大体积混凝土温度裂缝的产生原因及控制措施

第６卷第１期　２００７年１月　北京工业职业技术学院学报　Ｊ０ＵＲＮＡＬＯＦＢＥＩ３ＩＮＧＰＯＬＹＴＥＣＨＮＩＣＣＯＬＬＥＧＥ　№．１Ｊ　Ｖ０１．６　ａｎ．２００７　大体积混凝土温度裂缝的产生原因及控制措施　张　波　（北京工业职业技术学院，北京１０００４２）　摘　要：大体积混凝土施工时产生的温度裂缝，破坏了结构的整体性、耐久性、防水性，影响结构安全和正常　使用，危害严重。分析了裂缝产生原因，提出了在施工中应该采取的各种控制措施。　关键词：大体积混凝土；温度裂缝；控制措施　中图分类号：ＴＵ７５５．７　文献标识码：Ｂ　文章编号：１６７１—６５５８｛２００７）０１—３４—０４　Ｔｈｅ　Ｃａｕｓｅ　ｏｆ　Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ　Ｃｒａｃｋｓ　ｉｎ　Ｍａｓｓ　Ｃｏｎｃｒｅｔｅ　ａｎｄ　Ｃｏｎｔｒｏｌ　Ｍｅａｓｕｒｅ　Ｚｈａｎｇ　ｂｏ　（Ｂｅｉｊｉｎｇ　Ｐｏｌｙｔｅｃｈｎｉｃ　Ｃｏｌｌｅｇｅ，Ｂｅｉｊｉｎｇ　１０００４２，Ｃｈｉｎａ）　Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅ　ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ　ｃｒａｃｋｓ　ｐｒｏｄｕｃｅｄ　ｉｎ　ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ　ｐｒｏｃｅｓｓ　ｏｆ　ｍａｓｓ　ｃｏｎｃｒｅｔｅ，ｗｈｉｃｈ　ｄｅｓｔｒｏｙ　ｔｈｅ　ｒｏｂｕｓｔ—　ｎｅｓｓ，ｓｔｒｕｃｔｕｒａｌ　ｄｕｒａｂｉｌｉｔｙ，ｗａｔｅｒｐｒｏｏｆｉｎｇ　ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ　ｏｆ　ｔｈｅ　ａｒｃｈｉｔｅｃｔｕｒｅ，ｒｅｓｕｌｔ　ｉｎ　ｍａｎｙ　ｐｒｏｊｅｃｔ　ｐｒｏｂｌｅｍｓ．　Ｔｈｉｓ　ｐａｐｅｒ　ａｎａｌｙｓｅｓ　ｔｈｅ　ｃａｕｓｅ　ｒｓｕｌｅｔｅｄ　ｆｒｏｍ　ｔｈｅ　ｃｒａｃｋｓ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｓｈｒｉｎｋａｇｅ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｍａｓｓ　ｏｎｃｒｅｔｃｅ　ａｎｄ　ｂｒｉｎｇｓ　ｆｏｒｗａｒｄ　ｔｈｅ　ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ　ｍｅｔｈｏｄｓ　ｏｆ　ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ　ｏｎｔｃｒｏｌ　ａｎｄ　ｎｔａｉ—ｃｈｅｃｋｉｎｇ．　Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ：ｍａｓｓ　ｏｎｃｒｅｔｃｅ；ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ　ｃｃｒｃｕｋｓ；ｃｏｎｔｒｏｌ　ｍｅｓａｕｒｅｓ．　０引言　们必须从根本上分析大体积混凝土温度裂缝的产生　随着经济和施工技术的迅速发展，现代建筑中　涉及到大体积混凝土施工也越来越多，如高层建筑　原因，采取各种措施减少和控制温度裂缝的出现，来　保证施工的质量。　１温度裂缝产生的原因　基础、大型设备基础、水利大坝等。它们的主要特点　就是体积大，水泥水化热释放比较集中，内部温度升　高比较快。当大体积混凝土内外温差较大时，会使　混凝土产生温度裂缝。众多工程实践证明，大体积　混凝土施工难度比较大，混凝土产生温度裂缝的机　大体积混凝土结构的整体性要求高，施工时如　无特殊情况，一般要求一次性整体浇筑。浇筑后，水　泥因水化反应引起水化热，由于混凝土体积大，内部　与表面散热速率不一样，聚集在内部的水泥水化热　不容易散发，混凝土内部温度将显著升高，而混凝土　表面则散热较快，与混凝土内部产生较大的温度差，　使混凝土内部产生压应力，表面产生拉应力。同时　率较多，稍有差错，轻者会影响建筑物的抗渗性能和　外观质量，重者还会严重影响建筑结构的安全，甚至　造成坍塌事故，从而造成无法估量的损失。因此我　收稿日期：２００６—１２—２７　作者简介：张波（１９７８一），男，山东科技大学土建学院城镇建设专业毕业，北京建筑工程学院项目管理专业在读硕士，助理讲师。　维普资讯 http://www.cqvip.com

第１期　张波：大体积混凝土温度裂缝的产生原因及控制措施　３５　在浇筑初期混凝土的弹性模量和强度很低，对水化　热急剧温升引起的变形约束不大，温度应力比较小。　随着　昆凝土龄期的增长，其弹性模量和强度相应提　高，对混凝土降温收缩变形的约束越来越强，即产生　很大的温度应力，当混凝土的抗拉强度不能抵抗温　度应力时，即产生温度裂缝。　大体积混凝土产生温度裂缝的影响因素主要　有：　１．１水泥水化热的影响　水泥在水化反应过程中产生大量的热量，这是　大体积混凝土内部温度升高的主要热量来源。由于　大体积　昆凝土截面的厚度大，水化热聚集在结构内　部不易散发，会引起混凝土内部急剧升温，造成较大　的内外温差，从而产生温度裂缝。　１．２内外约束条件的影响　大体积混凝土一般与地基整体浇筑在一起，当　温度变化时会受到地基的限制，因而产生外部的约　束应力。当混凝土早期温度上升时，产生的膨胀变　形会受到约束面的约束而产生压应力，而此时混凝　土的弹性模量很小，徐变和应力松弛却较大，与基层　连接也不太牢固，因而压应力较小，但是当温度下降　时，则产生很大的拉应力。若产生的拉应力超过混　凝土的抗拉强度，就会出现垂直裂缝。工程实践证　明，当混凝土的内外温差小于２５℃时，产生温度裂　缝的几率就小的多。由此可见，降低大体积混凝土　的内外温差和改善约束条件，是防止大体积混凝土　产生裂缝的重要措施。　１．３外界气温变化的影响　大体积混凝土结构在施工期间，外界气温的变　化对防止大体积混凝土开裂有着重要影响。混凝土　浇筑温度与外界气温有着直接关系，浇筑温度又影　响着混凝土的内部温度。大体积混凝土结构不易散　热，其内部温度有的工程竞高达９０℃以上，而且持　续时间较长。如外界气温下降，特别是气温骤降，会　加大混凝土的温度梯度，温差愈大，温度应力也愈　大。此时混凝土内部产生压应力，表面产生拉应力，　当这个拉应力超过混凝土的抗拉强度时，大体积混　凝土的表面就会出现裂缝。　２控制大体积混凝土产生温度裂缝的措施　大体积混凝土的施工技术要求比较高，特别在　施工中要防止混凝土因水泥水化热而引起的温度　差。在施工时，必须从原材料选择、施工技术、养护、　温度检测等有关环节做好充分的准备工作，才能防　止大体积混凝土温度裂缝的产生。　２．１原材料的选择　（１）选用发热量低、初凝时间较长的水泥，如矿　渣水泥。尽量降低混凝土中的水泥用量，减少水泥　水化反应产生的热量，降低混凝土的温升，提高混凝　土硬化后的体积稳定性。为保证减少水泥用量后混　凝土的强度和坍落度不受损失，可适度增加活性细　掺料替代水泥。例如掺加适量的粉煤灰，减少水泥　用量，达到降低水化热的目的，但掺量不能大于　３０％。　（２）粗、细骨料级配良好。通过试验选择合理的　石、砂级配。在满足　昆凝土强度的基础上，骨料尽量　选用较大的粒径（５～４０ｍｍ），要具有较好的级配。　同时必须严格控制砂、石料的含泥量，石子的含泥量　控制在１％以下，砂的含量在２％以下，这样既提高　了混凝土抗压强度，又可以减少用水量和水泥的用　量。　（３）加适量的缓凝剂（如木质素磺酸钙）。掺加　缓凝剂不但可以延缓水化热的释放速度、推迟温峰　的出现并延长混凝土的凝结时间，还可以改善混凝　土和易性，减少水和水泥用量，从而降低水化热。　（４）拌制大体积混凝土的原材料均需进行检验，　合格后方可使用。　２．２施工技术措施　（１）在炎热夏季进行施工时，要采取下列措施对　材料进行降温：　①提前１周以上的时间将水泥人库降温，并保　证水泥仓库有良好的通风；　②砂、石堆进行覆盖，避免阳光直射，必要时向　骨料喷冷水；　③防止搅拌机在阳光照射下温升过高，可采用　搭凉棚的方法为搅拌机遮荫；　④混凝土宜现场采用冷水拌制　（２）浇筑混凝土前应将基槽内的杂物清理干净，　而且混凝土的浇筑应连续进行，间歇时间不得超过　３￣５ｈ；浇筑时必须严格控制混凝土的入模温度，混　凝土最高浇筑温度不得超过２８℃；在浇筑混凝土时　投入适量的毛石，以吸收热量并节约混凝土；在浇筑　的混凝土内部预先埋置冷却管，用循环水来降低混　凝土内部温度峰值，延缓升温速度；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。　（３）在施工现场要对商品混凝土逐车进行检查，　测定混凝土的坍落度和温度，检查混凝土量是否相　符，严禁混凝土搅拌车在施工现场临时加水。混凝　维普资讯 http://www.cqvip.com

３６　北京工业职业技术学院学报　第６卷　土搅拌车到场等待时可采取向搅拌罐上喷冷水的措　施来控制混凝土的浇筑温度。　（４）严格控制混凝土的浇筑速度。一次浇注的　混凝土不可过高、过厚，以保证混凝土温度均匀上　升。对于断面相差很大的结构和剪力墙的孔、洞、口　冷缩所产生的表面一旦延伸到合成纤维即可停止发　展。　（６）合理安排施工工序，遵循“同时浇捣、分层推　进、一次到位、循序渐进”的成熟工艺，薄层浇捣，均　匀上升，以利于散热。　处，应先浇灌较深的部位，待静止１～２ｈ、混凝土沉　降后，再与断面或孔洞上部的混凝土一起浇筑。墙　板混凝土宜采用非泵送混凝土，利用塔吊和人力推　大体积混凝土浇筑时应尽量扩大浇筑工作面，　分层浇捣，逐步推进。要严格控制振捣的时间及插　入深度，防止振捣过程中出现漏振。　根据结构特点，大体积混凝土的浇注方法可分　为：全面分层、分段分层、斜面分层的浇注方案。如　图１所示：　车连续进行，以避免施工冷缝的出现。　（５）可以适当在混凝土中掺加合成纤维。混凝　土中掺人合成纤维后，可使数以千万计的纤维三维　均匀的分布在混凝土内部，混凝土塑性阶段干缩及　ａ全面分层　１一模板　ｂ斜面分层　２一新浇注的混凝土　Ｃ分段分层　３一已浇注的混凝土　图１大体积混凝土的浇注方法　①图１　ａ全面分层：在第一层混凝土全部浇筑　完毕后，再回头浇筑第二层。此时应使第一层混凝　土还未初凝，如此逐层连续浇筑，直至完工为止。适　用于结构的平面尺寸不太大的情况，施工时从短边　筑其他各层。由于总的层数较多，所以浇筑到顶后，　第一层末端的混凝土还未初凝，又可以从第二段依　次分层浇筑。这种方案适用于单位时间内要求供应　的混凝土较少，结构物厚度不太大而面积或长度较　大的工程。　开始，沿长边推进比较合适。必要时可分成两段，从　中间向两端或从两端向中间同时进行浇筑。　②图１　ｂ斜面分层：要求斜面的坡度不大于１／　３，适用于结构的长度大大超过厚度３倍的情况。混　凝土从浇筑层下端开始，逐渐上移。混凝土的振捣　（７）振捣时振动棒应尽量垂直插入，快插慢拔，　插点交错，均匀布置。在振捣上一层混凝土时，应深　入下一层约５０～ｌＯＯｍｍ，以消除层间的接缝。振捣　时间以表面基本水平并出现水泥浆，混凝土不再冒　气泡、不再明显坍落为度。必要时在混凝土凝结前　的适当时间内进行二次振捣，以增加混凝土的密实　也要适应斜面分层浇筑工艺，一般在每个斜面层的　上、下各布置一道振动器。上面的一道布置在混凝　土卸料处，保证上部混凝土的捣实，下面一道振动器　布置在近坡脚处，确保下部混凝土密实。随着混凝　土浇筑的向前推进，震动器也相应跟上。　③图１　ｃ分段分层：混凝土浇筑时，先从底层开　始，浇筑至一定距离后浇筑第二层，如此依次向前浇　度，减少混凝土内部的微裂缝，提高混凝土的强度和　抗渗性能。　（８）冬季大体积混凝土浇筑时，为防止表面散热　过快，造成过大的内外温差，应在外部覆盖保温材料　或者进行短时间加热，拆模后迅速回填土方以利保　维普资讯 http://www.cqvip.com

第１期　温。　张　波：大体积混凝土温度裂缝的产生原因及控制措施　３７　混凝土养护阶段的温度检测应注意以下几点：　（１）混凝土的中心温度与表面温度之间、混凝土　２．３大体积混凝土的养护措施　养护是大体积混凝土施工中一项十分关键的工　作。养护时要保持适宜的温度和湿度，以便控制混　凝土内表温差，促进混凝土强度的正常发展及防止　表面温度与室外最低气温之间的差值均应小于　２０℃；当结构混凝土具有足够的抗裂能力时，不大于　２５℃－３０＇Ｕ。　混凝土温度裂缝的产生和发展。根据工程的具体情　况，应尽可能多养护一段时间，拆模后应立即回填土　（２）混凝土拆模时，混凝土的温差不超过２０℃。　（３）配备专职测温人员，按两班考虑。对测温人　或覆盖保护。同时要预防近期骤冷气候影响，以控　员要进行培训和技术交底。测温人员要认真负责，　制内表温差，防止混凝土早期和中期裂缝。大体积　按时按孔测温，不得遗漏或弄虚作假，发现问题应及　混凝土的养护，不仅要满足强度增长的需要，还应通　时向项目技术负责人汇报。测温记录要填写清楚、　过人工的温度控制，防止因温度梯度引起混凝土的　整洁，换班时要进行交底。　开裂。　（４）测温工作应连续进行，经技术部门同意后方　大体积混凝土养护阶段防止温度裂缝的措施主　可停止测温。　要有：　（５）测温时若发现混凝土内部最高温度与表面　（１）浇筑后２　ｈ采用塑料膜对表面覆盖，可有效　温度之差达到２５度或温度异常，应及时通知技术部　增加混凝土的表面温度，减小总温差。若在冬季施　门和项目技术负责人，以便及时采取措施　工需在塑料膜上面加上草垫保温等。　３结束语　（２）混凝土浇筑后，应在终凝后两小时开始带水　大体积混凝土结构的材料选择、施工技术与养　养护，养护期１４天以上。夏季浇筑大体积　昆凝土　护措施直接关系到结构的使用性能，若不能很好的　时，可采用积水养护的方法。在混凝土表面上用砖　了解大体积混凝土结构温度裂缝产生的原因以及采　砌成浅水池，然后放人３００ｍｍ深的水，起保护和养　取的相应施工措施，实际生产当中就很难保证大体　护双重作用。　积混凝土的施工质量。虽然大体积混凝土很容易产　（３）冬季施工时，在结构外露的混凝土表面以及　生温度裂缝，但是大量的科学研究以及成功的工程　模板外侧覆盖保温材料（如草袋、锯木、湿砂等），在　实例都表明：只要我们在材料选择、施工工艺、以及　缓慢的散热过程中，使混凝土获得必要的强度，以控　后期的养护过程中能够充分考虑各种因素的影响，　制混凝土的内外温差小于２５℃。　还是完全可以避免危害结构安全的温度裂缝的产　２．４大体积混凝土施工中的温度检测措施　生。　要对大体积混凝土进行有效的温度控制，就必　参考文献：　须进行科学检测。设置测温点，以便了解内外温差　［１］修海明．大体积混凝土的施工技术［Ｊ］．应用能源技术，　的数据，及时采取相应措施，以保证控制的准确性。　２００６，（１０）　大体积混凝土温度的检测要在混凝土浇灌完毕后２　［２］刘贺全．大体积混凝土温度裂缝产生的原因、防止办法及　天开始，检测时间为１个月，在前面７天，每隔２小　质量控制［Ｊ］．吉林交通科技，２００６，（３）　时测温一次，以后每隔８小时测温一次。在浇筑混　［３］尤　健．大体积混凝土施工技术措施［Ｊ］．陕西建筑，　２００６，（９）　凝土时，采用预埋温度传感片和测温仪，一般布置上　［４］乔根有．大体积混凝土裂缝成因与预防［Ｊ］．陕西建筑，　中下三个混凝土内部测温点和一个混凝土表面控制　２００６，（２１）　的测温点，从浇筑开始测温，浇筑完后根据温控指　［５］梅世江．大体积混凝土防裂施工要点浅析［Ｊ］．科技资讯．　标，及时调整保温、保湿等养护条件。　２００６，（２７）　（责任编辑：张亚英）