混凝土施工中的温度控制及防裂措施.pdf

2 0 1 1 年第 4期 东北水利水 电 工程施工 文章编号 1 0 0 2 -0 6 2 4 ( 2 0 1 1 ) 0 4 0 0 3 1 0 2 混凝土施工中的温度控制及防裂措施 范永玉 1 樊喜欢 ( 1 松辽水利委员会综合管理中心 ， 吉林 长春 1 3 0 0 2 1 ； 2 松辽水利水 电开发有限责任公司 ， 吉林 长春 1 3 0 0 2 1 ) 【 摘 要】文章通过对混凝土裂缝产生原因、 种类的分析 ， 结合工程实践， 提 出了在混凝土施工 中如何避 免裂缝 产生所采取 的一 些措 施。 关键词混凝土； 温度控制； 防裂措施 中图分类号 T V5 2 3 文献标识码】 A 1 混凝 土温度控 制及 裂缝 的产 生 混凝土浇筑 温度系指经过平仓振 捣后 ，上部 混凝 土覆盖之前在深度为 5 1 0 c m 处的温度。对 混凝土温度控制 的 目的是 为了防止 混凝 土发生温 度裂缝 ， 以保证建筑物的整体性和耐久性。温度控 制和防止裂缝 的主要措施 有 ：降低混 凝土水化热 温升 、 降低混凝 土浇筑 温度、 减少水 泥用量、 降低 水化热、 混凝土人工令 却散热和表面保护等。 浇筑完 的混凝 土 由于水泥的水化热 引起 内部 温度激烈升 高 ， 体 积膨胀 增大 ， 而表 面温度低 ， 体 积膨胀较小 ， 这样 由于内部膨胀 的约束 ， 使表面产 生拉应 力， 内部产生压应 力 ， 又 因早期混凝土的抗 拉强度较低 ，应拉预应 力超过混凝 土的抗拉强度 时 ， 裂缝随之产生。 2 混凝土 裂缝 的种类 混凝土裂缝按成 因可分 为温 度裂缝和非温度 裂缝两大类。温 度裂缝主要是 由于温度作 用引起 混凝土体积 变化 ，该体积变化受到 内外约束产生 的拉应力或拉应力超过混凝土的拉伸极限值 即产 生 了裂缝。我们将之称为温度裂缝。非温度裂缝 如 ： 地震裂缝 、 沉降裂缝、 灌浆抬动裂缝等。我们在 施工中主要探讨温 度裂缝。温度裂缝按其成因和 性质可分为以下几种类型 ： 1 ) 基础贯 穿裂缝 ， 位于基础部位 ， 裂缝较 宽并 穿过 浇筑层 ，主要发 生在后 期整体 降温过 程中以 及基础浇筑层 间歇期间。 2 ) 深层裂缝 ， 在 混凝土表 面发生 ， 并向混凝 土 内部发展 而成 ，通 常为长 间歇浇筑 面不 断受到气 温骤降作用，或长期暴露受气温变化引起的内外 温差与气温骤降联合作用而形成。 3) 表 面裂缝 ， 浇筑层面受气温骤降作 用引起 ， 多发生 在混 凝土 早期龄 期 ( 6 2 0 d) ， 具有 明显的 规律性。 4 ) 干缩裂缝 ， 混凝土暴 露面 ， 由于养护不 善 ， 表面干缩造成 ， 裂缝浅且形态分布很不规则。 3 裂 缝产 生的原 因 产生混凝土裂缝的原 因有很 多种 ，经过几年 来实践经验的积 累， 在认真查找规范的基础上 ， 进 行 了系统的分析 ，产生 的裂缝 主要是根 据水泥 的 物理性 质 ， 加水拌和后 的水泥混凝 土 ， 由于水泥水 化会产 生大量的水化热 ，在混凝 土内造成很大 的 水化热温升 ， 形成一个较高 的温度场。混凝土的这 种温度 变化 ， 产生 了一 系列的影 响 ： 一 种情况是 ， 如 果外界 温度远远低于混凝土 内部温度 ，就会在 混凝土表 面及其附近形成很陡的温度梯度 ，从而 在混凝土表 面引起 巨大 的拉应 力和拉应变 ，当拉 应 力或拉应变超过极 限值 时 ， 就形成裂缝 ， 另一种 情况是 ，在 混凝土 内温升达到最高值后 ，开始下 降 ， 体积 随之收缩 ， 受到底部基础垫层或混凝土的 约束而产生裂缝。 混凝 土的应 力或应 变受诸 多因素影响 ，虽然 温度变化是产生温度应 力的最大 因素 ，但其他 因 素 ， 如 混凝土 变形模 量、 残 膨胀 系数、 约束系数 等 都影响着温度应力或应变的变化 与发展。 旦温 度应力或应变发展超过 混凝土的抗 伸极 限 ，即发 生 了裂缝 。 4 避 免产 生裂缝及 采取 的措施 在施 工中，应如何避免或者应如何进行温度 控 制以及在施 工过程 中防止混凝土温度裂缝的产 31 工程施工 塞j 匕 水利水电 2 0 1 1 年第4期 生 。首先 ， 从控制裂缝发生 的角度 出发 ， 要对影响 混凝土产生裂缝的各要素全面考虑 ， 进行控制， 使 温度应力的变化发展被控制在安全范围内。目前， 普遍采用拉伸极限强度和拉伸极限应变作为混凝 土抗裂指标。 影响混凝土产生裂缝的各要素有些取 决于混 凝土的物理性 质 ， 有些取决于外界环境 ， 但 绝大多 数是在混凝 土施工过程 中发生和变化的 ， 因此 ， 有 必要将这些 影响因素是 否在混凝 土施 工过 程中可 以控 制做个分类 ， 以便在施 工过程 中因地 制宜 ， 结 合地理位置 ，浇筑季节以及施工能力和进度等进 行考 虑 ，选择采 用经济有效 的措施来控制混凝 土 温度 ， 在施工 中具体控 制以下几个要 素： 1 ) 温度变化幅度 + 式中： 卜温度变化幅度 ； 混凝土浇筑温 度 ； 混 凝 土 的水化 热 温升 ； 混 凝 土 的 稳定温度。 要控制温度 变化 幅度 ，首先要控制混凝土 的 水化热温升。混凝土的水化热温升与水泥品种、 混 凝土配 比中的水泥 用量 、有无掺和料和外加剂及 其性质因素有关。在条件允许的情况下， 应尽量使 用低 水化热 水泥 ， 如 矿渣 水泥 、 大坝 水泥等 。 水 泥 用量是 由配 比试验来决定 。其次要控制混凝土 浇筑温度 ， 在 浇筑初期 ， 通水消减混凝土水化热温 升 的峰值措施来控制混凝 土浇筑温度。试验证明 ， 用低 温水拌和 ， 水温每 降低 1 o C ， 可 使混凝 土 出 机温度降低 0 2 o C左右。 2) 约束 系数 。控 制措 施通 常有控 制混凝土层 厚 ， 减少上下层混凝土浇筑 时间间隔或连续浇筑 ， 选择较高温度期间进行混凝土浇筑。 3 ) 减少水泥用量 ， 降低水化热。在条件允许的 情况下 ， 尽量采 用天然 骨料 、 大骨料 ， 而 尽量少 用 人工骨料。根据几年来的经验对 比， 采 用天然骨料 混凝土比采用人工碎石的混凝土可以节约水泥用 量的 1 0 左右。根据计算表明， 不同品种水泥单位 发热量相差 4 0 1 8 6 k 1 k g ， 如 果单位水泥 用量均 以 3 0 0 k g m3 计 ，则混凝土绝热温升相 差约 3 - 4 o C， 而每立方米混凝 土中少用 1 0 k g水泥 ， 则可降低 混 凝土绝热温升 1 2 o C左右 。 4 ) 进行 表面保温 ， 覆盖无纺布。实践 证明 ， 混 凝土表面往往 因为气 温变化 ，形 成很大 的拉应 力 3 2 而致裂 ， 尤其是气温骤降的时候 ， 在混凝土龄期为 6 2 0 h时最容易发生裂缝。 此外， 干缩作用也会在 混凝土面形成 网状裂缝。因此 ， 加强表面保 温及养 护， 对防止裂缝是必要和有效的 具体办法是在浇 筑混凝土初凝前， 覆盖无纺布进行保温保湿。 在浇 筑 完毕后 6 - 8 h ( 温度在 2 0 以上 ) 开始在表面洒 水 养护 ， 由于无纺布具有很好 的保水性 ， 能保持混 凝 土面湿润。当气温骤变时， 无纺布又可以发挥其 保 湿性能 ， 减少表面裂缝 的发生机率。在水库东上 坝路混凝土施工 中我们就采用 了覆盖无纺布进行 保温保湿 ， 此种办法 ， 即避免 了因气温高 表面干缩 所形成的网状裂缝， 又保证了混凝土的湿度 ， 养护 效 果非常好。在以下两种情况下应加强混凝土表 面保护， 以防止裂缝产生。 当日平均气温在 2 3 d内连续 下降 6 8 0时 ， 5 2 8 d龄 期的混凝土应 加强表面养护。在一般情况下 ， 温和地 区表面放 热 系数大于 5 8 3 W ( m2 o C ) ，北方寒冷 地 区大于 2 2 2 w ( m： ) 时， 必须进行表面保护。 5) 在施工过程 中应控 制好 内外温 差 ， ( 内外温 差是指混凝土的平均温度与表面温度之差 )防止 混凝 土表 面产 生裂缝。在 我国通 常控 制在 2 0 2 5 范围内。 6) 改进施工方法 ， 消减温度应力。以察尔森水 库西 山蓄水池施 工为例 ，首先采 用的是分层施工 法 ， 每层浇筑 厚度宜控 制在不大于 1 0 m高度 ， 这 能让混凝土的热量加快散发 ，又使温度 比较均匀 分 布 ， 同时还有利于振捣 密实 ， 提 高 了弹性模 量。 第二预留施 工缝 ， 在工程结构 中 ， 在保证工程质量 和施工方便以及设计允许的前提下， 留设施工缝， 施工缝的留设 对于预 防混凝土产生裂缝有一定的 作 用 ， 如在 1 7 0段堤 防混凝土面板施工过程 中， 平 均每 3 m预留了施 工冷缝 ，这样可 以使混凝土面 板 里产生的大量水化热散发 ， 减少 内外温 差 ， 从而 减 少混凝土面板的温差裂缝。 总之 ， 混凝土温度裂缝 的产生 ， 会或 多或少地 影响工程质量和进度。为此 ， 我们采取的措施必须 结合工程实际 ， 全面考虑 ， 认真计算 ， 合理 采用 ， 在 施 工前要确定混凝土允许温差或在施工 中合理选 择材料、 施工工艺， 并加强对混凝土的温度观测 ， 尽 量减少温度所产生的裂缝。 【 收稿 日期】 2 0 1 0 一l 1 -1 5