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防止大体积砼温度裂缝的施工技术探讨
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内容提示：随着国内高层建筑的兴起，我国在建筑设计、施工技术等方面都有了飞速的进展，但也出现了许多崭新的技术课题亟待解决，大体积砼的温度裂缝控制就是其中之一。鉴于此，本文对防止大体积砼温度裂缝的施工技术进行了探讨。
摘要：随着国内高层建筑的兴起，我国在建筑设计、施工技术等方面都有了飞速的进展，但也出现了许多崭新的技术课题亟待解决，大体积砼的温度裂缝控制就是其中之一。鉴于此，本文对防止大体积砼温度裂缝的施工技术进行了探讨。
关键词：大体积砼 温度裂缝 施工技术
0 引言
大体积混凝土在固化过程释放的水化热会产生较大的温度变化和收缩作用。由此而产生的温度和收缩应力是导致混凝土出现裂缝的主要因素，从而影响基础的整体性、防水性和耐水性，成为结构的隐患。
1 大体积砼温度裂缝的产生机理
大体积砼是指结构断面最小尺寸在80厘米以上，同时水化热引起的混凝土内最高温度与外界气温之差预计超过25℃的混凝土。大体积砼结构在施工中容易产生裂缝，长期的工程实践表明，造成大体积硷出现裂缝的因素极其复杂而且是多方面的。其中有:①硷配合比设计上的问题:水泥用量大，水泥发热量大，造成硷水化热温升过高，温度变化急烈;水灰比大，灰浆量大，造成硅收缩量过大;原材料性能不良，造成硷本身抗裂能力低。②硷施工质量上的问题:下料不均匀，振捣不密实;浇筑安排不善，硅内部形成冷缝。③硅养护上的问题:硅表面裸露干燥，风吹日晒，同部与表面温差过大;外界气温骤降时硷表面无保温措施。④结构型式及构造上的问题:几何尺寸大，超长超厚;形状突变处未妥善处理;配筋不合理。⑤地基问题:基础约束面受强约束，沉降不均匀等等。在上述众多因素当中。比较突出的问题之一是硅内部由于水泥水化热释放引起硅内部剧烈的温度变化，这也是导致硅开裂的主要原因。由于水泥的水化热释放主要集中在早期，使混凝土在浇筑后短短几天其内部温升就很快上升到最高峰，随后开始降温。混凝土温度的这种变化可能造成两种后果:首先，在混凝土升温期，砼表面散热条件好，热量向大气散发，温度上升较少，而内部则散热少，温度持续上升，这样形成的内表温差会在砼表层产生较大的拉应力。当该拉应力超过砼的抗拉强度时，砼表面将产生裂缝。其次，在砼后期降温过程，由于温度下降引起砼体积收缩变形，这种变形受到地基及结构边界约束时也会产生大的拉应力。当该拉应力超出砼的抗拉强度时，砼将在约束面开裂，严重时形成贯穿裂缝。大体积砼由于温度变化而产生的裂缝称为温度裂缝。因此，应当针对大体积砼自身的特点，对其温度及温度应力的变化规律、温度裂缝的控制技术等方面开展一系列的研究。
近年来国内外工程界在大体积硷结构裂缝控制方面，进行了深入的研究，特别是日本在检测设备的开发和使用方面取得了显著的成绩，在大体积水化热产生的温度及温度应力的定性定量分析方面均有明显成果。就我国现状而言，大部分大体积硅工程还采用较为落后的设备，如用玻璃管温度计插入预留孔洞直接测量或用热电偶配合电位差计手动测量等，监测的效率和准确度都较低，无法实现信息化施工的目的。而日本的数据采集设备十分昂贵，无法在工程上推广使用。另外在水化热温度及应力的计算分析方面，尚未见到国外的计算软件，而我国也还未开发出一套完整可靠、经过工程实际检验的分析计算软件，因此在实际工程中，温控方案的制定还仅仅依靠施工技术人员的经验，面对情况特殊的工程，则常常因经验不足造成工程产生裂缝。因此开展大体积硅结构温度裂缝的预测、控制和监测技术和产品的研究是我国目前急需的。
2 防止大体积砼温度裂缝的施工技术
2.1 合理选择原材料 合理选择原材料，有利于大体积砼裂缝的控制，首先，选择水泥。内部混凝土主要考虑抗裂性能好、兼顾低热和高强两方面的要求，一般采用低热矿渣水泥，中热砼酸盐水泥掺入一定量的粉煤灰。外部混凝土，除抗裂性能外，还要求抗冻融性、耐磨性、抗蚀性、强度较高及干缩较小，因此一般采用较高标号的中热砼酸盐水泥。当环境水具有硫酸盐侵蚀时，应采用抗硫酸盐水泥。其次，掺用混合材料。适当掺用混合材可降低混凝土的绝热温升、提高混凝土抗裂能力，目前主要是粉煤灰掺得较多。第三，掺加缓凝剂，在砼中掺加适量的缓凝剂，能够在一定程度上延缓水泥的水化作用，减缓水化热的释放速率。它的作用是推迟热峰出现的时间，同时也降低了温度峰值。一般地，砼浇筑后，水泥水化热释放与砼内部热量向外散发是同时进行的。在初期几天，水化热释放速率很快，而散热速率小，因此砼的温度很快上升;接着，水化热释放速率逐渐变缓，而散热速率则持续增大，导致砼温度逐渐下降。通过延缓水化热释放速率，可以让更多的热量通过界面散失出去，用来升温的部分则大为减少，从而使砼的温度峰值得到削减，出现时间也相应延迟。
2.2 提高大体积砼施工质量
①控制出机温度。对混凝土出机温度最大的是石子及水的温度。为了降低出机温度，其最有效的办法是降低石子的温度。在温度较高的季节施工时，为了防止太阳直接照射，可在砂石堆场上搭设遮阳料篷，必要时也可在使用前冲洗骨料。②控制浇灌温度。为了降低混凝土从搅拌机出料到卸料，泵送和浇灌振捣后的温度，减少结构的内外温差，一般按季节采取措施，如夏季施工时，则应以减少冷量损失，在浇灌混凝土时，采用一个坡度、薄层浇灌、循序推进、一次到顶等措施来缩小混凝土暴露面积以及加快浇灌速度，缩短浇灌时间。在冬季施工时，一般可利用混凝土本身散发的水化热养护自己，并要求在混凝土没有达到允许临界强度以前防止冻害。③浇筑砼前应将基槽内的杂物清理干净，砼的浇筑应连续进行，间歇时间不得超过砼的初凝时间;浇筑时必须严格控制砼的入模温度，砼最高浇筑温度不得超过28℃;在浇筑砼时可投入适量毛石，以吸收热量并节约砼;浇筑时若外界气温过高，可采用在输送管上加盖草袋并喷冷水的方法。④改进搅拌工艺:即在搅拌的混凝土时，改变以往的投料程序，采取先把水、水泥和砂拌和后，再投放石子进行搅拌的新方法。这种搅拌工艺的主要优点是无泌水现象，混凝土上下层强度差减少，可有效地防止水分向石子与水泥砂浆面的集中，从而使硬化后的界面过渡层的结构致密、粘结加强。
2.3 加强混凝土的温度监测工作 温度控制是大体积混凝土施工中的一个重要环节，也是防止温度裂缝的关键。而在引起裂缝产生的诸多因素中，混凝土水化热和外界气温造成的构件内部温度应力是一个很主要的因素，为了控制裂缝的产生，这不仅要在混凝土成型之后，对混凝土的内部温度进行监测，而且应在一开始，就对原材料、混凝土拌和，入模和浇筑温度进行系统的实测。在平面上，测温点沿底板纵横方向间距约10m左右布置一点。在垂直方向上，每个测温点沿垂直高度在其表面、中部和板底分别埋没设测温管，垂直高度依次为板顶，-100mm、板中部、板底十100mm。每个测混点测温管间距100mm。测温管安装位置要准确，固定牢固。在混凝土温度上升阶段，每2小时测温一次，混凝土温度下降阶段每6小时测温一次。在测混进程中，当发现砼内部温度差超过25℃时，测温人员要及时报告工地项目总工，由有关人员根据实际情况及时采取措施加强保温或延缓撤除保温材料时间等来控制温差。测温的办法可以采用先进的侧温方法，如有经验也可采用简易测温方法。给施工组织者及时提供信息反映大体积混凝土浇筑块体内温度变化的实际情况及所采取的施工技术措施效果。
2.4 加强大体积砼的养护措施 养护是大体积砼施工中一项十分关键的工作，对浇筑后的砼加强养护，使之处于适宜的温湿环境，让水泥颗粒得到充分水化，从而提高砼的强度，提高它的抗裂性。浇筑后2h采用塑料膜对表面覆盖，可有效增加砼的表面温度，减小总温差。若在冬季施工，需在塑料膜上加草垫保温。有关研究表明，水泥的水化作用只有在充水的毛细管中才能进行，所以必须防止因蒸发而使毛细管失水。加强养护就是要不断地补充足够的水份，防止砼表面干燥。潮湿养护应当从砼凝结后即开始，一般应持续7-15天为宜。潮湿养护还能有效地减小砼的早期干缩，防止干缩裂缝的产生。养护时要保持适宜的温度和湿度，以便控制砼内表温差，促进砼强度的正常发展及防止砼温度裂缝的产生和发展。大体积砼的养护，不仅要满足强度增长的需要，还应通过人工的温度控制，防止因温度梯度引起砼开裂。
2.5 对大体积砼裂缝进行修补 大体积砼裂缝不但会影响结构的整体性，还会引起钢筋的锈蚀，加速砼的碳化，降低砼的耐久性和抗疲劳、抗渗能力。因此要积极进行修补。方法主要有：①表面修补：即在裂缝表面涂抹水泥浆、环氧树酯胶泥或在砼表面涂刷油漆、沥青、防水剂等材料，为了防止继续开裂，通常可以采取在裂缝的表面粘贴玻璃纤维布等措施。②嵌缝法：这是裂缝封堵中最常用的一种方法。具体流程为，沿裂缝凿V形槽，在槽中嵌填塑性或刚性防水材料，以达到封闭裂缝的目的。常用的塑性材料有聚氯乙烯胶泥、塑料油膏、丁基橡胶等等：常用的刚性防水材料为聚合物水泥砂浆等。③结构加固法，这种方法的适用范围为：裂缝影响到砼结构的性能，加大砼结构的截面面积、在构件的角部外包型钢、采用预应力法加固、粘贴钢板加固、增设支点加固以及喷射砼补强加固等办法。
关键词：大体积砼 温度裂缝 施工技术
0 引言
大体积混凝土在固化过程释放的水化热会产生较大的温度变化和收缩作用。由此而产生的温度和收缩应力是导致混凝土出现裂缝的主要因素，从而影响基础的整体性、防水性和耐水性，成为结构的隐患。
1 大体积砼温度裂缝的产生机理
大体积砼是指结构断面最小尺寸在80厘米以上，同时水化热引起的混凝土内最高温度与外界气温之差预计超过25℃的混凝土。大体积砼结构在施工中容易产生裂缝，长期的工程实践表明，造成大体积硷出现裂缝的因素极其复杂而且是多方面的。其中有:①硷配合比设计上的问题:水泥用量大，水泥发热量大，造成硷水化热温升过高，温度变化急烈;水灰比大，灰浆量大，造成硅收缩量过大;原材料性能不良，造成硷本身抗裂能力低。②硷施工质量上的问题:下料不均匀，振捣不密实;浇筑安排不善，硅内部形成冷缝。③硅养护上的问题:硅表面裸露干燥，风吹日晒，同部与表面温差过大;外界气温骤降时硷表面无保温措施。④结构型式及构造上的问题:几何尺寸大，超长超厚;形状突变处未妥善处理;配筋不合理。⑤地基问题:基础约束面受强约束，沉降不均匀等等。在上述众多因素当中。比较突出的问题之一是硅内部由于水泥水化热释放引起硅内部剧烈的温度变化，这也是导致硅开裂的主要原因。由于水泥的水化热释放主要集中在早期，使混凝土在浇筑后短短几天其内部温升就很快上升到最高峰，随后开始降温。混凝土温度的这种变化可能造成两种后果:首先，在混凝土升温期，砼表面散热条件好，热量向大气散发，温度上升较少，而内部则散热少，温度持续上升，这样形成的内表温差会在砼表层产生较大的拉应力。当该拉应力超过砼的抗拉强度时，砼表面将产生裂缝。其次，在砼后期降温过程，由于温度下降引起砼体积收缩变形，这种变形受到地基及结构边界约束时也会产生大的拉应力。当该拉应力超出砼的抗拉强度时，砼将在约束面开裂，严重时形成贯穿裂缝。大体积砼由于温度变化而产生的裂缝称为温度裂缝。因此，应当针对大体积砼自身的特点，对其温度及温度应力的变化规律、温度裂缝的控制技术等方面开展一系列的研究。
近年来国内外工程界在大体积硷结构裂缝控制方面，进行了深入的研究，特别是日本在检测设备的开发和使用方面取得了显著的成绩，在大体积水化热产生的温度及温度应力的定性定量分析方面均有明显成果。就我国现状而言，大部分大体积硅工程还采用较为落后的设备，如用玻璃管温度计插入预留孔洞直接测量或用热电偶配合电位差计手动测量等，监测的效率和准确度都较低，无法实现信息化施工的目的。而日本的数据采集设备十分昂贵，无法在工程上推广使用。另外在水化热温度及应力的计算分析方面，尚未见到国外的计算软件，而我国也还未开发出一套完整可靠、经过工程实际检验的分析计算软件，因此在实际工程中，温控方案的制定还仅仅依靠施工技术人员的经验，面对情况特殊的工程，则常常因经验不足造成工程产生裂缝。因此开展大体积硅结构温度裂缝的预测、控制和监测技术和产品的研究是我国目前急需的。
2 防止大体积砼温度裂缝的施工技术
2.1 合理选择原材料 合理选择原材料，有利于大体积砼裂缝的控制，首先，选择水泥。内部混凝土主要考虑抗裂性能好、兼顾低热和高强两方面的要求，一般采用低热矿渣水泥，中热砼酸盐水泥掺入一定量的粉煤灰。外部混凝土，除抗裂性能外，还要求抗冻融性、耐磨性、抗蚀性、强度较高及干缩较小，因此一般采用较高标号的中热砼酸盐水泥。当环境水具有硫酸盐侵蚀时，应采用抗硫酸盐水泥。其次，掺用混合材料。适当掺用混合材可降低混凝土的绝热温升、提高混凝土抗裂能力，目前主要是粉煤灰掺得较多。第三，掺加缓凝剂，在砼中掺加适量的缓凝剂，能够在一定程度上延缓水泥的水化作用，减缓水化热的释放速率。它的作用是推迟热峰出现的时间，同时也降低了温度峰值。一般地，砼浇筑后，水泥水化热释放与砼内部热量向外散发是同时进行的。在初期几天，水化热释放速率很快，而散热速率小，因此砼的温度很快上升;接着，水化热释放速率逐渐变缓，而散热速率则持续增大，导致砼温度逐渐下降。通过延缓水化热释放速率，可以让更多的热量通过界面散失出去，用来升温的部分则大为减少，从而使砼的温度峰值得到削减，出现时间也相应延迟。
2.2 提高大体积砼施工质量
①控制出机温度。对混凝土出机温度最大的是石子及水的温度。为了降低出机温度，其最有效的办法是降低石子的温度。在温度较高的季节施工时，为了防止太阳直接照射，可在砂石堆场上搭设遮阳料篷，必要时也可在使用前冲洗骨料。②控制浇灌温度。为了降低混凝土从搅拌机出料到卸料，泵送和浇灌振捣后的温度，减少结构的内外温差，一般按季节采取措施，如夏季施工时，则应以减少冷量损失，在浇灌混凝土时，采用一个坡度、薄层浇灌、循序推进、一次到顶等措施来缩小混凝土暴露面积以及加快浇灌速度，缩短浇灌时间。在冬季施工时，一般可利用混凝土本身散发的水化热养护自己，并要求在混凝土没有达到允许临界强度以前防止冻害。③浇筑砼前应将基槽内的杂物清理干净，砼的浇筑应连续进行，间歇时间不得超过砼的初凝时间;浇筑时必须严格控制砼的入模温度，砼最高浇筑温度不得超过28℃;在浇筑砼时可投入适量毛石，以吸收热量并节约砼;浇筑时若外界气温过高，可采用在输送管上加盖草袋并喷冷水的方法。④改进搅拌工艺:即在搅拌的混凝土时，改变以往的投料程序，采取先把水、水泥和砂拌和后，再投放石子进行搅拌的新方法。这种搅拌工艺的主要优点是无泌水现象，混凝土上下层强度差减少，可有效地防止水分向石子与水泥砂浆面的集中，从而使硬化后的界面过渡层的结构致密、粘结加强。
2.3 加强混凝土的温度监测工作 温度控制是大体积混凝土施工中的一个重要环节，也是防止温度裂缝的关键。而在引起裂缝产生的诸多因素中，混凝土水化热和外界气温造成的构件内部温度应力是一个很主要的因素，为了控制裂缝的产生，这不仅要在混凝土成型之后，对混凝土的内部温度进行监测，而且应在一开始，就对原材料、混凝土拌和，入模和浇筑温度进行系统的实测。在平面上，测温点沿底板纵横方向间距约10m左右布置一点。在垂直方向上，每个测温点沿垂直高度在其表面、中部和板底分别埋没设测温管，垂直高度依次为板顶，-100mm、板中部、板底十100mm。每个测混点测温管间距100mm。测温管安装位置要准确，固定牢固。在混凝土温度上升阶段，每2小时测温一次，混凝土温度下降阶段每6小时测温一次。在测混进程中，当发现砼内部温度差超过25℃时，测温人员要及时报告工地项目总工，由有关人员根据实际情况及时采取措施加强保温或延缓撤除保温材料时间等来控制温差。测温的办法可以采用先进的侧温方法，如有经验也可采用简易测温方法。给施工组织者及时提供信息反映大体积混凝土浇筑块体内温度变化的实际情况及所采取的施工技术措施效果。
2.4 加强大体积砼的养护措施 养护是大体积砼施工中一项十分关键的工作，对浇筑后的砼加强养护，使之处于适宜的温湿环境，让水泥颗粒得到充分水化，从而提高砼的强度，提高它的抗裂性。浇筑后2h采用塑料膜对表面覆盖，可有效增加砼的表面温度，减小总温差。若在冬季施工，需在塑料膜上加草垫保温。有关研究表明，水泥的水化作用只有在充水的毛细管中才能进行，所以必须防止因蒸发而使毛细管失水。加强养护就是要不断地补充足够的水份，防止砼表面干燥。潮湿养护应当从砼凝结后即开始，一般应持续7-15天为宜。潮湿养护还能有效地减小砼的早期干缩，防止干缩裂缝的产生。养护时要保持适宜的温度和湿度，以便控制砼内表温差，促进砼强度的正常发展及防止砼温度裂缝的产生和发展。大体积砼的养护，不仅要满足强度增长的需要，还应通过人工的温度控制，防止因温度梯度引起砼开裂。
2.5 对大体积砼裂缝进行修补 大体积砼裂缝不但会影响结构的整体性，还会引起钢筋的锈蚀，加速砼的碳化，降低砼的耐久性和抗疲劳、抗渗能力。因此要积极进行修补。方法主要有：①表面修补：即在裂缝表面涂抹水泥浆、环氧树酯胶泥或在砼表面涂刷油漆、沥青、防水剂等材料，为了防止继续开裂，通常可以采取在裂缝的表面粘贴玻璃纤维布等措施。②嵌缝法：这是裂缝封堵中最常用的一种方法。具体流程为，沿裂缝凿V形槽，在槽中嵌填塑性或刚性防水材料，以达到封闭裂缝的目的。常用的塑性材料有聚氯乙烯胶泥、塑料油膏、丁基橡胶等等：常用的刚性防水材料为聚合物水泥砂浆等。③结构加固法，这种方法的适用范围为：裂缝影响到砼结构的性能，加大砼结构的截面面积、在构件的角部外包型钢、采用预应力法加固、粘贴钢板加固、增设支点加固以及喷射砼补强加固等办法。
原文网址：http://www.pipcn.com/research/200909/14089.htm
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