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温控膨胀剂在大体积混凝土裂缝控制中的应用

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中国港湾建设ChinaHarbourEngineering

Applicationoftemperaturecontrolledexpansionagentinthecontrolofmassconcretecracks

LIUGuang,KONGLing-chen,GAOPing-yuan,JIANGYun-an（No.1EngineeringCo.,Ltd.ofCCCCFirstHarborEngineeringCo.,Ltd.,Tianjin300456,China）

Abstract：Takingthemassblockandunloading-boardconcretestructureofgravitywharfastheresearchobject,throughtemperaturemeasurementandcontrasttest,wehavemadearesearchinpreventingthecracksofmassconcretestructurebyusingtemperaturecontrollingexpendingagent.Throughexploringitscontrolabilityintemperatureandcrackspreventmentofmassconcrete,wehavecomeupwiththeoptimaldoseofHST-A2temperaturecontrollingexpendingagentinnormalmassconcreteconstructionconditionandkeytechnicalmeasurestobetakeninconstruction.Thegoalofeliminatingthemassconcretecrackshasachievedbasically.Keywords：massconcretestructure;crackspreventment;temperaturecontrolledexpendingagent;temperaturemeasurement

摘要：文章以重力式码头方块和卸荷板大体积混凝土结构为研究对象，通过测温和对比试验对温控膨胀剂在大体积混凝土裂缝防治方面进行研究，试验其温度控制及防裂效果。提出在常规条件下大体积混凝土中HST-A2高性能温控膨胀剂的标准掺入量和施工中应采取的关键技术措施，实现了基本消除大体积混凝土裂缝的目标。关键词：大体积混凝土结构；裂缝控制；温控膨胀剂；测温中图分类号：U656.111；U654.18文献标志码：B文章编号：2095-7874（2017）06-0057-04doi：10.7640/zggwjs201706013

收稿日期：2016-12-14修回日期：2017-02-20作者简介：柳光（1979—），男，江西萍乡人，高级工程师，副总经理，交通土建工程专业。E-mail：byqxmb@163.com

温控膨胀剂在大体积混凝土裂缝控制中的应用柳光，孔令臣，高平原，江云安（中交一航局第一工程有限公司，天津300456）

第37卷第6期2017年6月Vol.37No.6Jun.2017

1工程概况

大体积混凝土施工[1]主要特点是体积大，一般实体最小尺寸逸1m，受多种因素的影响表面极易产生裂缝，严重时会影响结构的耐久性、安全性以及使用功能。营口港鲅鱼圈港区72号、73号泊位工程，码头墙身为重力式方块（素混凝土结构）和卸荷板（钢筋混凝土）结构，二者均属于大体积混凝土，其中体积最大的是四层块D1，尺寸：（6000耀8000）mm伊4320mm伊3600mm，混凝土方量达110.26m3。施工中对方块和卸荷板的裂缝控制已经取得了一定成果，体积稍小且混凝土强度相对低的二层小块已基本无裂缝产生，但强度较高的四层块和卸荷板，特别在高温季节，混凝土裂缝发生概率相对较大，且较难控制，所以本课题的研究对象选定为四层块和卸荷板，对从预制到养护结束阶段的大体积混凝土裂缝进行控制和研究。2研究方案和施工技术措施

2.1HST-A2高性能温控膨胀剂原理

HST-A2高性能温控膨胀剂是一种控温型混

凝土膨胀剂，它以大体积混凝土为应用对象，在限制收缩得到补偿的同时，可以大大降低冷缩应力。其中引入了无机有机结合的固态温控组分，与通常的相变材料或缓凝剂不同，它首先进行吸热反应，降低水化热温升，抑制水泥的早期水化速度，而后，水泥水化速度逐步恢复，吸收的热量在降温阶段又逐渐释放，与未掺加HST-A2相中国港湾建设2017年第6期比，绝热温升[1]能降低8%耀12%，且到达温峰的时间延迟3耀5h。2.2研究方案第1阶段：大体积混凝土掺加温控膨胀剂的对比试验，共分两种对比方案：对比一：对四层块的混凝土水化热、中心温度和裂缝的产生情况进行理论计算，再通过实践测温数据和裂缝效果与理论计算结果进行对比分析；对比二：对四层块组与卸荷板组从预制到养护结束的裂缝控制效果进行对比分析。第2阶段：分析第1阶段试验成果，确定最优配合比以及施工方案和措施，最后预制1块四层块检验本次温控膨胀剂应用于大体积混凝土裂缝控制的最终成果并总结经验。2.3施工技术措施从混凝土配制、浇筑到养护期结束的全过程中采取相应技术措施来保证混凝土质量和控制裂缝的产生，其中关键技术措施体现在以下3点：1）掺加缓凝型减水剂。在对比试验中，对2块四层块均未掺加缓凝型减水剂，而2块卸荷板中均掺加了缓凝型减水剂，通过对比来验证掺加缓凝剂的必要性。2）掺加10耀50kg块石（考虑到卸荷板为钢筋混凝土，所以未掺加块石）。首先，块石的质量、埋放间距等完全符合现行规范[2]要求，另外，块石使用前进行了严格的筛分处理，尽量保证其大小均匀，并用淡水清洗干净。3）自动循环水养护。在四层块和卸荷板顶部安装自动循环水养护系统，通过养护系统的分流作用，分别向顶面的4个马腿孔内注水，注满后马腿内水温接近混凝土内部温度，再通过满水溢流逐渐漫湿覆盖在整个构件表面的无纺布，保证构件处于24h全湿润的自养状态。同时，养护时间严于现行规范[3]规定，延长到28d。3大体积混凝土掺加温控膨胀剂的对比试验3.1对比试验对象方块组：D1-81（掺加HST-A2）和D1-82（未掺加HST-A2），且均未掺加缓凝型高效减水剂。卸荷板组：E1-72（掺加HST-A2）和E1-73（未掺加HST-A2），且均掺加了缓凝型高效减水剂。3.2理论计算3.2.1大体积混凝土水化热和中心温度计算本次理论计算对象为方块组，计算公式[4]：Tmax=T0+Tt灼（1）Tt=（m

c

Q）

C籽

（1-e-mt）（2）

计算出掺加了HST-A2的方块在t=3d时内部最高温度为65.58益，不掺加HST-A2的方块在t=3d时最高温度为71.95益，考虑降温系数则

为36.07益及39.59益。3.2.2自约束裂缝控制计算

1）按掺入膨胀剂计算

混凝土3d的最大拉应力[4-5]：滓t

=23·Et琢驻T11-自=0.65N/mm

2

混凝土3d的抗拉强度[4-5]：ft（t）=0.8ft（lgt）2/3=0.699N/mm2

2）按不掺膨胀剂计算

同理计算出滓t=0.85N/mm2，ft（t）=0.699N/mm2。通过理论计算，掺加温控膨胀剂的混凝土最大拉应力滓t小于该龄期内的抗拉强度，即滓

t

=

0.65N/mm2t（t）=0.699N/mm2，所以混凝土不

会出现表面裂缝。而不掺温控膨胀剂的混凝土最大拉应力滓t大于该龄期内的抗拉强度值，即滓

t

=

0.85N/mm2>ft（t）=0.699N/mm2，混凝土则有可

能出现表面裂缝。3.3两组大体积混凝土的试验对比

本阶段分别对四层块组和卸荷板组从预制到养护结束混凝土的测温数据和裂缝产生情况进行对比分析，温控传感器在混凝土中布设情况见图1。

1）测温数据对比

通过对2组对比试验块的混凝土测温，最终得到了方块测温曲线（见图2）和卸荷板测温曲线（见图3）。

图1温控传感器布设Fig.1Arrangementoftemperaturesensor

9号5号

98010804320

13号

11号

12号

10号

8号

7号6号

4号3号2号

1号100

58窑窑2017年第6期

2）裂缝情况对比淤掺加了温控膨胀剂的四层块D1-81，从预制到养护结束，表面基本无裂缝产生。于未掺加温控膨胀剂的四层块D1-82，预制后3~5d，一侧面中部和阴榫位置均产生了细微裂缝。3.4对比试验结果1）经过测温检测，D1-81在t=3d时内部达到最高温度67.87益，与理论计算的最高温度65.68益相差2.29益；同样，D1-82在t=3d时实际最高温度为72.99益，与理论计算的最高温度71.95益相差1.04益。同时，D1-82在第3~5d时，一侧面中部和阴榫位置产生了细微裂缝，而D1-81表面始终基本无裂缝产生，此结论与自约束裂缝控制计算结果相同，由此证明了本次理论计算与实践检验成果基本吻合。2）D1-81和E1-72的中心温度曲线始终被D1-82和E1-73的中心温度曲线包裹在下面，即同一时刻的温度值始终小于未掺加HST-A2的对象，特别在方块组的对比中更加明显，数据显示，D1-81的中心最高温度较D1-82的中心最高温度

低5.1益，且后期降温阶段最高温差达9益，由此说明掺加了温控膨胀剂使得方块和卸荷板中心温度得到了一定控制。3）通过对比得知，同在升温阶段，2块卸荷

板的升温速率要小于2块四层块的升温速率，说明在卸荷板中掺加的缓凝型高效减水剂起到了一定作用，所以在最终的试验阶段坚持使用缓凝型高效减水剂。4）试验中，四层块经过了28d养护期后中

心温度降低到与表层温度基本相当，即水化热基本释放完全，而卸荷板是14d养护期，所以14d

时，混凝土内表仍存在一定温差，但温差<20益，选择此时终止测温试验符合规范要求，亦在证明养护时间越长对混凝土结构越有利。3.5最终成果检验试验

通过对大体积混凝土的测温对比试验，掌握

图2D1-81和D1-82混凝土中心和表层测温曲线图Fig.2TemperaturecurvesofconcretecenterandsurfaceforD1-81andD1-82

图3E1-72和E1-73混凝土中心和表层测温曲线图Fig.3TemperaturecurvesofconcretecenterandsurfaceforE1-72andE1-73

外界温度D1-82表层温度D1-82中心温度D1-81表层温度D1-81中心温度

80

706050403020100

时刻

外界温度E1-73表层温度E1-73中心温度E1-72表层温度E1-72中心温度

80

706050403020100

时刻

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大体积混凝土裂缝控制措施

大体积混凝土裂缝控制措施

大体积混凝土裂缝控制措施
1.1.1.优化混凝土配合比
控制混凝土裂缝，除了必须采取保温等措施控制混凝土内外温差外，混凝土材料及配合比的选择尤为重要。

1）采用低水化热的水泥品种。

2）粗骨料选用5～40mm连续级配石子，含泥量＜1%，针状、片状颗粒含量＜15%；细骨料用中粗砂，含泥量＜1%，配制混凝土，以减少水及水泥用量，降低水化热。

减少混凝土收缩。

3）在混凝土级配中掺加一定量的粉煤灰，进一步改善混凝土的坍落度和粘塑性，满足可泵要求条件下，减少水泥用量降低水化热。

1.1.
2.混凝土的养护
混凝土浇筑完毕后立即进行表面覆盖塑料薄膜及麻袋进行保温保湿养护，并通过计算机监测混凝土硬化过程中的温度、温差、应力变化，当混凝土内外温差超过25℃及时加盖塑料薄膜及麻袋保温层等措施，确保混凝土的内外温差控制在允许范围内。

砼终凝后，在其表面用塑料薄膜覆盖，然后盖麻袋保温层、薄膜保护层，并进行砼蓄热保温保湿养护。

在养护期间根据温控系统测得砼内外温差和降温速率，对养护措施进行及时的调整。

1.1.3.补偿收缩技术
在混凝土中掺加适量的微膨胀剂，本工程采用聚丙烯抗裂纤维，微膨胀混凝土在水化过程中产生适量膨胀，在湿环境条件中、在钢筋和邻位限制下，在钢筋混凝土中建立起一定的预应力（0.2～0.7Mpa）的预压应力），这一应力能大致抵
消混凝土在收缩时产生的拉应力，从而防止或减少混凝土构件的裂缝产生。

大体积混凝土相关措施-砼施工温度及裂缝控制

大体积混凝土相关措施-砼施工温度及裂缝控制

大体积混凝土施工工艺及裂缝控制2008-7-18 14:32随着建筑施工技术飞速发展，现代建筑中经常涉及到大体积混凝土施工，如高层楼房基础、大型设备基础、水利大坝等，其主要特点是体积大，表面小，水泥水化热释放较集中，内部温升较快。

当混凝土内外温差较大时，会产生温度裂缝，影响结构安全和正常使用，所以必须从根本上加以分析，来保证施工的质量。

大体积混凝土内出现的裂缝按深度的不同，分为贯穿裂缝、深层裂缝及表面裂缝3种。

贯穿裂缝是由混凝土表面裂缝发展为深层裂缝，最终形成贯穿裂缝。

它切断了结构的断面，可能破坏结构的整体性和稳定性，其危害性较严重。

而深层裂缝部分地切断了结构断面，也有一定危害性。

表面裂缝一般危害性较小，但也影响外观质量。

出现裂缝并不是绝对地影响结构安全，它有一个最大允许值。

处于室内正常环境的一般构件最大裂缝宽度≤0.3毫米；处于露天或室内高湿度环境的构件最大裂缝宽度≤0.2毫米。

对于地下或半地下结构，混凝土的裂缝主要影响其防水性能。

一般当裂缝宽度在0.1～0.2毫米时，虽然早期有轻微渗水，但经过一段时间后，裂缝可以自愈。

如超过0.2～0.3毫米，则渗漏水量将随着裂缝宽度的增加而迅速加大。

所以，在地下工程中应尽量避免超过0.3毫米贯穿全断面的裂缝。

如出现这种裂缝，将大大影响结构的使用，必须进行化学灌浆加固处理。

大体积混凝土施工阶段所产生的温度裂缝，一方面是混凝土内部因素：由内外温差而产生的；另一方面是混凝土的外部因素：结构的外部约束和混凝土各质点间的约束，阻止混凝土收缩变形，混凝土抗压强度较大，但抗拉能力却很小，所以温度应力一旦超过混凝土能承受的抗拉强度时，即会出现裂缝。

这种裂缝的宽度在允许限值内，一般不会影响结构的强度，但却对结构的耐久性有所影响，因此必须予以重视和加以控制。

而产生裂缝的主要原因有水泥水化热、外界气温变化和混凝土的收缩等造成。

如何控制这几方面对结构耐久性的影响呢？一、大体积混凝土的配合比设计1.水泥的选用：应尽量选用水化热低、凝结时间长的水泥，优先采用中热硅酸盐水泥、低热矿渣硅酸盐水泥、大坝水泥、矿渣硅酸盐水泥、粉煤灰硅酸盐水泥、火山灰质硅酸盐水泥等。

大体积混凝土温度测控技术规范

大体积混凝土温度测控技术规范

大体积混凝土温度测控技术规范引言大体积混凝土结构工程的建设越来越普及，这种结构采用混凝土量大、自重大、混凝土温度控制困难，一旦出现质量问题将带来极大的经济损失和安全风险。

因此，对大体积混凝土的温度测控技术和质量控制越来越引起人们的关注。

本文将围绕大体积混凝土的温度测控技术，阐述大体积混凝土的特点、控温原理、温度测控方法以及应用与前景。

一、大体积混凝土的特点大体积混凝土结构工程通常具有以下特点：1.混凝土体积巨大。

大体积混凝土结构工程的体积往往在几千到数万立方米之间，如大坝、隧道、地下室等。

2.混凝土自重大。

大体积混凝土结构的自重往往超过500kg/m³，有些达到1t/m³以上，如大坝等。

3.混凝土内部温度均匀性差。

由于大体积混凝土结构的混凝土体积大、自重大，混凝土在养护过程中的温度分布不均匀，受到外界环境条件的影响，容易产生温度差异，导致混凝土内应力不均、收缩、裂缝等质量问题。

二、大体积混凝土的控温原理大体积混凝土结构的控温原理，就是通过监测混凝土的温度变化，控制混凝土的水泥水化反应速率和水分蒸发速度，以保证混凝土内部温度梯度逐渐减小，最终达到统一、稳定的温度状态。

混凝土水泥水化反应和水分蒸发是混凝土温度升高的两个主要原因。

当混凝土开始早期养护时，水泥水化反应会释放大量热量，导致混凝土内部温度升高。

同时，由于混凝土表面与环境接触，水分会在混凝土表面蒸发，也会带走大量热量，导致混凝土内部温度降低。

因此，对大体积混凝土结构进行控温，主要就是控制水泥水化反应的速率和水分蒸发的速率，以达到控制混凝土温度的目的。

三、大体积混凝土的温度测控方法大体积混凝土的温度测控方法主要有以下几种：1.温度感应器法温度感应器法是一种常见的温度测控方法。

在混凝土养护过程中，将贴有温度感应器的温床布置在混凝土内部，通过感应器采集混凝土内部的温度数据，随时监测温度变化，并可以通过自动化控制系统进行控制。

2.水泥水化热测量法水泥水化热测量法是一种新的温度测控方法。

关于大体积混凝土裂缝控制及处理对策分析

关于大体积混凝土裂缝控制及处理对策分析

关于大体积混凝土裂缝控制及处理对策分析摘要：确保大尺度构筑物混凝土的耐裂性和降低其断裂风险，是结构完整性管理的核心策略。

通过创新地大量使用矿物掺合料来替代传统混凝土中的水泥，并结合钙镁复合型膨胀剂、热量调节材料等，可以从材料层面出发，有效地减缓混凝土的水化热释放，缩小结构内部与外部的温差，同时补偿混凝土在硬化过程中的收缩，这些都是增强大体积混凝土抗裂能力的重要手段。

尽管当前科研人员对筏形基础大体积混凝土的抗裂特性进行了深入的实验室测试和实际工程运用，但大部分研究聚焦于单一的温度控制，相对忽视了混凝土由于自身收缩和干燥收缩引发的形变影响。

关键词：大体积混凝土；裂缝控制；处理对策1大体积混凝土的特点(1)规模宏大。

大体积混凝土构筑物以其显著的体量著称，如巨型水坝、壮观桥梁及高层摩天大楼。

这样的庞然大物在浇筑、维护以及温度管理上带来了独特的挑战。

(2)层厚惊人。

大体积混凝土结构往往包含厚重的混凝土层，这不仅增加了其自缩、温缩和干燥收缩等物理变化的可能性，进而引发结构裂纹问题。

(3)水泥使用量惊人。

为了强化混凝土的强度并抑制收缩裂缝，大体积混凝土倾向于采用较高的水泥含量，然而这也相应放大了混凝土的收缩效应。

(4)水化热效应显著。

水泥的水化过程释放出庞大的热量，导致混凝土内部温度急剧飙升，易引发潜在的破裂隐患。

(5)环境因素复杂多变。

大体积混凝土结构所处的环境条件极具多样性，如极端温差、高湿度和强风等，这些因素对混凝土性能产生深远影响，从而加剧了裂纹风险的发生。

(6)施工技术要求高。

构建大体积混凝土结构是一项艰巨的任务，涉及精确的浇筑、精细的养护以及严格的温度控制，需要运用高级施工技术和策略，以确保最终结构的稳固和耐用。

2大体积混凝土裂缝产生原因(1)环境温度效应。

在大体积混凝土的施工和维护期间，其内部温度上升，且与外界存在显著温差，导致内部温度应力的生成。

当这种应力超越混凝土的抗拉极限，裂缝就会随之出现。