摘要：混凝土具有抗压强度高，耐火等优点，但混凝土裂缝一直无法有效控制，本文分析大体积混凝土水池产生裂缝的原因，介绍裂缝计算方法，同时提出裂缝控制的有效措施。
关键词：大体积，混凝土，温度裂缝
污水处理领域内，广泛运用着生化池等大型池体。此混凝土池特点为尺寸大，动辄上百米。混凝土池壁、底板均为大体积混凝土。但大体积混凝土在施工过程中水化热量巨大，在施工过程中会出现不同形态裂缝。裂缝的扩展，影响池体耐久性、甚至正常使用，长时间会导致池壁承载力降低、钢筋锈蚀、混凝土碳化等。
1、裂缝成因
混凝土裂缝成因复杂，主要与施工、设计、材料、环境有关。内部应力是产生裂缝的原因。根据工程经验，大体积混凝土裂缝，分为冻胀裂缝、干缩裂缝、失水裂缝。统一归结为温度裂缝。
<1>大体积混凝土水化过程
水化过程产生大量热量，而混凝土导热性较差，内部热量无法散发，表面热量散尽，此过程会因热量不均匀产生温差。温差应力超过混凝土极限拉应力，裂缝出现。
<2>浇注及外界温度变化
外界温度过高、高低，都会产生混凝土内外温度差。温差产生变形，变形产生应力，超过一定限值，混凝土便开裂。
<3>收缩变形
混凝土水分蒸发引起干缩，干缩变形如有约束，即可引起开裂。
2、温度裂缝计算方法
2.1理论计算
水池从浇注完到出现裂缝，混凝土总降温由三部分构成：气温温差、水泥水化热当量温差、混凝土收缩当量温差，其中：
气温温差：T1
水泥水化热当量温差：
k—散热系数；w—水泥用量；r—重度；C—比热容。
混凝土收缩当量温差：
--为实验室标准条件下终缩值；M1~M10是考虑各种非标准条件下修正系数，
混凝土总降温差：T=T1+T2+T3
温度收缩应力：
E—混凝土弹性模量；τ—线膨胀系数；T—混凝土总降温差；
Cx—水平阻力系数。
2.2稳定温度场有限元计算
三维温度场在区域R上的热传导公式为：
（2-1）
在边界C`上，T=Tb；在边界C上，
。（2-2）
根据变分原理，将上述的温度场求解问题转化为对泛函极值的求解。若函数T(X,Y,Z)
在边界C`满足T=Tb条件，则可求解下列泛函的极值。
（2-3）
由欧拉方程可知：T(x,y,z)必然会在区域R内满足（2-2），并在区域C上满足（2-3）故T(x,y,z)即是所求的解。在求解方程的过程中在边界C`上应令T=Tb。
在求解的过程中将已知区域划分成有限个单元，设单元的节点编号，其编号如下i，j，m……，p，节点温度为Ti，Tj，Tm…..，Tp，单元内任一点的温度Tε(x，y，z)用结点的温度表示，其结果如下：
（2-4）
（2-5）
式中：Ni(x，y，z，)，Nj(x，y，z，)，Nm(x，y，z，) ，…，Np(x，y，z，)是形函数，[N]为形函数所组成矩阵，{T}ε为结点温度矩阵。
取某个单元ε作为求解区域R上的一个子域ΔR，则在该子域上的泛函求微分后导入式（2-4）得到，在单元ε内：
（2-6）
（2-7）
（2-8）
整理（2-6）、（2-7）、（2-8）得到如下公式：
=
（2-9）
式中：[hε]为单元的一个传导矩阵，元素hεij的计算公式如下：
（2-10）
求解区域内的所有结点得到如下的方程组
（2-11）
式中：{T}是包含区域内所有结点的温度阵列，[H]为热传导矩阵，其元素Hij与结点i相关的每个单元的hεij集合而得到。
（2-12）
上式表示对与结点i有关的各单元求和。由此则可求出区域内全部结点的温度与各单元内部任意位置处温度。
3、裂缝控制措施
裂缝控制主要体现在温度控制，建议最高温度控制在40℃以下。通过施工过程控制混凝土升温及降温过快的速率，提高混凝土极限拉伸值。
<1>材料选择
选用低水化热水泥；混凝土采用连续级配的粗骨料，减少水、水泥用量；采用补偿收缩混凝土。
<2>混凝土配合比
在满足可泵送的前提下，尽量减少砂含量。砂率宜为38%~45%，塌落度在满足泵送前提下尽量选择小值，以减少收缩变形。
<3>施工养护
混凝土浇筑后需做合理的保温、保湿养护，可以延缓水化热降温速率。避免混凝土中心与表面温差过大，超出相关规范。对于特别重要的建筑，可以在混凝土中通入降温管，以降低混凝土中心最高温度。
<4>外加剂
在混凝土中掺入复合型外加剂（例如：聚丙烯短纤维）和粉煤灰。粉煤灰用来降低水和水泥含量；聚丙烯短纤维用来平衡内部应力，根据工程经验含量可掺加9%左右。
<5>施工措施
混凝土施工满足连续性要求；混凝土强度达到100%方可拆模，拆模过早，提前给池壁施加荷载，导致出现裂缝。
<6>设计措施
通过设后浇膨胀加强带与伸缩缝来避免裂缝出现、扩展。
4、结语
大体积数混凝土裂缝出现不可避免，但应针对具体情况展开分析并采取相应措施，将裂缝控制在规范要求范围内，保证使用、生产正常进行。同时建议大体积混凝土水池在使用过程中设置监控，对温度、已有裂缝的发展起到监控作用，并采取有效措施。
参考文献
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论文作者:张建强
论文发表刊物:《基层建设》2018年第34期
论文发表时间:2019/3/25
标签：混凝土论文; 裂缝论文; 温度论文; 水化论文; 温差论文; 体积论文; 结点论文; 《基层建设》2018年第34期论文;