摘要：铁路工程大体积混凝土的温度裂缝是影响混凝土结构安全性和耐久性的重要因素。本文首先总结了铁路工程大体积混凝土水化热的影响因素，然后从某些方面分析了现有抑制铁路工程大体积混凝土温度裂缝的措施。
关键词：铁路工程；大体积混凝土；水化热；裂缝控制
1裂缝常见种类
混凝土出现裂缝的原因有很多，状况也比较复杂。总的来说主要有：变形、收缩和基础不平衡。80% 的是由于变形造成的，除此之外则是由于负载。依据这些因素将混凝土裂缝划分为收缩、温度、沉降、徐变、应力和施工裂缝几类。
2铁路工程大体积混凝土水化热的影响因素
2.1水泥的种类、细度及用量
水泥的种类对大体积混凝土的绝热温升有直接影响。不同种类的水泥其矿物组成也不相同，C 3 A 和C 3 S 含量高的水泥早期水化速率较快，水泥水化产生的水化热较多。通过对普通硅酸盐水泥、低热硅酸盐水泥、早强硅酸盐水泥、掺 20%粉煤灰水泥4 种不同型号的水泥对混凝土水化热的影响等的研究，结果表明，采用低热硅酸盐水泥可以降低混凝土内部的绝热温升，同时也可以延缓大体积混凝土中心达到最高温度的时间[1]。水泥细度也是影响水泥水化热的重要因素，随着水泥细度的增加，水泥比表面积增大，早期水化速率升高，水化热增加。水泥用量也会影响混凝土内部的绝热温升，水泥用量越多，产生的水化热越多，混凝土内部的绝热温升越高。当混凝土中胶凝材料用量由 480 kg/m 3 降低到 430 kg/m 3 时，混凝土绝热温升降低 3～4 ℃ 。
2.2矿物掺合料的种类及用量
混凝土中常用的矿物掺合料有活性掺合料和惰性掺合料。活性掺合料主要有粉煤灰、矿渣粉、硅灰等。粉煤灰经常用于大体积混凝土中，当粉煤灰掺量超过胶凝材料总量的 25%时，对混凝土强度和温升有较大的影响，掺 30% 粉煤灰比不掺粉煤灰时温升降低7 ℃。混凝土中单掺硅灰时前期加快水泥水化，但降低混凝土总的水化热[2]。当用磨细的粒化高炉矿渣粉取代 70%的水泥时水化热会减少，但其早期的抗拉、抗压强度会降低。矿渣粉对水泥水化热的影响，除与掺量有关外，还与其细度有关。矿渣粉比表面积越大，对水泥水化热的贡献也越大。当矿渣粉比表面积＞600 m 2 /kg 时，掺矿渣粉水泥的水化热大于纯水泥。常用惰性掺合料主要是石灰石粉。石灰石粉虽然不具备火山灰效应，但是对水泥的早期水化也有一定的影响。蔡基伟采用热导式量热分析法研究了石灰石粉对水化热的影响，掺入石灰石粉的水泥试样水化诱导期和加速期的结束时间均早于不掺石灰石粉试样，说明石灰石粉能够促进水泥的水化，其原因是石灰石粉在水泥水化反应中起晶核作用，诱导水泥的水化产物析晶，加速水泥水化。
2.3水灰比
水灰比对水泥水化温升存在一定的影响。江守恒等通过大量的模拟试验与工程实践证明水灰比（W/C）对于混凝土水化温升有影响。当 W/C＞0.5时，水化温升随着水灰比的增加而降低。当 W/C＜0.5时，水化温升随水灰比的增加而增加。水灰比对水泥水化热的影响不仅与其大小有关，还与水泥水化龄期有关，水化初期低水灰比的砂浆比高水灰比砂浆产生的水化热多，但是随着水化进一步进行，低水灰比砂浆水化热快速降低，而高水灰比砂浆在水化后期有较高的水化热[3]。
2.4外加剂
外加剂主要是通过改变水泥水化速率来影响水泥水化热。减水剂可以提高水泥初期的水化速率，增加第一水化速率峰值，但是对第二水化速率峰值有一定的延迟作用。缓凝剂可以显著延缓水泥的凝结时间，降低水泥水化的放热速率。当复合使用高效减水剂（糖钙）与缓凝剂时，由于协同效应，使高效减水剂的分散作用及缓凝剂的缓凝作用同时得到加强。与单掺缓凝剂相比，复掺后水泥水化温度峰值出现的时间进一步延迟，水化温度峰值进一步降低。
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3温度裂缝的预防手段
温度裂缝出现的季节大多是在冬季或气温较低的季节，在分析过其产生的原因之后我们不难看到，控制好外因（室外温度）和内因（浇筑散热与养护）是对大体积混凝土温度裂缝进行预防的有效手段。具体而言，对大体积混凝土进行温度裂缝防控的手段应当包括以下几点内容。
3.1严控混凝土选材过程
混凝土材料对结构质量的影响至关重要，而在大体积混凝土中，尤其以水泥材料最为关键，在选用商混时，拌和用水泥应当在满足强度等级要求的前提下尽可能地使水化热较低，如果经济条件允许，则应通过试验，确定是否添加减水剂等外加剂，或粉煤灰、纤维等物质来改善大体积混凝土的收缩特性[4]。
3.2气温较低时适当降低浇筑速度
大体积混凝土在施工阶段如果遇到气温变化，则应当在气温较低的天气适当降低浇筑速度，但应当确保其满足混凝土实际初凝时间。在进行分层或分级浇筑时，上层混凝土浇筑时间应当在下层混凝土初凝后及时浇筑，降低施工缝位置引起应力的集中所导致的温度裂缝。一般情况下，在冬季每层混凝土结构施工时所需商混罐车数量比常温季节少，但应当按照实际工程条件进行精准配合，避免停工待料或现场压料，从而从混凝土内部热量释放角度尽可能地降低温度应力的产生。
3.3强化浇筑过程中对混凝土的振捣
进行大体积混凝土施工时，现场应当配备数量较多的振动棒，混凝土在泵送入模后及时振捣，避免出现离析和局部空隙，离析会造成大粒径的集料下沉，更多的水泥集中于结构上部，使上、下部热量不均匀，造成更大的温度差，需要注意振动棒应快插慢拔，不要让棒头卡在钢筋骨架的缝隙当中或触到下部企口位置，对于上下分层的混凝土，振捣时要注意尽可能让振动棒插入到下层 5～10 cm，最后一层混凝土振捣完毕后刮平。
3.4加强现场温度监控与养护
如遇大体积混凝土施工时温度较低，而分析温度裂缝产生的原因也能得出，最重要的是要把握和控制好施工现场的温度及对混凝土材料温度进行有效监测。具体而言，在混凝土入模后的早期升温阶段，应保证每 2 h 检测 1 次结构温度；到后期降温阶段，应当保证不低于每 4 h 检测 1 次结构温度。升温速度较快或降温速度较快都会引发温度裂缝，而缓解温度变化速率较快的主要做法在于注意施工时的养护条件的改善。一般情况下，在我国北方地区，11 月入冬后平均温度在 0°，完成大体积混凝土的浇筑压实后，现场的技术人员应当及时对混凝土表面进行覆膜处理，对企口位置、柱、角、插筋等位置也应当统一处理。混凝土面层表面有一定强度并能站人时，施工技术人员可以上去将薄膜揭开并观察其是否有缩裂产生。如果有，则应抹平并适当洒水保持其湿润，然后再在其表面用薄膜重新覆盖好，同时，可以加盖 1 层或多层再生棉棉被或草席。对筏板侧面或突出位置可以用麻袋、塑料膜进行保温处理，对后浇带、电梯井等位置用薄膜覆盖处理后应当用额外的彩色布将上口覆盖。
当进入冬至日至大寒日间的温度最低阶段或经历大风降温导致的低温阶段时，除了对上述养护过程进行规定操作外，还应加设加热设备来提高混凝土养护温度，条件允许的情况下可以采用蒸汽养护，确保混凝土内外温差在 25 ℃左右（一般情况下混凝土内部最高温度在 50～60 ℃），平均日降温在 25～30 ℃，通过上述养护手段确保大体积混凝土能够更加均匀稳定地散热降温，避免有害温度裂缝的产生。
结语
总之，造成大体积混凝土施工中出现裂缝的问题有很多，因此相关施工单位应结合施工客观环境与铁路工程建设实际情况，科学选用应对措施，促使大体积混凝土施工在优质养护措施以及合理的混凝土配比下降低施工裂缝率，达到提高铁路工程质量目的。
参考文献：
[1]周丽强．大体积混凝土水化热影响因素的分析研究［J］．建筑工程技术与设计，2015（8）：897-898．
[2]曹万林，刘文超，叶天翔，等.循环水控制厚大基础混凝土温度裂缝试验研究[J].自然灾害学报.2016，（1）.
[3]周双喜，荣茂阁，左晟，等.复合相变储能材料在大体积混凝土中的控温性能[J].华东交通大学学报.2013，（4）.
[4]苏 培 芳，陈 胜 宏，田 甜.混 凝 土 水 管冷却的复合单元算法[J].武汉理工大学学报.2010，（24）.
论文作者:王海波
论文发表刊物:《基层建设》2018年第20期
论文发表时间:2018/8/13
标签：水化论文; 混凝土论文; 水泥论文; 裂缝论文; 温度论文; 体积论文; 水灰比论文; 《基层建设》2018年第20期论文;