大体积混凝土温控和防裂技术.docx

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大体积混凝土温控和防裂技术

安徽建筑工业学院继续教育

毕业论文

课题名称

浅谈大体积混凝土温控和防裂技术

专业

建筑工程技术

姓名

陈冲

学号

2010140130186

指导教师签字

年

月

日

浅谈大体积混凝土温控和防裂技术

摘要：

由于温度效应（主要有温度应力和温度变形）引起的裂缝并造成危害等现象在混凝土结构物中广泛存在，本文在分析温控的目的及内容和混凝土出现裂缝的判断依据基础上，重点分析了控制温度应力、防止裂缝的技术措施。

另外分析了原材料的控制，如何进行防止裂缝的出现。

提出了永久保温可有效降低外界温度变化对大体积混凝土温度的影响，对裂缝的产生进行有效控制，防止表面裂缝出现。

关键词：

大体积混凝土温度控制防裂技术原材料控制

1、前言………………………………………………………………………………1

2、大体积混凝土裂缝形成的原因…………………………………………………1

2.1、温度应力引起的裂缝…………………………………………………………2

3、温度控制的任务…………………………………………………………………3

4、大体积混凝土温度控制的标准…………………………………………………3

5、大体积混凝土温度控制的措施…………………………………………………4

5.1、减少混凝土的发热量…………………………………………………………4

5.2、降低混凝土的入仓温度………………………………………………………7

5.2.1、采用加冰或加冰水拌合……………………………………………………5

5.2.2、对骨料进行遇冷……………………………………………………………5

5.2.3、水冷…………………………………………………………………………5

5.2.4、风冷…………………………………………………………………………5

5.2.5、真空气化冷却………………………………………………………………6

5.3、加速混凝土散热………………………………………………………………6

5.3.1、自然散热冷却降温…………………………………………………………6

5.3.2、在混凝土内预埋水管通水冷却……………………………………………6

6、优选材料…………………………………………………………………………7

6.1、水泥……………………………………………………………………………7

6.2、参加粉煤灰……………………………………………………………………7

6.3、骨料……………………………………………………………………………8

6.31、粗骨料…………………………………………………………………………8

6.3.2、细骨料………………………………………………………………………8

6.4、加入外加剂……………………………………………………………………8

6.4.1、减水剂对混凝土开裂的影响………………………………………………9

6.4.2、缓凝剂对混凝土开裂的影响………………………………………………9

6.4.3、引气剂对混凝土开裂的影响………………………………………………9

7、结语………………………………………………………………………………9

参考文献……………………………………………………………………………9

浅谈大体积混凝土温控和防裂

1、前言

近年来，随着国民经济和建筑技术的发展，建筑规模不断扩大，大型现代化技术设施或构筑物不断增多，而混凝土结构以其材料廉价物美、施工方便、承载力大、可装饰强的特点，日益受到人们的欢迎，于是大体积混凝土逐渐成为构成大型设施或构筑物主体的重要组成部分。

所谓大体积混凝土，一般理解为尺寸较大的混凝土，美国混凝土学会给出了大体积混凝土的定义：

任何现浇混凝土，其尺寸达到必须解决水化热及随之引起的体积变形问题，以最大限度的减少开裂影响的，即称为大体积混凝土。

这就提出了大体积混凝土开裂的问题，开裂问题是在工程建设中带有一定普遍性的技术问题，裂缝一旦形成，特别是基础贯穿裂缝出现在重要的结构部位，危害极大，它会降低结构的耐久性，削弱构件的承载力，同时会可能危害到建筑物的安全使用。

所以如何采取有效措施防止大体积混凝土的开裂，是一个值得关注的问题。

本人在宿州市县医院病房医技综合楼工程学习、实习当中遇到了大体积混凝土浇筑的的难题，经过查询资料，本人总结出以下需预防事项。

2、大体积混凝土裂缝形成的原因

混凝土在凝固过程中，由于水泥水化，释放大量水化热，使混凝土内部温度逐步上升。

对尺寸小的结构，由于散热快，温升不高，不致引起严重后果；但对于大体积混凝土，最小尺寸也常在以上，而混凝土导热性能随热传导距离呈线性衰减，大部分水化热将积蓄在浇筑块内，使块内温度升高。

由于内外温差的存在，随着时间的推移，内部温度逐渐下降而趋于稳定，与多年平均气温接近。

大体积混凝土的温度变化过程，可分为三个阶段，即温升期、冷却期（或降温期）和稳定期。

显然，混凝土内的最高温度等于混凝土浇筑入仓温度与水化热温升值之和。

由到是温升期，由到稳定温度是降温期，之后混凝土体内温度围绕稳定温度随外界气温略有起伏。

与之差称混凝土体的最大温差。

很明显，要明确，须先根据水泥品种和用量，确定水泥水化热引起的温升，同时还须确定混凝土的入仓温度。

2.1、温度应力引起的裂缝（温度裂缝）

大体积混凝土的温度变化必然引起温度变形，温度变形若受到约束，势必产生温度应力。

由于混凝土的抗压强度远高于抗拉强度，在温度压应力作用下不致破坏的混凝土，当受到温度拉应力作用时，常因抗拉强度不足而产生裂缝。

随着约束情况的不同，大体积混凝土温度裂缝有表面裂缝、贯穿裂缝和深层裂缝。

表面裂缝：

混凝土浇筑后，其内部由于水化热温升，体积膨胀，如遇寒潮，气温骤降，表层降温收缩。

内涨外缩，在混凝土内部产生压应力，表层产生拉应力。

各点温度应力的大小，取决于该点温度梯度的大小。

在混凝土内处于内外温度平均值的点应力为零，高于平均值的点承受压应力，低于平均值的点为拉应力。

混凝土的抗拉强度远小于抗压强度。

当表层温度拉应力超过混凝土的允许抗拉强度时，将产生裂缝，形成表面裂缝。

这种裂缝多发生在浇筑块侧壁，方向不定，数量较多。

由于初浇的混凝土塑性大，弹模小，限制了拉应力的增长，故这种裂缝短而浅，随着混凝土内部温度下降，外部气温升，有重新闭合的可能。

贯穿裂缝和深层裂缝：

变形和约束是产生应力的两个必要条件。

由温度变化引起温度变形是普遍存在的，有无温度应力关键在于有无约束。

人们不仅把基岩视为刚性基础，也把已凝固、弹模较大的下部老混凝土视为刚性基础。

这种基础对新浇不久的混凝土产生温度变形所施加的约束作用，称为基础约束。

这种约束在混凝土升温膨胀期引起压应力，在降温收缩时引起拉应力。

当此拉应力超过混凝土的允许抗拉强度时，就会产生裂缝，称为基础约束裂缝。

由于这种裂缝自基础面向上开展，严重时可能贯穿整个坝段，故又称为贯穿裂缝。

此种裂缝切割的深度可达以上，故又称为深层裂缝。

裂缝的宽度可达，且多垂直基面向上延伸，既可能平行纵缝贯穿，也可能沿流向贯穿。

新浇筑的浇筑块其内温呈均匀分布，温度为，由于基础对塑性混凝土的变形无约束，故无应力发生，由于温升过程时间不长，可将浇筑块温升视为绝热温升，其内温均匀上升至，温度发生了的变化，记为，相应的温度应变为。

由于升温过程浇筑块尚处于塑性状态，变形自由，故无温度应力发生。

事实上只有降温结硬的混凝土在接近基础面部分才受到刚性基础的双向约束，难以变形。

冷却收缩时浇筑块对基础产生挤压，基础对混凝土则产生大小相等、方向相反的拉应力，当此拉应力大于混凝土的抗拉强度，则将引起贯穿裂缝。

温度变化引起变形为基础的约束力产生的变形所抵消，表现为紧贴基础部位无变形发生。

3、温度控制的任务

综上可见，大体积混凝土紧靠基础产生的贯穿裂缝，无论对整体受力还是防渗效果的影响比之浅层表面裂缝的危害都大得多。

表面裂缝虽然可能成长为深层裂缝的诱发因素，对坝的抗风化能力和耐久性有一定影响，但毕竟其深度浅，长度短，一般不形成危害本身安全的决定因素。

大体积混凝土温度控制的首要任务是通过控制混凝土的拌和温度来控制混凝土的入仓温度；通过一期冷却降低混凝土内部的水化热温升，从而降低混凝土内部的最高温升，使温差降低到允许范围。

其次，大体积混凝土温控的另一任务是通过二期冷却，使本身温度从最高温度降到接近稳定温度，以便在达到灌浆温度后及时进行纵缝灌浆。

众所周知，为了施工方便和温控散热要求坝体所设的纵缝，在混凝土完成浇筑时应通过接缝灌浆使之结合成为整体，方能蓄水安全运行。

若坝体内部的温度未达到稳定温度就进行灌浆，灌浆后混凝土温度进一步下降，又会将胶结的缝重新拉开。

因此将混凝土温度迅速降低到接近稳定温度的灌浆温度是接缝灌浆和坝体蓄水受益的重要前提。

需要采取人工冷却降低坝体混凝土温度的另一个重要原因，是由于大体积混凝土的散热条件差，单靠自然冷却使混凝土内部温度降低到稳定温度需要的时间太长，少则十几年，多则几十年、上百年，从工程及时受益的要求来看，也必须采取人工冷却措施。

4、大体积混凝土温度控制的标准

温度控制标准实质上就是将大体积混凝土内部和基础之间的温差控制在基础约束应力小于混凝土允许抗拉强度以内

应当指出：

在确定大体积混凝土温度控制标准时，须把理论分析同已建工程的经验紧密结合起来。

温度控制的理论分析，忽略了不少实际因素，诸如混凝土材料的非均质性，浇筑块各向温度变化的非均匀性，骨料的性质和类型，岩基面的起伏程度和基岩的吸热作用等。

基础温差的控制标准可根据现行设计标准，并结合工程的实际情况确定。

实践证明，控制混凝土的极限拉伸值，对于防止大体积混凝土产生裂缝具有同等重要的意义。

设计部门对施工单位提出基础温差控制标准的同时，也提出混凝土允许的极限拉伸值的限制。

和表相对应的允许极限拉伸值，对混凝土为，对混凝土为，且离差系数宜小于。

此外，考虑到下层降温冷却结硬的老混凝土对上层新浇混凝土的约束作用，通常需要对上下层混凝土的温差进行控制，要求上下层块体的间歇时间来实现。

过长的间歇时间是使上下层块体温差超标的重要原因之一。

5、大体积混凝土温度控制的措施

温度控制的具体措施常从混凝土的减热和散热两方面着手。

所谓减热就是减少混凝土内部的发热量，如降低混凝土的拌和出机温度，以降低入仓浇筑温度；减少混凝土的水化热温升，以降低混凝土可能到达的最高温度。

所谓散热就是采用各种散热措施，如增加混凝土的散热面，在混凝土温升期采取人工冷却降低其最高温升，当到达最高温度后，采取人工冷却措施，缩短降温冷却期，将混凝土块内的温度尽快地降到灌浆温度，以便进行接缝灌浆。

5.1、减少混凝土的发热量

减少每立方米混凝土的水泥用量，其主要措施有：

5.1.1、根据实际情况对浇筑区域的应力场对混凝土的浇筑进行分区，对于不同分区采用不同标号的混凝土。

5.1.2、采用低流态或无塌落度干硬性贫混凝土。

5.13、改善骨料级配，增大骨料粒径，对少筋混凝土可埋放大石块，以减少每立方米混凝土的水泥用量。

5.1.4、大量掺粉煤灰，掺和料的用量可达水泥用量的

5.1.5、采用高效外加减水剂不仅能节约水泥用量约，使28d龄期混凝土的发热量减少，且能提高混凝土早期强度和极限拉伸值。

常用的减水剂有落木素、糖蜜、MF复合剂等。

5.1.6、采用低发热量的水泥：

过去采用的低热硅酸盐水泥，因早期强度低，成本高，已逐步被淘汰。

当前多用中热水泥。

近年已开始生产低热微膨胀水泥，它不仅水化热低，且有微膨胀作用，对降温收缩还可以起到补偿作用，减小收缩引起的拉应力，有利于防止裂缝的发生。

吉林水电站，因采用低热水泥，起到防止裂缝发生的显著作用。

5.2、降低混凝土的入仓温度

合理安排浇筑时间：

在施工组织上安排春、秋季多浇，夏季早晚浇，正午不浇，这是最经济有效降低入仓温度的措施。

5.2.1采用加冰或加冰水拌和

混凝土拌和时，将部分拌和水改为冰屑，利用冰的低温和冰融解时，吸收潜热的作用，这样，最大限度可将混凝土温度降低约。

规范规定加冰量不大于拌合用水量的。

加冰拌和，冰与拌和材料直接作用，冷量利用率高，降温效果显著。

但加冰越多，拌和时间有所增长，相应会影响生产能力。

若采用冰水拌和或地下低温水拌和，则可避免这一弊端。

5.2.2对骨料进行预冷

当加冰拌和不能满足要求时，通常采取骨料预冷的办法。

骨料预冷的方法有以下几种：

5.2.3水冷

使粗骨料浸入物质循环水中30~45min，或在通入拌和楼料仓的皮带机廊道、地弄或隧洞中装设喷洒冷却水的水管。

喷洒冷却水皮带段的长度，由降温要求和皮带机运行速度而定。

5.2.4风冷

可在拌和楼料仓下部通入冷气，冷风经粗骨料的空隙，由风管返回制冷厂再冷。

细骨料砂难以采用冰冷，若用风冷，又由于砂的空隙小，效果不显著，故只有采用专门的风冷装置吹冷。

5.2.5真空气化冷却

得用真空气化吸热原理，将放入密闭窗口的骨料，利用真空装置抽气并保持真空状态约半小时，使骨料气化降温冷却。

以上预冷措施，需要设备多，费用高。

不具备预冷设备的工地，宜采用一些简易的预冷措施，例如在浇筑仓面上搭凉棚，料堆顶目搭凉棚，限制堆料高度，由底层经地垅取低温料，腹胀地下水拌和，资方地区尚可利用冰窖储冰，以备夏季混凝土拌和使用行。

5.3、加速混凝土散热

5.3.1采用自然散热冷却降温

采用低块薄层浇筑可增加散热面，差适当延长散热时间，即适当增长间歇时间。

在高温季节已采用预冷措施时，刚应采用厚块浇筑，缩短间歇时间，防止因气温过高而热量倒流，以保持预冷效果。

5.3.2在混凝土内预埋水管通水冷却

在混凝土内预埋蛇形冷却水管，通循环冷水进行降温冷却水管通常采用直径20~25mm的薄刚管或薄铝管，每盘管长约200mm。

为了节约金属材料，可用塑料软管充气埋入混凝土内，待混凝土初凝后再放气拔出，清洗后以备重复利用，冷却水管布置，平面上呈蛇形，断面上呈梅花形、如图5—72所示，也可布置成棋盘形。

蛇形管弯头由硬质材料制作，当塑料软管放气拔出后，弯头仍留于混凝土内。

一期通水冷却目的在于削减温升高峰，减小最大温差，防止贯穿裂缝发生。

一期通水冷却通常在混凝土浇后几小时便开始，持续十天半月，达到预定降温值方停止。

二期通水冷却可以充分利用一期冷却系统。

二期冷却时间的长短，一方面取决于实际最大温差，又受到降温速率不应大于1.5Ｃ/d的影响,且与通水流量大小、冷却水温高低密切相关。

通常二期冷却应保证至少有10~15C的温降，使接缝张开度有0.5mm，以满足接缝灌浆对灌缝宽度的要求。

冷却水量尽可能利用低温地下水和库内低温水，只有当采用天然水不符要求时，才辅以人工冷却水。

通水冷却应自下而上分区进行了，通水方向可以一昼夜调换一次，以使混凝土均匀降温。

6、优选原材料

6.1、水泥

由于温差主要是由水化热产生的，所以为了减小温差就要尽量降低水化热，为了降低水化热，要尽量采取早期水化热低的水泥，由于水泥的水化热是矿物成分与细度的函数，要降低水泥的水化热，主要是选择适宜的矿物组成和调整水泥的细度模数，硅酸盐水泥的矿物组成主要有：

C3S、C2S、C3A和C4AF，试验表明：

水泥中铝酸三钙（C3A）和硅酸三钙（C3S）含量高的，水化热较高，所以，为了减少水泥的水化热，必须降低熟料中C3A和 C3S的含量。

在施工中一般采用中热硅酸盐水泥和低热矿渣水泥。

另外，在不影响水泥活性的情况下，要尽量使水泥的细度适当减小，因为水泥的细度会影响水化热的放热速率，试验表明比表面积每增加100cm2/g，1d的水化热增加17J/g～21 J/g，7d和20d均增加4 J/g～12 J/g。

6.2、掺加粉煤灰

为了减少水泥用量，降低水化热并提高和易性，我们可以把部分水泥用粉煤灰代替，掺入粉煤灰主要有以下作用：

①由于粉煤灰中含有大量的硅、铝氧化物，其中二氧化硅含量40%～60%，三氧化二铝含量17%～35%，这些硅铝氧化物能够与水泥的水化产物进行二次反应，是其活性的来源，可以取代部分水泥，从而减少水泥用量，降低混凝土的热胀；②由于粉煤灰颗粒较细，能够参加二次反应的界面相应增加，在混凝土中分散更加均匀；③同时，粉煤灰的火山灰反应进一步改善了混凝土内部的孔结构，使混凝土中总的孔隙率降低，孔结构进一步的细化，分布更加合理，使硬化后的混凝土更加致密，相应收缩值也减少。

值得一提的是：

由于粉煤灰的比重较水泥小，混凝土振捣时比重小的粉煤灰容易浮在混凝土的表面，使上部混凝土中的掺合料较多，强度较低，表面容易产生塑性收缩裂缝。

因此，粉煤灰的掺量不宜过多，在工程中我们应根据具体情况确定粉煤灰的掺量。

6.3、骨料

6.3.1、粗骨料

尽量扩大粗骨料的粒径，因为粗骨料粒径越大，级配越好，孔隙率越小，总表面积越小，每立方米的用水泥砂浆量和水泥用量就越小，水化热就随之降低，对防止裂缝的产生有利。

6.3.2、细骨料

宜采用级配良好的中砂和中粗砂，最好用中粗砂，因为其孔隙率小，总表面积小，这样混凝土的用水量和水泥用量就可以减少，水化热就低，裂缝就减少，另一方面，要控制砂子的含泥量，含泥量越大，收缩变形就越大，裂缝就越严重，因此细骨料尽量用干净的中粗沙。

6.4、加入外加剂

加入外加剂后能减小混凝土收缩开裂的机会，外加剂对混凝土收缩开裂性能有以下影响：

6.4.1、减水剂对混凝土开裂的影响

减水剂的主要作用改善混凝土的和易性，降低水灰比，提高混凝土强度或在保持混凝土一定强度时减少水泥用量，而水灰比的降低，水泥用量的减少对防止开裂是十分有利的。

6.4.2、缓凝剂对混凝土开裂的影响

缓凝剂的作用一是延缓混凝土放热峰值出现的时间，由于混凝土的强度会随龄期的增长而增大，所以等放热峰值出现时，混凝土强度也增大了，从而减小裂缝出现的机率，二是改善和易性，减少运输过程中的塌落度损失。

6.4.3、引气剂对混凝土开裂的影响

引气剂在混凝土的应用对改善混凝土的和易性、可泵性、提高混凝土耐久性能十分有利。

在一定程度上增大混凝土的抗裂性能。

在这里值得注意的是：

外加剂不能掺量过大，否则会产生负面影响，在GB8076～1977中规定，掺有外加剂的混凝土，28d的收缩比不得大于135%，即掺有外加剂的混凝土收缩比基准混凝土的收缩不得大于35%。

7、结语

在大体积混凝土结构内一旦出现裂缝，要通过修补以恢复结构的整体性实际上是很困难的。

因此，对于大体积混凝土结构的裂缝，应以预防为主。

本文主要针对温度裂缝问题以及温控防裂问题进行阐述。

论述了永久保温对混凝土防裂的影响。

永久保温可有效降低外界温度变化对混凝土温度的影响；大大减小混凝土表面拉应力，有效控制了表面裂缝的出现，对大体积混凝土的结构安全提供保证。

参考文献：

[1] 龚召熊：

水工混凝土的温控与防裂. 北京：

中国水利水电出版社，1999

[2] 戴镇潮：

大体积混凝土的防裂. 混凝土，2001

[3] 覃维祖：

混凝土的收缩、开裂及其评价与防治.混凝土，2001

[4] 迟陪云：

大体积混凝土开裂的起因及防裂措施.混凝土，2001

[5] 康方中：

浅谈现浇商品混凝土楼板变形裂缝的成因和防治.混凝土，2003

[6] 段峥：

现浇大体积混凝土裂缝的成因与防治.混凝土，2003

[7] 尤启俊：

外加剂对混凝土收缩抗裂性能的影响.混凝土,2004