建筑工程施工中大体积混凝土的温控技术

蔡海波 郭翔

【摘要】大体积混凝土施工时，选用合适的原料和外加剂，控制混凝土的温升，延缓混凝土的降温速率，选择合理的施工工艺，采取相应的降温与养护措施，及时进行安全监测，避免出现裂缝，以保证混凝土结构的施工质量。本文对大体积混凝土温度控制措施进行了探讨。

【关键词】大体积；混凝土；温度；控制；措施

随着我国电力发展速度的不断加快，大装机容量的火力发电工程以及高电压等级的输变电工程日益增多。由此，带来大量单个混凝土方量从几百立方米到几千立方米不等的大体积基础，而大体积混凝土在施工过程中极易产生裂缝，严重影响建筑物的安全性和耐久性，影响其正常使用功能。

一、大体积混凝土裂缝的危害

《大体积混凝土施工规范》中大体积混凝土的定义为，混凝土结构物实体最小几何尺寸不小于1 m 的大体量混凝土，或预计会因混凝土中胶凝材料水化引起的温度变化和收缩而导致有害裂缝产生的混凝土。在大体积混凝土中，主要材料包括水泥、砂和石料等。在混凝土结构中，水泥浆体硬化后，其干缩值比较大，石料会对水泥浆体的自由收缩产生限制，使得混凝土结构从硬化开始就会在骨料与水泥浆体的粘结面上形成微裂缝。同时，由于混凝土中各种材料的物理性能不同，在混凝土结构中出现诸如空洞、孔道、裂缝、疏松等固有缺陷。

在不大的外力或变形作用下，混凝土结构中的微裂缝是稳定的。但当受到外力导致混凝土产生变形的作用较大时，在混凝土内部的微裂缝逐渐发展扩大，甚至能够对硬化后的水泥石形成贯穿，逐步发展成为宏观裂缝，影响混凝土结构安全。在大体积混凝土结构中，存在的部分轻微细小的裂缝，甚至极少量的宏观裂缝，这仅会对结构外观造成影响，对结构的使用性能、耐久性能及安全性能不会有大的影响。但当宏观裂缝逐步发展扩大，形成较宽较深的宏观裂缝时，就给腐蚀介质的侵入留下通道，水分及有害物质顺着裂缝渗入，诱发出现如钢筋锈蚀、混凝土碳化和酥松脱落等病害，则会对结构的耐久性和防水性造成破坏性的影响，影响混凝土结构的安全。

二、大体积混凝土温度裂缝产生的主要原因

1、原材料水化热导致的温度升高

水泥在水化时会产生大量的热量，如果混凝土的体积较大，热量很难散发出去，混凝土内部的温度就会快速升高。混凝土在浇筑3～5d 后温度会达到高温峰值，当混凝土内部温度与表面温度差距过大时，就会产生温度应力和温度变形。当这种温度应力大于混凝土内外的约束力时，就会形成混凝土温度裂缝。

2、 约束条件产生的裂缝

大体积混凝土构筑物通常与地基浇筑在一起，当温度变化时，在下部地基的约束下，会产生外部的约束力。混凝土早期的弹性模量较小，混凝土的徐变度和应力松弛度却很大，因此，压应力也较小。但当温度下降时，拉应力会随之上升，混凝土的抗拉应力小于这种拉应力时，裂缝便会产生。

3、大体积混凝土结构自收缩产生的裂缝

混凝土在浇筑以后因为混凝土当中的水分较大，在混凝土干燥时，其中有大量的水分会被蒸发掉，产生干燥收缩。而大体积混凝土表面要比中心干燥的快，因此，表面便会产生收缩裂缝。

三、大体积混凝土温度控制措施

1、采用低热或中热水泥

水泥品种和标号高低的選择对混凝土裂缝的产生有较大影响。选用低热水泥，条件允许情况下， 加入矿渣和粉煤灰掺合料降温效果会更好。在实际选取过程中，水泥的强度等级要与混凝土的强度等级相一致，不要低于混凝土的强度等级选用水泥，当水泥标号较低时，会导致混凝土强度不足，产生裂缝；另外，标号越低，混凝土收缩也越大，进而产生裂缝。

2、掺入适量外加剂和混合材料

外加剂的加入，可使混凝土具备很多特点，产生一些优良性能。有的外加剂，有利于混凝土的流动，加入适量，可提高混凝土的和易性，提高其泵送性能；加入适量的缓凝剂，可延缓混凝土的初凝时间；加入一定量的木钙粉，可以降低水泥释放的水化热；而加入一定的引气剂，对混凝土的抗冻性、抗渗性有较大影响。粉煤灰加入混凝土中，能延缓和减少热量的散发，延长散热时间，使混凝土降温20 ～25 % 。掺入一定量的粉煤灰，对改变混凝土性能有较大影响。加入膨胀剂可防混凝土开裂。

3 、浇筑时采取的措施

控制混凝土浇筑时间，浇筑时间不应大于混凝土的初凝时间，避免混凝土在浇筑过程中由于水化热引起的温度应力产生内部裂缝。浇筑常用方法有以下几种：

（1）全面分层

即在第一层全面浇筑全部浇筑完毕后，再回头浇筑第二层，此时应使第一层混凝土还未初凝，如此逐层连续浇筑，直至完工为止。采用这种方案，适用于结构平面尺寸一般不宜太大，施工时从短边开始，沿长边推进比较合适。必要时可分成两段，从中间向两端或从两端向中间同时进行浇筑。

（2）分段分层

混凝土浇筑时，先从底层开始，浇筑至一定距离后浇筑第二层，如此依次向前浇筑其他各层。由于总的层数较多，所以浇筑到顶后，第一层末端的混凝土还未初凝，又可以从第二段依次分层浇筑。这种方案适用于单位时间内要求供应的混凝土较少，结构物厚度不太大而面积或长度较大的工程。

（3）斜面分层

要求斜面的坡度不大于1/3， 适用于结构的长度超过厚度3 倍的情况。混凝土从浇筑层下端开始，逐渐上移。

4、采取保温与降热措施

（1）保温措施。大量工程实例显示，大体积混凝土裂缝的通病问题在于表面裂缝，表面裂缝也是最为常见的裂缝形式，虽然单纯的表面浅层裂缝不会造成结构承载力的降低，但对于耐久性和长期使用而言是极为不利的，主要表现为表层裂缝向深层裂缝及贯穿裂缝的发展，进而破坏了结构的整体性和耐久性。为避免表面裂缝的产生与扩展，必须全面分析环境条件的影响，并采用相应的保温措施达到内外与环境之间温度应力的控制效果。

（2）水管冷却。水管冷却是利用预埋水管，在大体积混凝浇筑后通冷水以带走内部热量，这种方法与分块浇筑相比，虽然工序稍多，但其降温效果明显，对于控制施工进度有利，利用水温与水量的变化，还能调节温控过程，达到有效控制温度应力的目的。在人工降温方式中，水管冷却是最为常见的。

5、 混凝土裂缝

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三种。出现裂缝并不是绝对地影响结构安全，它都有一个最大允许值。处于室内正常环境的一般构件最大裂缝宽度≤0.3mm；处于露天或室内高湿度环境的构件最大裂缝宽度≤0.2mm。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0.1-0.2mm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0.2-0.3mm，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0.3mm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：由于内外温差而产生的；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，但受拉力却很小，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。

四、结语

综上所述，大体积混凝土温度裂缝控制非常复杂，它是一项技术性强的系统工程，涉及到很多因素。因此，在以后的大体积混凝土施工中，应因地制宜，采取完善的技术措施，认真做好每一个施工环节，就能更好的控制混凝土裂缝问题的出现。