淺談大體積混凝土溫度裂縫的產生及預防措施

    行業科技

    作者：馬林科

    大體積混凝土在現代工程建設中占有重要的地位，特別是工業建築工程中應用十分廣泛，如火力發電廠的汽機基礎，就是一個大型的大體積混凝土特例。大體積混凝土施工的工藝要求很高，在施工過程中，如何控製大體積混凝土的溫度裂縫就是施工工藝的關鍵點，也是大體積混凝土施工的難點。盡管在施工中采取各種措施，小心謹慎，但裂縫仍時有出現。混凝土中裂縫的出現嚴重影響到混凝土結構的整體性和耐久性。從而影響到混凝土結構的使用功能及安全性能。因此在大體積混凝土施工過程中，溫度應力及溫度的控製十分重要。

    一、溫度裂縫產生的原因分析

    混凝土裂縫產生的原因有很多種，一是由外荷載引起的，這是發生最為普遍的一種情況，二是結構次應力引起的裂縫，這是由於結構的實際工作狀態與計算假設模型的差異引起的；三是變形應力引起的裂縫，這是由溫度、收縮、膨脹、不均勻沉降等因素引起結構變形，當變形受到約束時便產生應力，當此應力超過混凝土抗拉強度時就產生裂縫。

    建築工程中的大體積混凝土結構中，由於結構截麵大，水泥用量多，水泥水化所釋放的水化熱會產生較大的溫度變化和收縮作用，由此形成的溫度收縮應力是導致大體積混凝土產生裂縫的主要原因。表麵裂縫是由於混凝土表麵和內部的散熱條件不同，溫度外低內高，形成了溫度梯度，使混凝土內部產生壓應力，表麵產生拉應力，表麵拉應力超過混凝土抗拉強度而引起的；通裂縫是由於大體積混凝土在強度發展到一定程度，混凝土逐漸降溫，這個降溫差引起的變形加上混凝土失水引起的體積收縮變形，受到地基和其他結構邊界條件的約束時引起的拉應力，超過混凝土抗拉強度時所可能產生的貫通整個截麵的裂縫。這兩種裂縫不同程度上，都屬有害裂縫。因此，掌握溫度應力的變化規律及溫度控製對於進行大體積混凝土施工極為重要。

    二、溫度應力的分析

    （一）溫度應力的形成過程

    溫度應力的形成可分為以下三個階段。

    早期：自澆築混凝土開始至水泥放熱基本結束，一般約30天。這個階段有兩個特征，一是水泥放出大量水化熱，二是混凝土彈性模量的急劇變化。由於彈性模量的變化，這一時期在混凝土內形成殘餘應力。

    中期：自水泥放熱作用基本結束時起至混凝土冷卻到穩定溫度時止，這個時期中，溫度應力主要是由於混凝土的冷卻及外界氣溫變化所引起，這些應力與早期形成的殘餘應力相疊加，在此期間混凝土的彈性模量變化不大。

    晚期：混凝土完全冷卻以後的服役時期。溫度應力主要是外界氣溫變化所引起，這些應力與前兩種的殘餘應力相疊加。

    （二）溫度應力引起的原因

    對於邊界上沒有任何約束或完全靜止的結構，如果內部溫度是非線性分布的，由於結構本身互相約束而出現的溫度應力。因為大體積混凝土結構尺寸相對較大，混凝土冷卻時表麵溫度低，內部溫度高，在表麵出現拉應力，在中間過程出現壓應力，這種應力成為自身應力。

    結構的全部或部分邊界受到外界的約束，不能自由變形而引起的應力，此時的應力稱為約束應力。

    這兩種溫度應力往往和混凝土的幹縮所引起的應力共同作用。溫度應力的分布及大小是比較複雜的，在大多數情況下，需要依靠模型試驗或數值計算。混凝土的徐變使溫度應力有相當大的鬆弛，所以分析計算溫度應力時，還必須考慮徐變的影響。

    三、溫度裂縫控製措施

    為了有效地控製有害裂縫的出現和發展，必須從控製混凝土的水化升溫、延緩降溫速率、減小混凝土收縮、提高混凝土的極限拉伸強度、改善約束條件等方麵全麵考慮，結合實際采取相應措施。

    （一）降低水泥水化熱和變形

    1、選用低水化熱的水泥品種配製混凝土，如礦渣矽酸鹽水泥、火山灰質矽酸鹽水泥、粉煤灰水泥、複合水泥等。