：大体积混凝土应优选高强低水化热水泥，以减少水泥用量，降低水化热。如矿渣硅酸盐水泥、粉煤灰水泥等，强度应优先采用32.5或42.5标号的水泥。2）、砂、石骨料：施工用砂应选择细度模数2.80~3.0之间的中粗砂，含泥量严格控制在1％以下，不得混有草根等有机杂质，杜绝使用细砂。粗骨料应尽量选用粒径较大，石子级配良好的粗骨料，但考虑到大体积混凝土多为商品混凝土，泵送，所以综合考虑应优选5~25cm连续级配的火成岩碎石，含泥量低于1％，片状、针状石含量不得超过10％，严禁有风化石、云母岩等低强度岩石存在。3、优选混凝土施工配合比根据设计强度及泵送混凝土坍落度的要求，必须先进行试配，试配时应遵循以下原则：1）、减少水泥用量：为了减小水化热，降低混凝土内部的升温，在条件允许的情况下，优先选用强度高的水泥，积极采用“三掺”技术，在混凝土中掺加适量的JM—Ⅲ高效复合外加剂、Ⅱ级粉煤灰等活性料，能很好的提高混凝土的和易性，可泵性，减少水泥用量。同时还可以降低用水量，减少游离水的存在，将水灰比控制在0.45~0.50之间。2）、控制混凝土坍落度：积极与商品混凝土生产厂家加强联系，根据运输路线的情况，控制好坍落度，施工现场做好到场混凝土坍落度的抽查工作，严禁在施工现场随意加水的做法，将施工现场的混凝土坍落度严格控制在设计范围之内。3）、控制混凝土的入模温度：混凝土的入模温度的高低对于混凝土早期温度的产生和发展有着很大的影响，入模温度过高会导致混凝土内部升温过高，与外界和表面温差过大，从而大大增加混凝土表面产生温度裂缝的机率。入模温度过低会严重影响混凝土强度、特别是早期强度的正常增长，从而影响结构的使用。一般采取的措施为高温季节采用掺入冷水的办法，低温季节采用加入热水的办法，将混凝土的入模温度控制在15~20℃之间，以延缓混凝土水化热峰值的出现。4）、充分利用混凝土的后期强度，减少每立方米混凝土中的水泥用量，实验证明每增减10Kg水泥，其水化热将使混凝土的温度相应升降1℃。4、温度裂缝的控制计算1）、混凝土浇筑前的裂缝控制计算：在大体积混凝土浇筑前，应先根据混凝土的配合比和施工条件，计算水泥水化热的绝热最高温升值、各龄期的收缩变形值等数值，然后通过计算，估算出可能产生的最大温度收缩应力，如超出混凝土各龄期的极限抗拉强度，则必须采取调整混凝土入模温度、降低水化热温升值等措施来降低温度收缩应力，保证其应力值小于混凝土各龄期的极限抗拉强度。（1）、混凝土的水化热的绝热最高温升值：（1）T（t）——混凝土浇筑完t段时间，混凝土的绝热温升值；C——每立方米混凝土的水泥用量；c——混凝土的热比，一般由0.92~1.00；ρ——混凝土的质量密度，取2400kg/m3；e——常数，取2.718；m——与水泥品种、浇筑时与温度有关的经验系数，一般为0.2~0.4；t——混凝土浇筑后至计算时的天数。（2）混凝土的温度收缩应力：（2）ΔT——混凝土的最大综合温差；S（t）——考虑徐变影响的松弛系数，一般取0.3~0.5；R——混凝土的外约束系数；ν——混凝土的泊松比，可取用0.15~0.20。5、改善约束条件，减少温度应力1）、采取分层分段的浇筑方式，通过合理设置施工缝或后浇带，以减小混凝土的相对体量，放松约束程度，减小每次浇筑体量的蓄热量，防止水化热积聚过多，以减小温度应力的积聚。2）、对于大体积混凝土基础，可在基础与混凝土垫层之间设置滑动层，以消除垫层对基础混凝土的约束作用，释放约束应力。3）、适当参入钢纤维或杜拉纤维等材料，采用二次振捣法等积极有效的措施，提高混凝土的密实度和极限拉伸强度，提高混凝土的抗裂缝能力。4）、在结构截面突变或转折处，底、顶板与墙体转折处，孔洞转角等处设置必要的温度配筋和构造配筋，以改善应力集中，防止裂缝出现。6、加强混凝土的养护和测温工作1）、对于大体积整板基础混凝土应在混凝土终凝后覆盖薄膜，其上在覆盖一层麻袋进行保温，并积极采用蓄水法进行保温养护，蓄水深度15~20cm为宜，时间不少于14天，对于大体积转换层大梁等构件，可采用内散外蓄的方法加快构件内部热量的散失。具体做法为在混凝土浇筑前在构件中埋入循环水管，混凝土浇筑完毕后及时通过水泵压入冷水并使之在混凝土内部形成循环，迅速带走水泥水化产生的部分热量，降低构件内外温差。现行规范规定应将混凝土内外温差控制在25℃之内，基面温度和基底温度差控制在20℃之内。2）、对混凝土内外温度进行有效地测控，可以及时掌握混凝土内外温度产生和发展的情况，如发现问题可及时采取有效措施进行处理，从而保证混凝土内外温差在规范允许范围内。大体积混凝土的测控技术主要使用热传感器，采集电压信号，通过计算机适时处理，得到温度数据，并适时储存，显示、打印、以达到指导大体积混凝土施工及养护工作的目的。也可采用在混凝土中间和表面每隔适当位置预留测温孔，用温度计直接测温的简易方法，但该方法精度较差，操作起来存在诸多不便。7、工程实践西安***大厦工程为一裙两塔结构，裙房为框架剪力墙，塔楼为全剪力墙结构，建筑面积53250m2，地上25层，地下一层。其中地下室面积3710m2，裙楼（一~三层）11100m2。该工程地下室筏板基础塔楼部位混凝土厚度1.5m,长35.7m，宽31.5m，裙房部位混凝土筏板基础厚度40cm，地下室筏板总计混凝土量为4107m3。在施工之前，我们充分考虑到大体积混凝土施工的特点和难点，制定了相应的施工方案，如充分利用混凝土的后期强度，采用60天强度代替28天强度作为混凝土的设计强；选择中低热水泥品种，使用32.5矿渣硅酸盐水泥；加强浇筑后的保温养护等一系列的措施，取得了很好的效果。在混凝土浇筑后我们通过预埋在混凝土中的热敏元件对混凝土上、中、下部位的温升情况严格按规范要求进行了测量记录，测出了各时段、各部位每天的温度平均值，详见下表：位置混凝土温度实测值值(℃)1d2d3d4d5d6d7d8d9d10d11d12d13d14d15d上42.253.952.449.644.942.439.536.532.829.725.322.52221.219.9中53.262.863.359.456.953.448.945.941.736.933.729.927.925.824.7下50.458.559.858.755.452.947.442.139.335.631.228.526.324.123.2根据上表所得的数据，我们描绘出了温度变化曲线图如下：70温度（℃）60中部50下部40上部30201001d2d3d4d5d6d7d8d9d10d11d12d