【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(guò)程中釋放出大量水化熱，使混凝土內(nèi)部溫升較快，因?yàn)榛炷�土�?dǎo)熱不良，相對(duì)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(dǎo)致混凝土結(jié)構(gòu)出現(xiàn)溫度裂縫。本文著重計(jì)算并控制混凝土硬化過(guò)程中的溫度,進(jìn)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(dāng)混凝土內(nèi)外溫差較大時(shí)，導(dǎo)致混凝土產(chǎn)生溫度裂縫，嚴(yán)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(guó)際上對(duì)大體積混凝土定義的標(biāo)準(zhǔn)：指實(shí)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(dāng)混凝土內(nèi)外溫差較大時(shí)，會(huì)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(dǎo)熱不良，體積過(guò)大，相對(duì)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(qiáng)度則產(chǎn)生裂縫。��
　　因此控制大體積混凝土開(kāi)裂必須著重考慮兩個(gè)因素。一）提高混凝土的抗拉強(qiáng)度，保證其能克服各種因素引起的開(kāi)裂應(yīng)力：二）控制溫度應(yīng)力＜混凝土的抗拉強(qiáng)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(jì)、施工組織安排三個(gè)方面著手。
　　3.1原材料的控制。
　　3.1.1水泥：在選擇水泥時(shí)，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(shí)，應(yīng)選擇線膨脹系數(shù)小、巖石彈模較低、表面清潔無(wú)弱包裹層、級(jí)配良好的骨料。石子級(jí)配：大體積混凝土宜采用連續(xù)級(jí)配。
　　3.1.3砂除滿足骨料規(guī)范要求外，應(yīng)適當(dāng)放寬石粉或細(xì)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(shí)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(xì)度與水泥顆粒相當(dāng)，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(fù)合使用對(duì)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(xué)、熱學(xué)、變形、耐久性等性能起著極為重要的作用。
　　3.1.5水：水源對(duì)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(jì)時(shí)，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(jì)準(zhǔn)則，生產(chǎn)出高強(qiáng)、高韌性、中彈、低熱和高抗拉的抗裂混凝土。
　　3.3設(shè)計(jì)控制��
　　3.3.1采用合理的平面和立面設(shè)計(jì)，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(qiáng)混凝土，盡可能選用中、低強(qiáng)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(yùn)料：為使混凝土的運(yùn)輸不至于影響混凝土的澆筑，行車(chē)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(jìn)行確認(rèn)。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(shí)行快插慢拔、分層振搗的振搗方法。
　　3.4.5養(yǎng)護(hù)：混凝土澆筑后，及時(shí)進(jìn)行養(yǎng)護(hù)，以通過(guò)降低內(nèi)外溫度差和減慢降溫速度來(lái)達(dá)到降低塊體自約束應(yīng)力和提高混凝土抗拉強(qiáng)度。
　　3.4.6監(jiān)測(cè)：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(cè)量孔，使內(nèi)外溫度直接顯示出來(lái)，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(hù)：混凝土澆筑完成后，可以采用草簾被或水進(jìn)行蓄熱，以限制混凝土表面的溫度散發(fā)過(guò)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(kāi)炎熱的夏季，這樣可有利于減小溫差，進(jìn)而減小溫度應(yīng)力。
　　四、混凝土裂縫控制設(shè)計(jì)實(shí)例
　　工程實(shí)例:××廠易地技術(shù)改造項(xiàng)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(jì)算
　　4.1.1拌和溫度計(jì)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(dāng)骨料溫度>0℃時(shí),C1=4.2,C2=0;
　　當(dāng)骨料溫度＜0℃時(shí)C1=2.1,C2=335。
　　本實(shí)例中拌和溫度為:T0=22.14℃。
　　4.1.2出機(jī)溫度計(jì)算:
　　按公式T1=T0-0.16(T0-Ti)式中:T1—出機(jī)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(jì)算:
　　按公式TJ=T1-(α•τn+0.032n)•(T1-TQ)式中:TJ—澆筑溫度(℃);τn—開(kāi)始運(yùn)輸至澆筑完成時(shí)間(h);n—混凝土運(yùn)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(jì)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(shí)際溫度計(jì)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(cè),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(jì)算
　　Tb(τ)=Tq+4h’(H-h’)ΔT(τ)/H2式中:Tb(τ)—齡期τ時(shí)混凝土表面溫度(℃);Tq—齡期τ時(shí)的大氣溫度(℃);H—混凝土結(jié)構(gòu)的計(jì)算厚度(m)。按公式H=h+2h’計(jì)算,h—混凝土結(jié)構(gòu)的實(shí)際厚度(m);h’—混凝土結(jié)構(gòu)的虛厚度(m):h’=K•λ/βK—計(jì)算折減系統(tǒng)取0.666,λ—混凝土導(dǎo)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(jì)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(dǎo)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(shí),混凝土中心溫度與外界氣溫之差(℃):
　　ΔT(τ)=Tm(τ)-Tq,
　　若保護(hù)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(jì)算
　　ΔT(τ)s=Tm(τ)-Tb(τ)
　　本工程實(shí)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(yù)控。
　　4.2.1.1水泥必須有產(chǎn)品合格證、出廠檢驗(yàn)報(bào)告和進(jìn)場(chǎng)復(fù)驗(yàn)報(bào)告。混凝土使用的水泥強(qiáng)度等級(jí)不應(yīng)低于42.5MPa；同時(shí)由于設(shè)計(jì)對(duì)耐久性的要求：砼最小水泥用量為275Kg/m3。選用高標(biāo)號(hào)普通硅酸鹽水泥（P.O42.5）。
　　4.2.1.2粉煤灰的級(jí)別不應(yīng)低于二級(jí)，質(zhì)量應(yīng)符合現(xiàn)行國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《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(fù)合高效減水劑，延長(zhǎng)水化熱釋放時(shí)間，降低水泥用量。添加UEA建設(shè)部認(rèn)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(dǎo)。
　　4.2.1.3石子優(yōu)先選用抗壓強(qiáng)度高的粗骨料，粒徑5-40mm，符合國(guó)家現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)《普通混凝土用碎石或卵石質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)及檢驗(yàn)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(guó)家現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)《普通混凝土用砂質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)及檢驗(yàn)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(guó)家現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)《混凝土拌合用水》（JGJ63）的規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)。��
　　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?xí)r設(shè)專(zhuān)人看模，經(jīng)常觀察模板、支架、鋼筋、預(yù)埋件、預(yù)留孔洞、鋼筋保護(hù)層的情況，當(dāng)發(fā)生變形移位時(shí)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(diǎn)呈梅花形布置，按順序進(jìn)行，不得遺漏。移動(dòng)間距不大于振搗棒作用半徑的1.5倍，振搗時(shí)間以混凝土表面出現(xiàn)浮漿及不出現(xiàn)氣泡、下沉為宜，實(shí)行快插慢拔、分層振搗的振搗方法。振搗上一層時(shí)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(shí)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(guò)厚，致使混凝土強(qiáng)度不均產(chǎn)生收縮裂縫；澆筑過(guò)程及時(shí)處理掉。��
　　及時(shí)將輸送到模板內(nèi)的混凝土振搗密實(shí)，不得漏振、過(guò)振。
　　4.2.3溫度測(cè)試。
　　加強(qiáng)測(cè)溫和溫度監(jiān)測(cè)與管理，隨時(shí)控制內(nèi)外溫差在25℃以內(nèi)，及時(shí)調(diào)整保溫和養(yǎng)護(hù)措施，使混凝土的溫度梯度和濕度不致過(guò)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(cè)溫儀測(cè)控溫度，具體做法是預(yù)埋測(cè)溫探頭進(jìn)行測(cè)溫，測(cè)溫探頭的位置應(yīng)具有代表性，同時(shí)根據(jù)溫度對(duì)稱分布的特點(diǎn)，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(duì)橋墩布點(diǎn)測(cè)溫，控制指標(biāo)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(hù)。
　　混凝土澆筑后，及時(shí)進(jìn)行養(yǎng)護(hù)。��
　　混凝土養(yǎng)護(hù)采用一層塑料布上加兩層草簾子，在現(xiàn)場(chǎng)另準(zhǔn)備一層塑料布和一層草簾子，據(jù)測(cè)溫記錄確定是否需蓋草簾子，依據(jù)現(xiàn)場(chǎng)測(cè)溫結(jié)果，必要時(shí)采取蓄水方式進(jìn)行保溫養(yǎng)護(hù)。��
　　在澆筑完畢12h內(nèi)，開(kāi)始進(jìn)行養(yǎng)護(hù)，當(dāng)日平均大氣溫度超過(guò)+5℃時(shí)，采取澆水或保溫養(yǎng)護(hù)，低于+5℃時(shí)不得澆水。養(yǎng)護(hù)期限根據(jù)混凝土測(cè)溫記錄確定。��
　　5.結(jié)束語(yǔ)��
　　大體積混凝土施工質(zhì)量的好壞，最重要的準(zhǔn)備工作，從設(shè)計(jì)、原材料、攪拌、運(yùn)輸、澆筑、振搗、養(yǎng)護(hù)、測(cè)溫等過(guò)程進(jìn)行預(yù)控制，提前進(jìn)行混凝土配比的確定、澆筑前熱功計(jì)算、編制合理的實(shí)施計(jì)劃以及澆筑后裂縫控制計(jì)算、保溫材料的選擇及厚度計(jì)算。因而，在大體積混凝土的施工過(guò)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。��