摘要：高層結構、核電設施及大規(guī)?；A設施建設中大體積混凝土早期溫度開裂屢見不鮮，早期溫度開裂降低的混凝土結構的承載能力，劣化了混凝土結構耐久性。本文探討了大體積混凝土溫度開裂的成因以及開裂特征，提出了優(yōu)化配合比設計、調整施工工藝及合理養(yǎng)護等控制大體積混凝土溫度開裂的措施。

　　關鍵詞：早期；溫度開裂；大體積混凝土；控制措施
　　
　　1　引言
　　
　　近年來，在高層結構、核電設施以及大規(guī)模的基礎設施建設中常常采用大體積混凝土施工。大體積混凝土早期溫度開裂屢見不鮮，已經成為困擾混凝土工程界的焦點問題。溫度裂縫降低的混凝土結構的承載能力，引發(fā)了安全隱患。同時裂縫的出現(xiàn)為水和其他有害侵蝕性介質向混凝土內部擴散提供了通道，侵蝕性介質的侵入加劇了混凝土結構中的鋼筋修飾，劣化了工程的耐久性。為了保證大體積混凝土結構具有可靠的服役性能和耐久性能，必須在施工過程中將大體積混凝土早期溫度開裂的潛在危險性降至最低。

　　本文在目前大體積混凝土施工日益增多的工程背景下，綜述了大體積混凝土早期溫度開裂的特征、原因以及控制措施。
　　
　　2　大體積混凝土早期溫度開裂的特征
　　
　　大體積混凝土溫度裂縫屬變形荷載引發(fā)裂縫，有別于外荷載引發(fā)裂縫，主要體現(xiàn)在以下兩個方面：一方面溫度裂縫的起因為水化導致內部溫升從而引發(fā)混凝土發(fā)生體積變形，在外部約束與內部約束共同作用下產生溫度應力，當溫度應力超過混凝土抗拉強度時溫度開裂發(fā)生?；炷岭m然屬于脆性材料，但早期混凝土處于粘彈狀態(tài)，在內部拉應力的作用下產生拉伸徐變，拉伸徐變在很大程度上釋放了大體積混凝土內部的溫度應力。故拉伸徐變是大體積混凝土早期溫度開裂區(qū)別于荷載產生裂縫的主要特點，在進行大體積混凝土早期內部應力計算時應充分考慮。另外一方面大體積混凝土內部早期溫度應力產生是溫度變形的作用，而內部的溫升是受膠凝材料水化反應放熱過程控制、決定，而膠凝材料水化反應是隨齡期逐漸進行的，故大體積混凝土早期內部溫度應力隨水化反應進行發(fā)展變化，應力的發(fā)展直至溫度開裂產生是一個逐漸進行的過程，故大體積混凝土的溫度應力應按分段疊加的方法來求得。而按普通外荷載計算原則，從外荷載作用，結構內力形成，直至裂縫的出現(xiàn)與擴展，似乎都是在一瞬間完成的，是某個“瞬間過程”。
　　
　　3　大體積混凝土早期溫度開裂成因分析
　　
　　3．1膠凝材料早期水化放熱

　　圖1為早期混凝土內部典型的溫度及溫度應力隨時間發(fā)展曲線，可見在澆筑后的幾個小時后混凝土內部由于溫度升高會產生壓應力作用，但由于此時混凝土彈性模量較低，故壓應力值不大。溫度峰值達到之后，混凝土內部的壓應力由于溫度不斷降低而迅速減小?；炷林饾u處于零應力狀態(tài)。處于零應力狀態(tài)時，混凝土內部的溫度往往僅比溫度峰值低幾度。隨著混凝土內部溫度進一步降低，拉應力逐漸產生，而此時混凝土已具有較高的彈性模量，同時隨著硬度和剛度的不斷提高，混凝土對于應力的釋放作用減弱，故混凝土內部拉應力發(fā)展較快導致開裂潛在可能性增加。
　　
　　溫度應力可表達成溫差、彈性模量以及混凝土熱膨脹系數(shù)的方程，而混凝土早期的熱膨脹系數(shù)往往與混凝土內部濕度狀況相關。若要對大體積混凝土早期溫度應力做出準確的評估與預測，必須研究混凝土早期熱膨脹系數(shù)及其隨時間發(fā)展變化情況。而早期混凝土屬于彈塑體，因此應用線形變形測試手段監(jiān)測其熱膨脹系數(shù)存在一定困難。對此一些混凝土學者開展的具有針對性的研究。日本學者I.Shi-masaki等人應用非接觸式高精度位移傳感器測定了混凝土早期的熱膨脹系數(shù)。其研究結果見圖2，可見混凝土早期熱膨脹系數(shù)并非定值，而是隨齡期逐漸發(fā)展變化，在澆筑后的幾個小時后，混凝土熱膨脹系數(shù)變化尤為明顯。以往的混凝土溫度應力計算中經常常將混凝土的熱膨脹系數(shù)視為定值處理，這種方法顯然與實際情況存在較大偏差。

　　同時，由于混凝土是熱的不良導體，水泥水化過程中釋放出的水化熱短時間內不容易散發(fā)。特別是大體積混凝土，當產生大量水化熱時，混凝土內外產生很大溫差，從而導致混凝土內部存在溫度梯度，溫度梯度的產生導致溫度變形梯度以及層間約束形成，從而加劇了表層混凝土內部所受拉應力作用，導致表層混凝土開裂危險性的提高。

　　3．2外界氣候條件變化

　　大體積混凝土在施工階段，內部溫度、溫度應力往往受到外界氣溫變化影響。外界氣溫愈高，混凝土的澆筑溫度也愈高；而外界溫度下降則增加混凝土的降溫幅度。特別是氣溫驟降會大大增加外層混凝土與內部混凝土的溫度梯度，對大體積混凝土是極為不利?；炷羶炔康臏囟仁撬療岬慕^熱溫度，澆注溫度和結構物的散熱降溫等各種溫度疊加，而溫度應力則是由溫差引起的溫度變形造成的；溫差愈大，溫度應力越大，當溫度應力超出了混凝主的抗拉強度時，就會出現(xiàn)溫度開裂。

　　3．3早期養(yǎng)護不良

　　早期混凝土處于凝結硬化過程，內部結構相對疏松，當表面養(yǎng)護不當時，水分很容易向干燥環(huán)境散失。水分的蒸發(fā)、散失導致表面干燥和干縮變形的產生，表層混凝土的干縮變形受到基體的約束使得內部產生拉應力。干縮變形受到約束產生的拉應力與溫度應力的疊加效果和綜合作用增加了大體積混凝土表面干裂的潛在可能性。
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　　4　控制溫度開裂措施
　　
　　通過上述分析可見大體積混凝土產生溫度裂縫的影響因素主要有膠凝材料早期水化放熱、外界氣候變化、施工及養(yǎng)護條件等，故施工中可從如下三方面考慮溫度裂縫的預防控制。

　　4．1降低膠凝材料早期水化放熱

　　減少水泥水化熱主要是通過減少水泥用量和選擇低水化熱水泥品種。具體可以通過以下幾項措施來達到目的。

　　4．1．1優(yōu)化混凝土的配合比設計

　　在保證強度的前提下，盡可能降低水泥用量，從而降低混凝土水化熱溫度升值，選料要選用粗細骨料粒徑和級配連續(xù)的、粒徑較大的粗骨料配置混凝土。

　　4．1．2摻加摻合料和外加劑

　　混凝土內適當摻加Ⅱ級以上的粉煤灰來部分取代水泥以減少水泥用量，粉煤灰取代水泥劑量百分率不得超過規(guī)范規(guī)定，同時也摻加緩凝劑與減水劑，使緩凝時間在8h以上，從而改善混凝土拌和物的流動性、粘聚性和保水性，在降低用水量和提高后期強度的同時，降低水化熱、推遲放熱峰值出現(xiàn)時間。

　　4．1．3選擇低水化熱水泥

　　采用低水化熱的粉煤灰水泥或礦渣硅酸鹽水泥，控制混凝土內部溫升。

　　4．2優(yōu)化大體積混凝土澆筑施工工藝

　　優(yōu)化澆筑工藝，采用斜面分層、薄層澆筑、連續(xù)推進的方式。分層厚度應控制在300mm～500mm之間，采用插入式振動器振搗，插點間距和振搗時間應按施工規(guī)范要求執(zhí)行。布置冷卻管，在澆筑前預先在混凝土模內按1.0m層距布設降溫冷卻水管，待每層循環(huán)水管被混凝土覆蓋后進行該層水管通水，使混凝土內部溫度降低。埋設測溫管，及時觀察和掌握混凝土內外溫差，以便采取相應的措施防止溫度裂縫。

　　4．3確保大體積混凝土早期有效養(yǎng)護

　　為確保大體積混凝土的質量，做好混凝土的保溫保濕養(yǎng)護，在混凝土上方搭蓋保溫棚，以及表面蓄水，噴灑養(yǎng)護液形成保濕膜或直接灑水養(yǎng)護等，降低混凝土內外溫差，慢降溫，發(fā)揮徐變特性，減少溫度應力。采取長時間的養(yǎng)護，規(guī)定合理的拆模時間，延緩降溫的時間和速度。
　　
　　5　結語
　　
　　5．1大體積混凝土早期溫度開裂有別于外荷載作用引發(fā)開裂，開裂過程為逐漸產生發(fā)展過程，其中伴隨著拉伸徐變對于應力的釋放作用。

　　5．2大體積混凝土早期溫度開裂主要受膠凝材料早期水化放熱、外界氣候變化、施工及養(yǎng)護條件等因素決定影響。

　　5．3大體積混凝土早期溫度膨脹系數(shù)并非定值，溫度應力計算中將混凝土的熱膨脹系數(shù)視為定值處理會使結果與實際情況存在較大偏差。

　　5．4針對大體積混凝土開裂早期開裂的成因，采取有效的防控措施可盡量減少、避免溫度裂縫產生，達到安全、經濟、有效、合理的預防效果。 　 原作者： 王雷 崔文良 
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