【摘要】大體積混凝土工程結(jié)構(gòu)截面大，混凝土澆注后，由于水泥水化過程中釋放出大量水化熱，使混凝土內(nèi)部溫升較快，因為混凝土導熱不良，相對散熱較小。造成混凝土結(jié)構(gòu)內(nèi)外溫差變大，由于溫度的不均衡分布產(chǎn)生應(yīng)力，從而導致混凝土結(jié)構(gòu)出現(xiàn)溫度裂縫。本文著重計算并控制混凝土硬化過程中的溫度,進而采取相應(yīng)的技術(shù)措施,保證結(jié)構(gòu)的工程質(zhì)量。
　　【關(guān)鍵詞】大體積混凝土施工；裂縫；溫度控制；施工技術(shù)措施
　　一.前言��
　　由于大體積混凝土體積大，表面小，水泥水化熱釋放比較集中，內(nèi)部溫升較快，當混凝土內(nèi)外溫差較大時，導致混凝土產(chǎn)生溫度裂縫，嚴重影響結(jié)構(gòu)安全和建筑物正常使用，因此必須從根本上掌握大體積混凝土溫度裂縫的產(chǎn)生及控制，確保工程質(zhì)量。��
　　二.大體積混凝土裂縫產(chǎn)生分析��
　　國際上對大體積混凝土定義的標準：指實體截面最小尺寸≥1m的混凝土構(gòu)件。它的表面系數(shù)比較小，水泥水化熱釋放比較集中，內(nèi)部溫度上升較快。當混凝土內(nèi)外溫差較大時，會使混凝土產(chǎn)生溫度裂縫。
　　大體積混凝土工程，水泥用量多，結(jié)構(gòu)截面大，因此，混凝土澆注后，水泥放出大量水化熱，混凝土溫度升高。由于混凝土導熱不良，體積過大，相對散熱較小。因此，混凝土內(nèi)部水化熱積聚不易散發(fā)，外部則散熱較快，根據(jù)熱脹冷縮的原理，結(jié)構(gòu)自身約束由伴隨溫度變化引起的建筑物體積變化產(chǎn)生應(yīng)力，一但拉伸應(yīng)力＞混凝土抗拉強度則產(chǎn)生裂縫。��
　　因此控制大體積混凝土開裂必須著重考慮兩個因素。一）提高混凝土的抗拉強度，保證其能克服各種因素引起的開裂應(yīng)力：二）控制溫度應(yīng)力＜混凝土的抗拉強度。
　　三、裂縫控制手段
　　要控制混凝土裂縫的產(chǎn)生必須從原材料、結(jié)構(gòu)設(shè)計、施工組織安排三個方面著手。
　　3.1原材料的控制。
　　3.1.1水泥：在選擇水泥時，應(yīng)優(yōu)先選用收縮性小的或具有微膨脹性的水泥。
　　3.1.2在選擇骨料時，應(yīng)選擇線膨脹系數(shù)小、巖石彈模較低、表面清潔無弱包裹層、級配良好的骨料。石子級配：大體積混凝土宜采用連續(xù)級配。
　　3.1.3砂除滿足骨料規(guī)范要求外，應(yīng)適當放寬石粉或細粉含量，有利于提高混凝土的工作性，而且可提高混凝土的密實性、耐久性和抗裂性。
　　3.1.4摻合料和外加劑：
　　3.1.4.1粉煤灰只要細度與水泥顆粒相當，燒失量小，含硫量和含堿量低，需水量比小，均可摻用在混凝土中使用。
　　3.1.4.2高效減水劑和引氣劑復合使用對減少混凝土單位用水量和膠凝材料用量，提高硬化混凝土的力學、熱學、變形、耐久性等性能起著極為重要的作用。
　　3.1.5水：水源對大體積混凝土的影響主要是在攪拌溫度控制上。
　　3.2混凝土配合比控制
　　混凝土配合比設(shè)計時，應(yīng)盡可能的降低混凝土的單位用水量，采用低砂率、低坍落度、低水灰比，摻高效減水劑和高性能引氣劑，高粉煤灰摻量的設(shè)計準則，生產(chǎn)出高強、高韌性、中彈、低熱和高抗拉的抗裂混凝土。
　　3.3設(shè)計控制��
　　3.3.1采用合理的平面和立面設(shè)計，避免截面突變，從而減小約束應(yīng)力；��
　　3.3.2合理布置分布鋼筋，盡量采用小直徑，密間距。全截面配筋率不小于0.3%，應(yīng)在0.3%~0.5%之間。
　　3.3.3避免采用高強混凝土，盡可能選用中、低強度的混凝土。
　　3.4施工控制��
　　3.4.1供料：在澆筑前，攪拌站配備足夠的原料，特別是水泥確保同一廠家，同一批次，符合同一混凝土配比的水泥。��
　　3.4.2運料：為使混凝土的運輸不至于影響混凝土的澆筑，行車路線必須要要提前考察。��
　　3.4.3澆筑：根據(jù)混凝土澆筑量、構(gòu)件形式、混凝土澆筑方式等進行確認。分層澆筑可以增大散熱面積，保證施工質(zhì)量。��
　　3.4.4振搗：實行快插慢拔、分層振搗的振搗方法。
　　3.4.5養(yǎng)護：混凝土澆筑后，及時進行養(yǎng)護，以通過降低內(nèi)外溫度差和減慢降溫速度來達到降低塊體自約束應(yīng)力和提高混凝土抗拉強度。
　　3.4.6監(jiān)測：混凝土澆筑前，在混凝土內(nèi)部布設(shè)傳感器或設(shè)置溫度測量孔，使內(nèi)外溫度直接顯示出來，方便將內(nèi)外溫差控制在25℃以內(nèi)。��3.4.7內(nèi)部降溫：在混凝土內(nèi)部敷設(shè)循環(huán)冷卻水管以降低混凝土內(nèi)部溫度。��
　　3.4.8蓄熱養(yǎng)護：混凝土澆筑完成后，可以采用草簾被或水進行蓄熱，以限制混凝土表面的溫度散發(fā)過快造成溫度裂縫，使內(nèi)外溫差控制在25℃以內(nèi)。��
　　3.4.9澆筑溫度：大體積混凝土澆筑宜避開炎熱的夏季，這樣可有利于減小溫差，進而減小溫度應(yīng)力。
　　四、混凝土裂縫控制設(shè)計實例
　　工程實例:××廠易地技術(shù)改造項目中煙1#橋墩直徑為1.6m，混凝土及其原材料各種原始數(shù)據(jù)及參數(shù)為：C30混凝土采用P.S42.5礦渣硅酸鹽水泥,其配合比為（單位kg）=水158：水泥297：砂717：石子1254：粉煤灰67(每立方米混凝土質(zhì)量比),砂、石含水率分別為Ps2%、Pg1%,混凝土容重為2480kg/m3。各種材料的溫度及環(huán)境氣溫：水Tw22℃，砂、石子Tc、Ts21℃，水泥Tg26℃、粉煤灰Tf23℃，環(huán)境氣溫TQ21℃。
　　4.1混凝土溫度計算
　　4.1.1拌和溫度計算:
　　公式T0=∑TimiCi/∑miCi可轉(zhuǎn)換為:T0=[0.9(mcTc+msTs+mgTg+mfTf)+4.2Tw(mw-Psms-Pgmg)+C1(PsmsTs+PgmgTg)-C2(Psms+Pgmg)]÷[4.2mw+0.9(mc+ms+mg+mf)]
　　式中:T0為拌和溫度;
　　mw、mc、ms、mg、mf—水、水泥、砂、石子、粉煤灰單位用量(kg);
　　C1、C2—水的比熱容(KJ/Kg•K)及溶解熱(KJ/Kg)。
　　當骨料溫度>0℃時,C1=4.2,C2=0;
　　當骨料溫度＜0℃時C1=2.1,C2=335。
　　本實例中拌和溫度為:T0=22.14℃。
　　4.1.2出機溫度計算:
　　按公式T1=T0-0.16(T0-Ti)式中:T1—出機溫度(℃);Ti—攪拌棚內(nèi)溫度(℃)。本例中,T1=22.6℃。
　　4.1.3混凝土澆筑溫度計算:
　　按公式TJ=T1-(α•τn+0.032n)•(T1-TQ)式中:TJ—澆筑溫度(℃);τn—開始運輸至澆筑完成時間(h);n—混凝土運轉(zhuǎn)次數(shù)。α—溫度損失系數(shù)(/h)本例中,若τn取1/3,n取1,α取0.25,則:
　　TJ=22.42℃＜30℃
　　4.1.4絕熱溫升計算
　　Th=W0•Q0/(C•ρ)
　　式中:W0—每立方米混凝土中的水泥用量(kg/m3);Q0—每公斤水泥的累積最終熱量(KJ/kg);C—混凝土的比熱容取0.97(KJ/kg•k);ρ—混凝土的質(zhì)量密度(kg/m3)
　　Th=41.1℃
　　4.1.5內(nèi)部實際溫度計算
　　Tm=TJ+ξ•Th
　　式中:Th—混凝土最終絕熱溫升;ξ—溫降系數(shù)查建筑施工手冊,若混凝土澆筑厚度3.4m。則:ξ3取0.704,ξ7取0.685,ξ14取0.527,ξ21取0.328。
　　本例中:Tm(3)=51.35℃;
　　Tm(7)=50.57℃;
　　Tm(14)=44.08℃;
　　Tm(21)=36.23℃。
　　4.1.6表面溫度計算
　　Tb(τ)=Tq+4h’(H-h’)ΔT(τ)/H2式中:Tb(τ)—齡期τ時混凝土表面溫度(℃);Tq—齡期τ時的大氣溫度(℃);H—混凝土結(jié)構(gòu)的計算厚度(m)。按公式H=h+2h’計算,h—混凝土結(jié)構(gòu)的實際厚度(m);h’—混凝土結(jié)構(gòu)的虛厚度(m):h’=K•λ/βK—計算折減系統(tǒng)取0.666,λ—混凝土導熱系數(shù)取2.33W/m•K。β—模板及保溫層傳熱系數(shù)(W/m2•K):β值按公式β=1/(∑δi/λi+1/βg)計算,δi—模板及各種保溫材料厚度(m);λi—模板及各種保溫材料的導熱系數(shù)(W/m•K);βg—空氣層傳熱系數(shù)可取23W/m2•K。ΔT(τ)—齡期τ時,混凝土中心溫度與外界氣溫之差(℃):
　　ΔT(τ)=Tm(τ)-Tq,
　　若保護層厚度取0.04m,混凝土灌注高度為7m,則:
　　β=1/(0.003/58+0.04/0.06+1/23)=1.41
　　h’=K•λ/β=0.666×2.33/1.41=1.1
　　H=h+2h’=9.2(m)
　　若Tq取21℃,則:
　　ΔT(3)=30.35℃
　　ΔT(7)=29.57℃
　　ΔT(14)=23.08℃
　　ΔT(21)=15.23℃
　　則:Tb(3)=33.78℃
　　Tb(7)=33.45℃
　　Tb(14)=30.72℃
　　Tb(21)=27.41℃
　　4.1.7內(nèi)部與表面溫差計算
　　ΔT(τ)s=Tm(τ)-Tb(τ)
　　本工程實例中:
　　ΔT(3)s=17.57(℃)
　　ΔT(7)s=17.12(℃)
　　ΔT(14)s=13.36(℃)
　　ΔT(21)s=8.82(℃)
　　4.2大體積混凝土施工技術(shù)措施
　　4.2.1原材料預控。
　　4.2.1.1水泥必須有產(chǎn)品合格證、出廠檢驗報告和進場復驗報告。混凝土使用的水泥強度等級不應(yīng)低于42.5MPa；同時由于設(shè)計對耐久性的要求：砼最小水泥用量為275Kg/m3。選用高標號普通硅酸鹽水泥（P.O42.5）。
　　4.2.1.2粉煤灰的級別不應(yīng)低于二級，質(zhì)量應(yīng)符合現(xiàn)行國家標準《用于水泥和混凝土中的粉煤灰》GB1596-2005等的規(guī)定。摻量≤20％。加入緩凝型復合高效減水劑，延長水化熱釋放時間，降低水泥用量。添加UEA建設(shè)部認可的砼膨脹劑，并應(yīng)由生產(chǎn)廠家做技術(shù)質(zhì)量保證和施工指導。
　　4.2.1.3石子優(yōu)先選用抗壓強度高的粗骨料，粒徑5-40mm，符合國家現(xiàn)行標準《普通混凝土用碎石或卵石質(zhì)量標準及檢驗方法》（JGJ53）的規(guī)定，石子含泥量＜1%。��
　　4.2.1.4砂宜采用中粗砂，其它要求應(yīng)符合國家現(xiàn)行標準《普通混凝土用砂質(zhì)量標準及檢驗方法》（JGJ52）的規(guī)定。
　　4.2.1.5使用飲用水拌制混凝土，并符合國家現(xiàn)行標準《混凝土拌合用水》（JGJ63）的規(guī)定標準。��
　　4.2.2澆筑和振搗要求。
　　每一段內(nèi)混凝土連續(xù)澆筑，并在下層混凝土初凝前將上層混凝土澆筑完畢。
　　澆筑混凝土時設(shè)專人看模，經(jīng)常觀察模板、支架、鋼筋、預埋件、預留孔洞、鋼筋保護層的情況，當發(fā)生變形移位時立即停止?jié)仓�，并在已澆筑的混凝土初凝前修整完好。�?br /> 　　使用30或50棒插入式振搗棒要快插慢拔，插點呈梅花形布置，按順序進行，不得遺漏。移動間距不大于振搗棒作用半徑的1.5倍，振搗時間以混凝土表面出現(xiàn)浮漿及不出現(xiàn)氣泡、下沉為宜，實行快插慢拔、分層振搗的振搗方法。振搗上一層時插入下一層混凝土5cm以消除兩層間的接縫。��
　　4.2.3澆筑。
　　混凝土澆筑采用分層分段澆注施工。混凝土初凝時間不小于8h（在商品混凝土供應(yīng)合同中明確），在下層混凝土初凝前1h內(nèi)必須將上層混凝土澆筑完畢。��
　　澆注產(chǎn)生的泌水容易使混凝土表面水泥砂漿層過厚，致使混凝土強度不均產(chǎn)生收縮裂縫；澆筑過程及時處理掉。��
　　及時將輸送到模板內(nèi)的混凝土振搗密實，不得漏振、過振。
　　4.2.3溫度測試。
　　加強測溫和溫度監(jiān)測與管理，隨時控制內(nèi)外溫差在25℃以內(nèi)，及時調(diào)整保溫和養(yǎng)護措施，使混凝土的溫度梯度和濕度不致過大。��
　　根據(jù)混凝土溫度應(yīng)力和收縮應(yīng)力的分析，采用電子測溫儀測控溫度，具體做法是預埋測溫探頭進行測溫，測溫探頭的位置應(yīng)具有代表性，同時根據(jù)溫度對稱分布的特點，按澆筑高度，分布在底、中、表面，按平面尺寸分邊緣和中間兩種，對橋墩布點測溫，控制指標如下：�サ撞繙夭詈突炷�土中心溫差均控制在20℃以內(nèi)��
　　混凝土內(nèi)外溫差不大于25℃；��
　　降溫速度不大于1.5～2℃／d；��
　　控制混凝土出罐和入模溫度；��
　　4.2.4混凝土養(yǎng)護。
　　混凝土澆筑后，及時進行養(yǎng)護。��
　　混凝土養(yǎng)護采用一層塑料布上加兩層草簾子，在現(xiàn)場另準備一層塑料布和一層草簾子，據(jù)測溫記錄確定是否需蓋草簾子，依據(jù)現(xiàn)場測溫結(jié)果，必要時采取蓄水方式進行保溫養(yǎng)護。��
　　在澆筑完畢12h內(nèi)，開始進行養(yǎng)護，當日平均大氣溫度超過+5℃時，采取澆水或保溫養(yǎng)護，低于+5℃時不得澆水。養(yǎng)護期限根據(jù)混凝土測溫記錄確定。��
　　5.結(jié)束語��
　　大體積混凝土施工質(zhì)量的好壞，最重要的準備工作，從設(shè)計、原材料、攪拌、運輸、澆筑、振搗、養(yǎng)護、測溫等過程進行預控制，提前進行混凝土配比的確定、澆筑前熱功計算、編制合理的實施計劃以及澆筑后裂縫控制計算、保溫材料的選擇及厚度計算。因而，在大體積混凝土的施工過程中，大體積混凝土施工方案的成功與否，將直接影響大體積混凝土施工質(zhì)量。��