摘要：大体积混凝土在不适宜的条件下会产生裂缝，这些裂缝会给混凝土的强度带来极具危害性的破坏。经过若干年的的研究人们已经找到了很多种控制裂缝的方法，各种方法都有着程度不同的效果，但是对于高寒高海拔地区的裂缝控制方法的研究却比较匮乏。基于此，本文根据实际的工程案例对于高寒高海拔地区大体积混凝土的裂缝控制做了简单的探讨，以供相关人员的参考。
关键词：大体积混凝土；配合比；高寒高海拔地区；裂缝防治
1 工程概况
香格里拉月光城隧道工程。属于城市主干道路，该道路起点XK0+000终点XK1+141.755，总长1141.755m，XK0+068-XK1+075段为隧道部分。在隧道出口XK0+969处设置雨水泵房一座。场地南侧为下穿隧道入口，北侧为下穿隧道出口，入口与出口底标高相差约 11.5m，隧道底板由南向北呈 1.32%的坡度上升（隧道出入口坡度分别为 5.0%和 4.9%）；场地现状地形为南低北高，高差约 12.0m；如图1所示，在进行施工的时候需要使用大体积混凝土浇筑技术。
图1
2 冬期大体积混凝土施工重难点
香格里拉地区气候寒冷，每年十一月中旬开始，夜间温度持续下降，夜晚温度基本在-5℃至-10℃之间，白天在日照情况下气温基本回升在5℃-13℃之间。未来能够很好的预防会泥土在前期就被冻坏出现质量事故，以及防止大体积混凝土出现裂缝，在控制好原材料质量的同时，必须保证严格施工，及时、正确养护。在浇筑完底板、侧墙、顶板之后都必须安排专人按照专项方案内容进行及时养护。
3 大体积混泥土裂缝产生原因分析
大体积混凝土造成的裂缝主要是由于混凝土形变引发的水化热、温差、混凝土收缩等因素有关。现做如下介绍：1）水化热约束大体积混凝土之后，水泥起造成大量水化冷。因为混凝土表面的散热，混凝土中心温度传送到表面。因为温度的差异，混凝土的上下形变不皆匀。边缘混凝土形变不皆匀，造成温度应力。不一样的约束条件造成不一样的温度应力。如果混凝土拉应力不能忍受温度应力时，结构便会脱落。2）温差受限施工的时候，外界温度飙升也会造成混凝土脱落。温度上升愈多，上下温差愈大，温度应力愈大。因为温差大，外部混凝土和中心混凝土的变形差变大，形变越大，结构的形变应力变大。如果形变大于结构的抗拉强度时，便会造成裂纹。3）混凝土收缩限制因为混凝土综合性能的特殊要求，具体搅拌用水量远大于水泥水化用水量，不必要的水分被蒸发掉。水的蒸发使混凝土收缩。如果收缩受刺激时，便会造成收缩应力。如果收缩形变大于混凝土当时的抗拉强度时，便会造成裂缝。所以，混凝土收缩也是造成裂缝的一个关键原因。
4 大体积混凝土裂缝防治措施
4.1做好配合比试验
本次试验采用控制变量法，以仰拱和仰拱填充部位为试验对象，分别设置3 组不同的配合比，在集料相同、温度及湿度不同的条件下进行两次试验，以确定施工配合比。设定水泥、粉煤灰、减水剂的比例不变，且因为集料和环境温度的细微差别对于水化热和混凝土的抗压强度没有特别显著的影响故可以忽略，水灰比为唯一变量。
4.1.1试验过程
试验过程选用水泥 P. O 42. 5，试件尺寸为 150 × 150 ×150mm3，混凝土种类为普通混凝土。样品拌和均匀，无离析，无泌水。主要仪器为：单卧轴混凝土搅拌机（GL010511300030002）、容积升（GL01WX013 －5L）、数字式压力试验机（GL01130003、坍落度筒（GL0）。依据不同的配合比拌和混凝土制成规格相同的的混凝土方体并对其 7d 和 28d 龄期的抗压强度进行测量。
4.1.2试验结果
配合比会通过水灰比的方式来影响水化热和混凝土的抗压强度，从而影响混凝土的裂缝的防治。通过配合比来控制裂缝产生是可以实现的。而水灰比的增加会使得混凝土的抗压强度产生下降，即水泥的用量减小会使混凝土的强度下降。因此，（1）水泥的用量不能小于一定的范围，混凝土的抗压强度大于设计强度时就不会因强度不足而导致裂缝。（2）水泥的用量不能过小，但是又因为水泥的用量增加会使混凝土产生大量的水化热，使混凝土内外温差不易控制，所以水泥的用量并非越多越好。（3）基准组的配合比一方面既满足抗压强度的要求，另一方面又满足对于水化热控制的要求，综合经济效益及以上因素我们选取基准组的配合比为最佳配合比。
4.2做好温度监测试验
大体积混凝土在浇筑过程中，由于水泥会产生水化热混凝土内外产生温差，温差产生的应力会使混凝土内部产生裂缝。为了探究混凝土温度差的变化以及给裂缝的防治提供数据支持，我们需要对仰拱填充部位的混凝土进行温度监测。本工程温度测点位于浇筑层厚表面下5cm 处、混凝土中心处，并同时检测大气温度、混凝土浇筑温度。
4.1混凝土内部实际最高温升值计算
如果在构筑物的周围没有任何能够进行散热以及热损失条件，在这种状况些水泥水化热全部转化成温升后的数值，则混凝土的水化热绝对升温值按下式计算：
Tt=
由上式可知，混凝土最高水化热绝热温度为：
Tmax=
式中：mc－－每立方混凝土的水泥用量（kg/ m³），取400 kg/ m³
Q－－每千克水泥累计水化热（J/kg），取370kJ/kg。
C－－混凝土比热在0.84-1.05之间，一般取0.96 kJ/（kg·K）；
ρ－－混凝土的质量密度，取2405 ㎏/m³；
t－－混凝土龄期（d）；
Tmax－－混凝土最大水化热升温值，即最终温升值
由上可知，混凝土的最高水化热绝热温度：
Tmax=
=
=64.1℃，
当混凝土内部与表面温差达到20-25℃时，混凝土达到极限抗拉强度；混凝土内部与表面温差超过20-25℃时，会造成混凝土内部微观裂缝，影响混凝土结构性能。为保证混凝土的质量，大体积混凝土进行温度监控，并采取保温防护措施。
4.2混凝土温度控制计算
根据上面的计算结果，如果大体积混凝土内部和外部的温差超过了20℃，在这个时候进行养护要采取一定的保温措施。
本工程混凝土保温采用在表面先覆盖一层塑料薄膜，厚度约为0.4mm，则表面的保温材料的厚度为：
δi=
式中 δi――保温材料所需厚度
h――结构厚度（m）
λi――保温材料的导热系数（W/m·K），塑料薄膜0.03-0.05，取0.04
λ――混凝土的导热系数（W/m·K），查表取2.3
Tmax――混凝土的中心最高温度
Tb――混凝土表面温度，取35℃
Ta――混凝土浇筑2-3天后的空气温度，取夜间低温-10℃
0.5――指中心温度向边界散热的距离，只有结构厚度的二分之一
K――传热系数的修正值，即透风系数。本工程表面用一层塑料薄膜，上面再用棉被，导热系数取1.5。
由上式可知：
δi=
=
=0.0225m=22.5mm
由计算结果可知，本工程底板及顶板混凝土在表面覆盖一层薄膜外，上部还需22.5mm厚的保温材料。经项目部研究决定采用40mm厚的棉被进行覆盖保温。
4.3保温保湿
施工地区属于高寒高海拔地区，昼夜温差大，紫外线强烈，阳光直射温度高、湿度小、风速大、气压低、因此日均蒸发量很高，若保湿措施不完善会因为混凝土表面水分快速蒸发导致大体积混凝土产生裂缝。为了避免过大的蒸发量影响以及极寒天气的侵蚀我们在浇筑后采取保温措施及土工布等进行及时覆盖达到保温保湿的效果。
总之，高寒高海拔地区冬季施工混凝土浇筑时间及温度应根据采取混凝土养护条件下达到的温度实际情况确定。应结合实际情况选择合理的水泥用量，降低水化热对混凝土裂缝的影响，通过控制配合比以及水灰比的方法来避免大体积混凝土的裂缝产生。
参考文献：
[1] 罗岸峰. 高寒山区连续刚构桥建设期裂缝成因分析及改进措施[D].重庆交通大学，2017.
[2] 孙照玉. 高寒地区预制小箱梁裂缝成因及机理分析[D].兰州交通大学，2016.
论文作者:余平高
论文发表刊物:《基层建设》2019年第21期
论文发表时间:2019/10/9
标签：混凝土论文; 裂缝论文; 水化论文; 温度论文; 体积论文; 温差论文; 水泥论文; 《基层建设》2019年第21期论文;