大体积混凝土温度裂缝的防控

李庚

摘 要：结合福平铁路平潭海峡公铁两用大桥承台施工的工程实践，介绍了大体积混凝土温度裂缝产生的原因及防控措施，为今后大体积混凝土的施工起一定的指导作用。

关键词：大体积混凝土；温度梯度；温度裂缝；防控

1 前言

随着国家铁路建设的发展，铁路桥梁大体积混凝土施工应用越来越多。大体积混凝土有着施工方便、承载力大、可装饰性强的优点，同时其混凝土方量大、水泥水化热大，使其内外温差较大，引起温度应力，从而产生裂缝，影响结构安全和正常使用。因此，如何对混凝土的温度裂缝进行防控，是大体积混凝土施工的一大难题。

2 工程概况

平潭海峡公铁两用大桥起于长乐市松下镇，经人屿岛，跨越松下港区元洪航道和鼓屿门航道，再依次通过长屿岛和小练岛、跨越大小练岛水道抵达大练岛，再跨越北东口水道上平潭岛，大桥全长约16.338km。

鼓屿门水道桥陆地低墩区引桥分布区域为CX02～CX19号墩，全长691.9m。含承台（扩大基础）18个，大体积混凝土施工量大。

3 温度裂缝产生的机理

大体积混凝土浇筑后，在硬化过程中，由于水泥水化产生大量的水化热，而混凝土体积较大，大量的水化热聚集在混凝土内部不易散发，导致浇筑后初期混凝土内部温度急剧上升，引起混凝土膨胀变形，而此时混凝土的弹性模量很小，因此，升温引起受基础约束的膨胀变形产生的压应力很小。随着温度逐渐降低，混凝土产生收缩变形，但此时混凝土弹性模量较大，降温引起受基础约束的变形会产生相当大的拉应力。当拉应力超过混凝土的抗拉强度时，就会产生温度裂缝，对混凝土结构造成不同程度的危害。同时在混凝土内部温度急剧上升期间，外部环境温度较低，内表温差过大在混凝土表面也会产生较大的拉应力而出现表面裂缝。

4 温度裂缝产生的原因

4.1 水泥水化热影响

水泥在水化过程中产生大量的热量，因而混凝土内部温度升高，混凝土越厚，水泥用量越大，内部温度越高。当混凝土内部与表面温差过大时，就会产生温度应力和温度变形。温度应力与变形成正比，温差越大，温度应力就越大，当温度应力超过混凝土内外的约束力时，就会产生裂缝。

4.2 内外约束条件的影响

大体积混凝土施工，由于混凝土内部与表面散热速率不一样，在其表面形成较大的温度梯度，从而引起较大的表面拉应力，此时混凝土的龄期很短，抗拉强度很低，温度产生的表面拉应力，超过此时混凝土的极限抗拉强度，就会在混凝土表面产生裂缝。混凝土降温阶段，由于逐渐降温而产生收缩，再加上混凝土硬化过程中，由于混凝土内部拌合水的水化以及胶质体的胶凝等作用，促使混凝土硬化时收缩，又由于受到基底和结构本身的约束，从而出现收缩裂缝。

4.3 外界气温变化的影响

大体积混凝土在施工阶段，常受外界气温的影响。混凝土内部温度是由水泥水化热引起的绝热温度、浇筑温度和散热温度三者的叠加。当气温下降，会大大增加外层混凝土与内部混凝土的温度梯度，产生温差与温度应力，使混凝土产生裂缝。

5 大体积混凝土温度裂缝的防控措施

5.1 合理选择原材料，优化混凝土配合比

为降低混凝土的水化热，提高混凝土性能，控制混凝土温度裂缝的产生，需严格控制混凝土原材料的选用，并优化混凝土配合比，尽量降低水泥用量，控制水化热温升。

（1）采用水化热较低的矿渣硅酸盐水泥，降低混凝土凝结过程中产生的水化热。

（2）采用5-20mm级配良好的碎石，严格控制针状、片状含量，含泥量不大于1%。

（3）采用优质中砂，细度模数应符合要求，含泥量不大于2.5%。

（4）在混凝土中摻用高效减水剂，延长混凝土初凝时间，满足混凝土设计强度，延缓水泥水化热峰值出现的时间。

（5）在混凝土配合比中合理掺用粉煤灰、磨细矿渣粉等矿物掺合料代替部分水泥，尽可能降低水泥用量和水化热。

（6）通过大量试验，筛选减水率高、性能优良的外加剂以最大限度的降低水泥用量，同时合理选择配合比参数，使混凝土工作性能优良，便于施工。混凝土应具有良好的粘聚性，不离析。混凝土最大胶材用量不宜大于450Kg/m3，坍落度宜为180-220mm，每2小时坍落度损失不得超过2cm。

5.2 降低混凝土的入模温度

混凝土尽量在夜间浇筑，避开高温天气施工；砂石料仓尽量堆高并采取遮阳措施，当气温过高时，宜采用加冰屑或冷水搅拌，并尽量缩短混凝土运输时间和曝晒时间；混凝土泵管外用草袋遮阳，并经常洒水降温。

5.3 浇筑过程中的控制

混凝土应分层分段浇筑，减小浇筑层的厚度，增加混凝土的散热面积，从而降低施工期间的温度应力，以减小产生裂缝的可能性，控制混凝土的浇筑速率，严格控制混凝土的振捣频次和范围。浇筑方案除应满足每处混凝土初凝前就被上一层混凝土覆盖并振捣完毕外，还应考虑结构大小、钢筋疏密、预埋管道、混凝土供应情况以及水化热等因素的影响，采用水平分层、斜向分段的浇筑原则。

混凝土从浇筑层下端开始，逐渐上移，斜面坡度不大于1/3，水平分层厚度控制在30cm以内，延长浇筑时间，使混凝土部分热量充分散发到空气中。采用两次振捣技术，提高混凝土的密实性，改善混凝土强度，从而提高混凝土的抗裂性。

5.4 预埋冷却水管

冷却循环系统布置方法：冷却管采用钢管，冷却循环系统布置方法根据计算确定。在绑扎钢筋的同时，进行冷却水管的安装，冷却管要做到密封、不漏浆，并在指定部位设置测温装置。同时外部接进出水总管、总泵。为了准确测量、监控混凝土内部的温度，指导混凝土的养护，确保大体积混凝土的施工质量，在构件内合理布设测温控或温度测量元件。在承台混凝土养护期间测定混凝土表面和内部温度，通过调节冷却水流量和流速来调整混凝土内部温度。承台冷却水管布置见图一：

每层冷却水管均在混凝土浇筑至水管标高后，根据温升情况开始通水，通水流量根据温控计算结果确定，确保水流降温效果。施工时要做好进出水温的测量记录，以便调整控温措施。

5.5 混凝土的养护

混凝土在养护过程中，应采用降温法和保温法及时对温度进行控制。

混凝土在浇筑完成后，如出现气温降低，内表温差过大，易产生温度应力，从而导致裂缝。所以混凝土浇筑完成后，应在规定时间内采用土工布对表面进行覆盖保温、保湿，并定期洒水，保持内部有凝结水。同时也需通过循环的冷却水对混凝土芯部进行降温，降低混凝土芯部与表面的温差。冷却水的温度应适当，冷却水与混凝土的温差过大会在水管旁的混凝土中引起拉应力，甚至也可能导致裂缝的产生，因此混凝土与冷却水的温差应控制在22℃以内。同时还应注意防止“过速冷却”，过速冷却不仅会使混凝土温度梯度过大，还会影响水泥—胶体体系的水化程度和早期强度，更易产生早期热裂缝。

5.6 温度测量监控

加强混凝土温度的测量监控，针对混凝土浇筑完成后的温度变化，及时采取相应措施，防止裂缝的出现。

混凝土浇筑完成后，应立即对混凝土温度进行测试，达到峰值前每2h监测一次，达到峰值后每4h监测一次，持续5天后，转入每天测2次，直到温度变化基本稳定。期间应控制混凝土芯部与表面温差以及混凝土表面与大气温差小于25℃。根据监测的温度资料，及时调整冷却水流量，控制进水温度和出水温度温差在10℃左右，若加大水流量后仍超过10℃，则应间隔调整入水、出水方向。同時应控制降温速率，使混凝土芯部温度应力得以及时释放，承台中心混凝土降温速率宜控制在2℃-3℃/天，对减少温度裂缝具有重要意义。

6 结束语

大体积混凝土是如今最常见的大型混凝土结构，温度裂缝对其结构的危害也越来越明显，如何控制温度裂缝的产生是非常必要的。本文通过对温度裂缝产生的机理和原因，分析相应的防控措施，对减少大体积混凝土的温度裂缝有很大作用。现场施工应根据实际情况，因地制宜，选择合理的防控措施，才能有效防治温度裂缝的产生。

参考文献

[1]《铁路混凝土工程施工质量验收标准》（TB10424 -2010）

[2]《大体积混凝土施工规范》（GB50496-2009）

[3]《新建福州至平潭铁路（平潭海峡公铁两用大桥）施工图 第二册 通航孔桥 第四分册 鼓屿门水道桥下部结构》