知识目标： 了解大体积混凝土的定义理解大体积混凝土温度裂缝产生的机理和温度 应力计算方法掌握温度裂缝控制的措施和方法 能力目标：能进行大体积混凝土温度裂缝控制措施方案的制 定和应用第四章 高层建筑大体积混凝土施工 随着建（构）筑物体形不断增大，相应结构构件尺寸势必要 增大。对于混凝土结构来说，当构件的体积或面积较大时在混 凝土结构和构件内产生较大温度应力，如不采取特殊措施减小 温度应力势必会导致混凝土开裂。温度裂缝的产生不单纯是施 工方法问题，还涉及到结构设计、构造设计、材料选择、材料 组成、约束条件及施工环境等诸多因素。 美国认证学会（ACI）5.1 导言定义：“任何就地浇筑的大 体积混凝土，其尺寸之大，必须要求采取措施解决水化热及随 之引起的体积变形问题，以最大限度地减少开裂。” 日本建筑学会标准（JASS5）的定义是：“结构断面最小 尺寸在 80cm 以上，水化热引起混凝土内部的最高温度与外界 气温之差预计超过 25的混凝土，称为大体积混凝土。” 我国现行行业标准 JGJ552000普通混凝土配合比设计 规程的定义：“混凝土结构物实体最小尺寸等于或大于1m， 或预计会因水泥水化热引起混凝土内外温差过大而导致裂缝的 混凝土。” 第一节 大体积混凝土的温度裂缝 混凝土是多种材料组成的非匀质材料，它具有 较高的抗压强度、良好的耐久性及抗拉强度低、抗 变形能力差、易开裂等特性。大体积混凝土由于截 面大、水泥用量大，水泥水化释放的水化热会产生 较大的温度变化，由于混凝土导热性能差，其外部 的热量散失较快，而内部的热量不易散失，造成混 凝土各个部位之间的温度差和温度应力，从而产生 温度裂缝。 一、裂缝的种类 按照不同的标准，大体积混凝土可分为不同的类型。 按产生原因一般可分为荷载作用下的裂缝（约占10%） 、变形作用下的裂缝（约占80%）、 耦合作用下的裂缝（ 约占10%）。 按裂缝有害程度分有害裂缝、无害裂缝两种。有害裂缝是 裂缝宽度对建筑物的使用功能和耐久性有影响。通常裂缝宽 度略超规定20%的为轻度有害裂缝，超规定50%的为中度有 害裂缝，超规定100%的（指贯穿裂缝和纵深裂缝）为重度 有害裂缝。 按裂缝出现时间分为早期裂缝（328天）、中期裂缝（ 28180天）和晚期裂缝（180720天，最终20年）。 按深度一般可分为表面裂缝、深层裂缝和贯穿裂缝三种，如 图4-1所示。图4-1 温度裂缝 二、裂缝产生的原因 大体积混凝土施工阶段产生的温度裂缝，是其内 部矛盾发展的结果。一方面是混凝土由于内外温差 产生应力和应变，另一方面是结构物的外约束和混 凝土各质点的约束阻止了这种应变，一旦温度应力 超过混凝土能承受的极限抗拉强度，就会产生不同 程度的裂缝。总结大体积混凝土产生裂缝的工程实 例，产生裂缝的主要原因如下：（一）水泥水化热的影响 水泥在水化过程中产生大量的热量，这是大体积混凝土内 部温升的主要热量来源，如试验表明42.5# 硅酸盐水泥每克 放出的热量可达 375 J左右。 由于大体积混凝土截面的厚度大，水化热聚集在结构内部 不易散发，会引起混凝土内部急骤升温。水泥水化热引起的 绝热温升，与混凝土厚度、单位体积水泥用量和水泥品种有 关，混凝土厚度愈大，水泥用量愈多，水泥早期强度愈高， 混凝土内部的温升愈快。 大体积混凝土测温试验研究表明：水泥水化热在13d放 出的热量最多，大约占总热量的50左右；混凝土浇筑后的3 5d内，混凝土内部的温度最高。 混凝土的导热性能较差，浇筑初期混凝土的弹性模量和 强度都很低，对水化热急剧温升引起的变形约束不大，温度 应力自然也比较小。 随着混凝土龄期的增长，其弹性模量和强度相应提高， 对混凝土降温收缩变形的约束愈来愈强，即产生很大的温度 应力，当混凝土的抗拉强度不足以抵抗该温度应力时，便产 生温度裂缝。 （二）内外约束条件的影响 各种结构的变形变化中，必然受到一定的约束阻碍 其自由变形，阻碍变形因素称为约束条件，约束又分 为内约束与外约束。 结构产生变形变化时，不同结构之间产生的约束称 为外约束，结构内部各质点之间产生的约束称为内约 束，外约束分为自由体、全约束和弹性约束三种。 建筑工程中的大体积混凝土，相对水利工程来说体 积并不算很大，它承受的温差和收缩主要是均匀温差 和均匀收缩，故外约束应力占主要地位。 建筑或大型设备基础大体积混凝土与地基浇 筑在一起，当温度变化时受到下部地基的限制， 因而产生外部的约束应力。混凝土在早期温度上 升时，产生的膨胀变形受到约束面的约束而产生 压应力，此时混凝土的弹性模量很小，徐变和应 力松弛大，混凝土与基层连接不太牢固，因而压 应力较小。但当温度下降时，则产生较大的拉应 力，若超过混凝土的抗拉强度，混凝土将会出现 垂直裂缝。 在全约束条件下，混凝土结构的变形应是温 差和混凝土线膨胀系数的乘积，即：，当超过混 凝土的极限拉伸值时，结构便出现裂缝。由于结 构不可能受到全约束，况且混凝土还有徐变变形 ，所以温差在2530情况下也可能不产生。由 此可见，降低混凝土的内外温差和改善约束条件 ，是防止大体积混凝土产生裂缝的重要措施。 （三）外界气温变化的影响 大体积混凝土结构在施工期间，外界气温的变 化对防止大体积混凝土开裂有重大影响。混凝土的 内部温度是由浇筑温度、水泥水化热的绝热温升和 结构的散热温度等各种温度的叠加之和。浇筑温度 与外界气温有着直接关系，外界气温愈高，混凝土 的浇筑温度也愈高；如外界温度下降，会增加混凝 土的温度梯度，特别是气温骤降，会大大增加外层 混凝土与内部混凝土的温度梯度，因而会造成过大 温差和温度应力，使大体积混凝土出现裂缝。 大体积混凝土内部热量不易散发，其内部温度 有的工程竟高达90以上，而且持续时间较长。温 度应力是由温差引起的变形所造成的，温差愈大， 温度应力也愈大。因此，研究合理的温度控制措施 ，控制混凝土表面温度与外界气温的温差，是防止 裂缝产生的重要措施。 （四）混凝土收缩变形影响 1.混凝土塑性收缩变形 在混凝土硬化之前，混凝土处于塑性状态，如 果上部混凝土的均匀沉降受到限制，如遇到钢筋或 大的混凝土上骨料，或者平面面积较大的混凝土、 其水平方向的减缩比垂直方向更难时，就容易形成 一些不规则的混凝土塑性收缩性裂缝。这种裂缝通 常是互相平行的，间距0.21.0m，并且有一定的 深度，它不仅可以发生在大体积混凝土中，而且可 以发生在平面尺寸较大、厚度较薄的结构构件中。 2.混凝土的体积变形 混凝土在水泥水化过程中要产生一定的体积 变形，但多数是收缩变形，少数为膨胀变形。掺 入混凝土中的拌合水，约有20的水分是水泥水 化所必需的，其余80都要被蒸发，最初失去的 自由水几乎不引起混凝土的收缩变形，随着混凝 土的继续干燥而使吸附水逸出，就会出现干燥收 缩。 混凝土干燥收缩的机理比较复杂，其主要原 因是混凝土内部孔隙水蒸发引起的毛细管引力所 致，这种干燥收缩在很大程度上是可逆的，即混 凝土产生干燥收缩后，如再处于水饱和状态，温 凝土还可以膨胀恢复到原有的体积。 除上述干缩收缩外，混凝土还会产生碳化 收缩，即空气中的二氧化碳（CO2）与混凝土中 的氢氧化钙Ca（OH）2反应生成碳酸钙和水， 这些结合水会因蒸发而使混凝土产生收缩。