摘要：随着国民经济的快速发展，大体积混凝土基础设施建设也越来越多，为了有效控制和减少大体积混凝土裂缝的出现，减少经济损失，本文结合工程实例，阐述了大体积混凝土在施工过程中的温度裂缝的过程及防治措施。
关键词：大体积混凝土；裂缝控制；施工；测温。
大体积混凝土指的是体积和厚度较大并且现场浇筑、成型和养护的混凝土。混凝土结构实体的最小尺寸等于或大于1米，或由于混凝土内外温差导致过度开裂的混凝土。主要用于大坝、桥墩、大型设备基础、深基础底板和一些特殊结构，如防辐射建筑等。大体积混凝土由于荷载引起裂缝的可能性很小，但温度裂缝却是大体积混凝土施工过程中的一大难题，也是施工中极易出现的破坏性现象。其原因是由混凝土自身约束拉应力和外部约束应力引起的。所以必须采取有效措施控制施工过程中的温度，以此来保证混凝土质量。
一、工程概况
某大体积混凝土基础的设计等级是C40，最大厚度为4.6m，最小厚度为3.7m，采用现场搅拌，分层浇筑的方式施工完成。为了控制温度应力过大和混凝土表面冷却过度会产生温度裂缝，确保施工的顺利进行和避免损失，各方进行了协商，决定测量混凝土基础温度，并以有效的温控措施，把混凝土内外温差控制在允许的范围内。
二、大体积混凝土
1、大体积混凝土的特性
为了保证大体积混凝土结构的完整性和施工后能够满足设计要求,就必须要了解大体积混凝土的几个主要的特性:结构整体性:大体积混凝土在施工时,一般要求连续浇筑,不允许出现施工缝,对整体性要求较高。密实性:当大体积混凝土应用于大坝或地下室基础底板时,需承受压力水的作用；而应用于各种特殊结构时,对混凝土的密实度也有较高的要求；因此大体积混凝土浇筑后应具有较好的密实性。体积收缩性:混凝土拌合物在凝结硬化过程中,多余水分蒸发,水化物凝结硬化,将使混凝土体积收缩。由于混凝土早期温度低、弹性模量小,当收缩应力大于混凝土抗拉强度时,混凝土将出现收缩裂缝。影响混凝土收缩的主要因素是单位用水量和水泥用量。据资料表明,混凝土体积收缩的变化范围以小于200×10-6为界。④水化热温以及影响:大体积混凝土硬化过程中,随着水泥水化热的释放,将使混凝土温度升高,并可能对混凝土结构产生不利影响,这也是针对大体积混凝土进行测温工作的依据及意义所在。
2、大体积混凝土浇筑施工
由于大体积混凝土的特殊性也决定了大体积混凝土施工的特殊性，混凝土施工是影响大体积混凝土性能的关键因素，也是防止大体积混凝土施工中出现温度裂缝的条件。[1]最重要的是要在满足混凝土、和易性、密实性的前提下，降低水泥用量，降低水泥水化热的释放和降低释放速度，来减少裂缝的产生。所以在施工中，我们要充分发挥施工企业在技术和组织管理等方面的优势，用井架、架子车进行运送浇注。
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3、大体积混凝土基础温度监测及温度裂缝控制
混凝土温升计算：混凝土内部最大绝热温升(T0)，T0=WQ0/Cγ=344×436.4/0.942×2400=66.4℃，T0—混凝土最大绝热温升,℃；W—单位水泥用量,kg/m3,本工程配合比设计的单位水泥用量为344kg/m3；Q0—单位重量水泥的水化热总量,kJ/kg,选用“直接法”测定,测量结果为436.4kJ/kg；C—混凝土比热,J/(kg?℃),本文取C=0.942kJ/(kg?℃)；γ—混凝土容重,kg/m3,本文取γ=2400kg/m3。
4、温升对混凝土结构的影响
大体积混凝土由于体积、厚度大,其表面与内部散热速度极不一致,水化热温升将使混凝土内部温度高于表面温度,形成内外温差。[2]在升温与降温阶段,混凝土分别发生热膨胀与收缩,混凝土的热膨胀系数约为1.0×10-5/℃。由于存在内外温差,使混凝土内部与表面的这种热膨胀与收缩不一致而产生约束应力(拉应力,也叫温度应力)。内外温差越大,约束应力也越大；当应力值大于混凝土的抗拉强度时将导致混凝土开裂,形成温度裂缝,给混凝土结构造成极大危害。
5、混凝土温度监测过程
大体积混凝土施工中,除了必须做到连续浇筑、振捣密实以保证混凝土获得设计要求的强度、抗渗性与整体性外,还应采取措施,控制内外温差,防止出现温度裂缝；并且还应控制混凝土降温速度(大体积混凝土的平均降温速度一般不宜大于2℃/d)。
温度测试方法：仪器设备混凝土温度测试利用铜电阻随温度变化原理,通上一定的电压,电流随温度变化而变化,从而在数字显示仪上直接显示温度。仪器设备:XMZ数显指示仪,最小分度0.1℃,测量误差±012℃；温度传感器:WZCcu50铜电阻；100℃温度计,最小分度1℃。
测温过程：测温工作在混凝土入模时开始进行。[3]7d内每2h测试一次,7d后每4h测试一次,测温天数共计32d,测试时按编号顺序进行,并认真记录所测数据。测温工作24h连续进行,专人负责,并由施工现场人员配合,以保证测温工作顺利进行。
6、温度裂缝的控制措施总结
目的是通过观测混凝土内部温度变化，并采取有效措施控制混凝土内外温差在允许范围内。本工程大体积混凝土的温度裂缝控制可分为施工前、施工中和施工后的各种措施。施工前采用双掺技术优化混凝土配合比，即掺入粉煤灰和高效减水剂。在混凝土配比过程中，用粉煤灰代替部分的水泥，大大降低了混凝土的水化热。并使用高效减水剂，以保持混凝土强度不变，通过减少用水和水泥用量来降低水化热。在施工中，主要采取的工程措施是：将水泥的成型温度降低，砂石装车前用冷水漂洗。分层搅拌浇筑，保证混凝土结构的完整性和密度。稳定后，在混凝土预留孔位置进行的二次灌浆。由于水泥的水化热在混凝土浇筑后才开始发散，所以混凝土浇筑之后的保温措施非常重要。本工程混凝土浇筑完毕后，立即铺上一层塑料薄膜和草席，其机理是利用覆盖绝缘层在混凝土表面形成保温层，延迟散热速率，降低内外温差，提供混凝土硬化所需的温度和湿度，有利于强度的增长，减少因收缩引起的裂缝。本工程实例表明，保温效果显著。当有较大面积高于25℃时，在现场使用热水加温，水温和加热时间由工作人员决定。[4]通过上述的温控措施，使工程混凝土内外温差控制在标准范围内，从而保证大体积混凝土施工质量。温度测试后，我们对保温层进行了仔细检查，没有发现温度裂缝。
三、结束语
综上所述，工程结束后,对该工程混凝土强度的综合评定符合设计及规范要求。工程组织管理、施工技术、工程质量均得到有关部门的认可。综合大体积混凝土测温工作经验及结合上述论述,总结为以下几个大体积混凝土施工及温控的关键问题。大体积混凝土应采取分层浇筑,连续进行,确保混凝土结构的整体性；优化混凝土配合比,利用混凝土后期强度。采用外掺粉煤灰及缓凝减水剂、控制原材料等技术,是大体积混凝土施工前后控制水化热温升、缩小内外温差的有效途径；总之,大体积混凝土可利用测温技术进行信息化施工,全面了解混凝土在强度发展过程中内部温度场分布状况,并且根据温度梯度变化情况,定性、定量指导施工,控制降温速率,防止裂缝的出现。这也是大体积混凝土施工质量的有效保障。
参考文献：
[1]王铁梦,工程结构裂缝控制[M].北京:中国建筑工业出版社,2015.
[2]叶琳昌等,大体积混凝土施工[M].北京:中国建筑工业出版社,2016.
[3]赵志缙.高层建筑施工手册[K].上海:同济大学出版社,2015.
[4]冯乃谦,邢峰.高性能混凝土[M].北京:清华大学出版社,2014:91-97.
论文作者:钟平
论文发表刊物:《建筑学研究前沿》2017年第28期
论文发表时间:2018/2/26
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