大体积混凝土养护的温度控制

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混凝土拌合物随着水泥水化的不断进行，内部温度逐渐升高。由于混凝土拌合物是多种材料组成的不均匀的混合物，不同材料比热容的不同造成混凝土内部温度分布也很不均匀。对于混凝土结构来说，无论是内部还是表面都与外界环境存在温差。混凝土自身的内外温差ΔT内外和混凝土表面与外界环境之间的表气温差ΔT表气，这两种温差的存在一方面使混凝土产生应变，另一方面混凝土结构外部约束和内部各质点的约束又阻止、限制、约束混凝土的应变，使混凝土产生应力。

在水泥水化热的作用下，混凝土温度不断升高，体积趋于膨胀，当温度达到最大值Tmax后，混凝土温度又逐渐下降，温度的降低又使混凝土体积缩小。在这种温度升降的过程中，混凝土中的内外约束应力也随之变化，混凝土内部的温度、约束应力及弹性模量的变化如图1所示。

混凝土的约束应力是温升产生的膨胀压应力、化学收缩、自缩、干缩和温度收缩等收缩拉应力的叠加总和，混凝土温度为水泥水化热温升和大气环境温度之和，即为混凝土的实测温度。

Ⅰ—零应力阶段；Ⅱ—压应力阶段；Ⅲ拉应力阶段

图1 混凝土内部温度、约束应力和弹性模量随时间变化曲线

混凝土浇筑后，在水泥水化的作用下不断升温（在t1温度前），在混凝土塑性阶段的一直处于零应力状态，即混凝土无内约束应力也无外约束应力。

热涨冷缩是物体固有的性质，随着温度的升高，混凝土体积膨胀变形，温度降低体积缩小。在升温阶段，混凝土的弹性模量发展快，而混凝土的抗拉强度发展却很慢。

混凝土温度（t1）后，在温升作用下，混凝土体积膨胀变大，膨胀变形受到表面混凝土的内约束及界面处的外约束，混凝土内部产生压应力。在该阶段（混凝土的压应力阶段），由于混凝土的抗压性能非常好，混凝土不会遭到破坏。当混凝土温度达到最大值tmax，混凝土的压应力也达到最大值，此后，随着水化热的降低，混凝土内部产生的热量小于混凝土表面热量的散失速度，混凝土温度开始下降，混凝土体积变形开始变小，混凝土压应力逐渐减少。

混凝土的弹性模量仍在较快增长，徐变增加，但此阶段混凝土抗拉强度增长仍旧很慢，抗拉强度不高，由于各种因素引起的体积收缩随混凝土逐渐硬化和强度增长而逐渐增加，收缩而引起的拉应力而随之逐渐增加，拉应力和压应力阶段结束，混凝土开始进入拉应力阶段。

在压应力阶段，虽然内部压应力不能使混凝土内部结构破坏，但随着混凝土结构表面热量的散失，造成混凝土表面温度低，内部温度高，混凝土内胀外缩，表面的温度收缩变形受到内部混凝土的约束，混凝土表面出现拉应力。如果此时，降温速度过快，很容易造成混凝土表面拉裂形成表面裂缝。

当混凝土温度降低到t2后，混凝土内部降温收缩引起的拉应力增加，随着温度的继续下降，混凝土的弹性模量缓慢增长，徐变增加。当混凝土温度降至混凝土开裂温度t3时，在外约束和内约束的共同作用下，混凝土整体呈现拉应力。

混凝土变形时即受到内部的约束也受到来自外部的约束，当混凝土变形产生的拉应力大于混凝土自身的抗拉强度时，便可能产生裂缝。混凝土温度应变为：

εΔT=α·ΔT

式中：εΔT——混凝土温度应变；ΔT——混凝土温差；α——混凝土线膨胀系数。

从上公式可以看出，减小混凝土温度应变的方法是减小温差和线膨胀系数，因此要尽力减小最大温差。

混凝土的最大温度和内外温差可以用下式表示：

ΔTmax=Tmax-Tmin

ΔT内外=Tmax-T表

式中：ΔTmax——混凝土最大温差；Tmax——混凝土最高温度；Tmin——混凝土最低温度；ΔT内外——混凝土内外温差；T表——混凝土表面温度。

由上述公式可见，减少混凝土最大温差，一是减少混凝土的最高温度（峰值），二是提高混凝土的最低温度；减小混凝土的内外温差，一要减小混凝土的最高温度，二要提高混凝土的表面温度，对混凝土进行保温养护。混凝土的最高温度由混凝土浇筑成型温度和水泥水化热温升幅度组成：

Tmax=T型+T升

式中：T型——混凝土浇筑成型温度；T外——混凝土水化热温升幅度。

要降低混凝土最高温度，一是减小混凝土浇筑成型温度，浇筑低温混凝土；二是降低水泥水化热，减小混凝土升温。

在大体积混凝土降温阶段，如果降温缓慢，则混凝土拉应力相应减小，可避免和减少裂缝产生。如果把降温速度比作是对混凝土的“加荷”速度快慢，气温骤降可看作是对混凝土的快速加荷，致使混凝土温度拉应力和弹性模量的增加，而使混凝土的极限拉伸减小。反之，混凝土缓慢降温可看作为对混凝土的慢速加荷，使混凝土温度拉应力和弹性模量的减小，而混凝土极限拉伸增加。如此可见，混凝降温速度愈慢，混凝土内部拉应力降低愈大，温度裂缝出现的可能性愈小。一般大体积混凝土的内外温差不宜大于25℃，因此保温时间要控制到混凝土内部温度与表面温度之差小于该温度才能结束保温措施。混凝土降温速度以每日2℃～4℃为宜，对于1.0cm～1.5cm厚的混凝土，降温一般需要5d～7d；1.5m～2.0m厚的混凝土，降温一般需要7d～10d；2.0m～2.5m厚的混凝土，降温一般需要10d～12d；3.0m以上的混凝土，降温一般需要20d以上，对于这样的混凝土结构一般应采取通水排管低温水冷却比较合适。同时，应使混凝土表面温度与大气环境温度差不宜大于20℃。对于遇到天气温度突变，更应注意保温防止混凝土产生裂缝。

大体积混凝土养护的温度控制应分段进行，各段的温度控制的意义和方法又各自不同。混凝土达到温度峰值前不应保温，此时既要混凝土表面潮湿外，也要防止养护水蒸发散热过快，可采用覆盖草袋、麻袋和棉毡，湿被有助于养护水蒸发吸热，促进混凝土内部热外散，以利降低混凝土最高温度和内外温差。

混凝土降温阶段应是保温阶段，保温可从混凝土最高温度开始或温度下降不久开始，保温可在草袋、棉毡上再加一层塑料布，保温效果很好。若这样保温效果仍不理想，可再增加一层保温棉被的厚度，再在上面覆盖一层塑料布。也有的工地先覆盖薄膜再加盖干棉被、草袋或麻袋等保温材料，上面再覆盖一层塑料布，保温效果更好，但不利于降温阶段热量散失。

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