摘要 ：在大體積混凝土工程中, 為了防止溫度裂縫的產(chǎn)生或把裂縫控制在某個界限內(nèi), 必須進行溫度控制。一般要選用合適的原料和外加劑，控制混凝土的溫升，延緩混凝土的降溫速率；選擇合理的施工工藝，采取相應的降溫與養(yǎng)護措施，及時進行安全監(jiān)測，避免出現(xiàn)裂縫，以保證混凝土結(jié)構的施工質(zhì)量。在此對大體積混凝土溫度控制措施進行了探討。

關鍵詞：大體積混凝土，溫度裂縫，溫度控制，水化熱      

  隨著我國各項基礎設施建設的加快和城市建設的發(fā)展, 大體積混凝土已經(jīng)愈來愈廣泛地應用于大型設備基礎、橋梁工程、水利工程等方面。這種大體積 混凝土具有體積大、混凝土數(shù)量多、工程條件復雜和施工技術要求高等特點, 在設計和施工中除了必須滿足強度、剛度、整體性和耐久性的要求外, 還必須控制溫度變形裂縫的開展, 保證結(jié)構的整體性和建筑物的安全。因此控制溫度應力和溫度變形裂縫的擴展, 是大體積混凝土設計和施工中的一個重要課題。

大體積混凝土的溫度裂縫的產(chǎn)生原因

 大體積混凝凝土施工階段產(chǎn)生的溫度裂縫，時期內(nèi)部矛盾發(fā)展的結(jié)果，一方面是混凝土內(nèi)外溫差產(chǎn)生應力和應變，另一方面是結(jié)構的外約束和混凝土各質(zhì)點間的內(nèi)約束阻止這種應變，一旦溫度應力超過混凝土所能承受的抗拉強度，就會產(chǎn)生裂縫。

1、水泥水化熱

  在混凝土結(jié)構澆筑初期，水泥水化熱引起溫升，且結(jié)構表面 自然散熱。因此，在澆筑后的 3 d ～ 5 d，混凝土內(nèi)部達到最高溫 度�；炷�土結(jié)構自身的導熱性能差，且大體積混凝土由于體積巨大，本身不易散熱，水泥水化現(xiàn)象會使得大量的熱聚集在混凝土內(nèi)部，使得混凝土內(nèi)部迅速升溫。而混凝土外露表面容易散發(fā)熱 量，這就使得混凝土結(jié)構溫度內(nèi)高外低，且溫差很大，形成溫度應力。當產(chǎn)生的溫度應力( 一般是拉應力) 超過混凝土當時的抗拉強度時，就會形成表面裂縫

2、外界氣溫變化

大體積混凝土結(jié)構在施工期間，外界氣溫的變化對防止大體積混凝土裂縫的產(chǎn)生起著很大的影響。混凝土內(nèi)部的溫度是由澆筑溫度、水泥水化熱的絕熱溫度和結(jié)構的散熱溫度等各種溫度疊加之和組成。澆筑溫度與外界氣溫有著直接關系，外界氣溫愈高，混凝土的澆筑溫度也就會愈高；如果外界溫度降低則又會增加大體積混凝土的內(nèi)外溫差梯度。如果外界溫度的下降過快，會造成很大的溫度應力，極其容易引發(fā)混凝土的開裂。另外外界的濕度對混凝土的裂縫也有很大的影響，外界的濕度降低會加速混凝土的干縮，也會導致混凝土裂縫的產(chǎn)生。

大體積混凝土的溫度控制措施

針對大體積混凝土溫度裂縫成因, 可從以下幾方面制定溫控防裂措施。

一、溫度控制標準

 混凝土溫度控制的原則是：（1）盡量降低混凝土的溫升、延緩最高溫度出現(xiàn)時間；（2）降低降溫速率；（3）降低混凝土中心和表面之間、新老混凝土之間的溫差以及控制混凝土表面和氣溫之間的差值。溫度控制的方法和制度需根據(jù)氣溫（季節(jié)）、混凝土內(nèi)部溫度、結(jié)構尺寸、約束情況、混凝土配合比等具體條件確定。

二、混凝土的配置及原料的選擇

1、 使用水化熱低的水泥

 由于礦物成分及摻合料數(shù)量不同, 水泥的水化熱差異較大。鋁酸三鈣和硅酸三鈣含量高的, 水化熱較高,摻合料多 的水泥水化熱較低。因此選用低水化熱或中水化熱的水泥品種配制混凝土。不宜使用早強型水泥。采取到貨前先臨 時貯存散熱的方法, 確�；炷�土攪拌時水泥溫度盡可能較低。 

2、 使用微膨脹水泥

 使用微膨脹水泥的目的是在混凝土降溫收縮時膨脹,補償收縮, 防止裂縫。但目前使用的微膨脹水泥, 大多膨脹過早, 即混凝土升溫時膨脹, 降溫時已膨脹完畢, 也開始收 縮, 只能使升溫的壓應力稍有增大, 補償收縮的作用不大。 所以應該使用后膨脹的微膨脹水泥。

3、控制砂、石的含泥量

 嚴格控制砂的含泥量使之不大于3% ; 石子的含泥量, 使之不大于 1% , 精心設計、選擇混凝土成分配合如盡可 能采用粒徑較大、質(zhì)量優(yōu)良、級配良好的石子。粒徑越大、級配良好, 骨料的孔隙率和表面積越小, 用水量減少, 水泥用量 也少。在選擇細骨料時, 其細度模數(shù)宜在 26~ 29。工程實踐證明, 采用平均粒徑較大的中粗砂, 比采用細砂每方混凝土中可減少用水量 20~ 25kg, 水泥相應減少 28~ 35kg, 從而 降低混凝土的干縮,減少水化熱, 對混凝上的裂縫控制有重要作用。

4、采用線脹系數(shù)小的骨料

 混凝土由水泥漿和骨料組成, 其線脹系數(shù)為水泥漿和骨料線脹系數(shù)的加權 (占混凝土的體積 )平均值。骨料的線脹系數(shù)因母巖種類而異。不同巖石的線脹系數(shù)差異很大。大體積混凝土中的骨料體積占 75% 以上, 采用線脹系數(shù)小的骨 料對降低混凝土的線脹系數(shù), 從而減小溫度變形的作用是十分顯著的。 

5、外摻料選擇 

 水泥水化熱是大體積混凝土發(fā)生溫度變化而導致體積變化的主要根源。干濕和化學變化也會造成體積變化,但通常都遠遠小于水泥水化熱產(chǎn)生的體積變化。因此，除采用水化熱低的水泥外, 要減小溫度變形, 還應千方百計地降低水泥用量, 減少水的用量。根據(jù)試驗每減少10kg水泥, 其水化熱將使混凝土的溫度相應升降1℃。這就要求: （1）在滿足結(jié)構安全的前提, 盡量降低設計要求強度。

（2）眾所周知, 強度越低, 水泥用量越小。充分利用混凝土后期強度, 采用較長的設計齡期混凝 土的強度, 特別是摻加活性混合材 (礦渣、粉煤灰 )的。大體積混凝土因工程量大, 施工時間長, 有條件采用較長的設計齡期, 如 90d、180d等。折算成常規(guī)齡期 28d的設計強度就可降低, 從而減小水泥用量。

（3）摻加粉煤灰: 粉煤灰的水化熱遠小于水泥, 7d約為水泥1/3, 28d約為水泥的1/20摻加粉煤灰減小水泥用量可有效降低水化熱。大體積混凝土的強度通常要求較低, 允許參加較多的粉煤灰。另外, 優(yōu)質(zhì)粉煤灰的需水性小, 有減水作用, 可降低混凝土的單位用水量和水泥用量; 還可減小混凝土的自身體積收縮, 有的還略有膨脹, 有利于防裂。摻粉煤灰還能抑制堿骨料反應并防止因此產(chǎn)生的裂縫。 （4）摻減水劑: 摻減水劑可有效地降低混凝土的單位用水量, 從而降低水泥用量。緩凝型減水劑還有抑制水泥水化作用, 可降低水化溫升, 有利于防裂。大體積混凝土中摻加的減水劑主要是木質(zhì)素磺酸鈣, 它對水泥顆粒有明顯的分散效 應, 可有效地增加混凝土拌合物的流動性, 且能使水泥水化較充分, 提高混凝土的強度。若保持混凝土的強度不變, 可節(jié)約水泥 10% 。從而可降低水化熱, 同時可明顯延緩水化熱 釋放速度, 熱峰也相應推遲。

三、混凝土澆筑溫度的控制

  降低混凝土的澆筑溫度對控制混凝土裂縫非常重要。相同混凝土，入模溫度高的溫升值要比入模溫度低的大許多�；炷�土的入模溫度應視氣溫而調(diào)整。在炎熱氣候下不應超過28℃，冬季不應低于5℃。在混凝土澆筑之前，通過測量水泥、粉煤灰、砂、石、水的溫度，可以估算澆筑溫度。若澆筑溫度不在控制要求內(nèi)，則應采取相措施。

1、在高溫季節(jié)、高溫時段澆筑的措施

（1）除水泥水化溫升外, 混凝土本身的溫度也是造成體積變化的原因, 有條件的應盡量避免在夏季澆筑。若無法做到, 則應避免在午間高溫時澆筑。

（2）高溫季節(jié)施工時, 設混凝土攪拌用水池 (箱 ), 拌和混凝土時, 拌和水內(nèi)可以加冰屑 (可降低 3~ 4 )和冷卻骨料 (可降低 10以上 ), 降低攪拌用水的溫度。

（3）高溫天氣時, 砂、石子堆場的上方設遮陽棚或在料堆上覆 蓋遮陽布, 降低其含水率和料堆溫度。同時提高骨料堆料高度, 當堆料高度大于 6m 時, 骨料的溫度接近月平均氣溫。

（4）向混凝土運輸車的罐體上噴灑冷水、在混凝土泵管上裹覆濕麻袋片控制混凝土入模前的溫度。

（5）預埋鋼管, 通冷卻水: 如果絕熱溫升很高, 有可能因溫度應力過大而導致溫度裂縫時, 澆灌前, 在結(jié)構內(nèi)部預埋 一定數(shù)量的鋼管 (借助鋼筋固定 ), 除在結(jié)構中心布置鋼管 外, 其余鋼管的位置和間距根據(jù)結(jié)構形式和尺寸確定 (溫控 措施圓滿完成后用高標號灌漿料將鋼管灌堵密實 )。大體積 混凝土澆灌完畢后, 根據(jù)測溫所得的數(shù)據(jù), 向預埋的管內(nèi)通 以一定溫度的冷卻水, 應保證冷卻水溫度和混凝土溫度之差不大于 25 , 利用循環(huán)水帶走水化熱; 冷卻水的流量應控制, 保證降溫速率不大于 15 /d, 溫度梯度不大于 2 /m。盡管這種方法需要增加一些成本, 卻是降低大體積混凝土水化 熱溫最為有效的措施。

（6）可采用表面流水冷卻, 也有較好效果。

2、冬季施工如日平均氣溫低于5℃時，為防止混凝土受凍，可采取拌和水加熱及運輸過程的保溫等措施。

3、控制混凝土澆筑間歇期、分層厚度

 各層混凝土澆筑間歇期應控制在7天左右，最長不得超過10天。為降低老混凝土的約束，需做到薄層、短間歇、連續(xù)施工。如因故間歇期較長，應根據(jù)實際情況在充分驗算的基礎上對上層混凝土層厚進行調(diào)整。

四、澆筑后混凝土的保溫養(yǎng)護及溫差監(jiān)測

 保溫效果的好壞對大體積混凝土溫度裂縫控制至關重要。保溫養(yǎng)護采用在混凝土表面覆蓋草墊、素土的養(yǎng)護方法。養(yǎng)護安排專人進行，養(yǎng)護時間5天。

 自施工開始就派專人對混凝土測溫并做好詳細記錄，以便隨時了解混凝土內(nèi)外溫差變化。

 承臺測溫點共布設9個，分上中下三層，沿著基礎的高度，分布于基礎周邊，中間及肋部。測溫點具體埋設位置見專項施工方案（作業(yè)指導書）�；炷�土澆筑完畢后即開始測溫。在混凝土溫度上升階段每2-4h測一次，溫度下降階段每8h測一次，同時應測大氣溫度，以便掌握基礎內(nèi)部溫度場的情況，控制砼內(nèi)外溫差在25℃以內(nèi)。根據(jù)監(jiān)測結(jié)果，如果砼內(nèi)部升溫較快，砼內(nèi)部與表面溫度之差有可能超過控制值時，在混凝土外表面增加保溫層。

 當晝夜溫差較大或天氣預報有暴雨襲擊時，現(xiàn)場準備足夠的保溫材料，并根據(jù)氣溫變化趨勢以及砼內(nèi)部溫度監(jiān)測結(jié)果及時調(diào)整保溫層厚度。

 當砼內(nèi)部與表面溫度之差不超過20℃，且砼表面與環(huán)境溫度之差也不超過20℃，逐層拆除保溫層。當砼內(nèi)部與環(huán)境溫度之差接近內(nèi)部與表面溫差控制值時，則全部撤掉保溫層。

五、做好表面隔熱保護

 大體積混凝土的裂縫, 特別是表面裂縫, 主要是由于內(nèi)外溫差過大產(chǎn)生的澆筑后, 水泥水化使混凝土溫度升高, 表面易散熱溫度較低, 內(nèi)部不易散熱溫度較高, 相對地表面收 縮內(nèi)部膨脹, 表面收縮受內(nèi)部約束產(chǎn)生拉應力。但通常這種 拉應力較小, 不至于超過混凝土抗拉強度而產(chǎn)生裂縫。只有同時遇冷空氣襲擊。或過水或過分通風散熱、使表面降溫過大時才會發(fā)生裂縫 (澆筑后 5~ 20d最易發(fā)生 )。表面隔熱保護防止表面降溫過大,減小內(nèi)外溫差, 是防裂的有效措施。 

1、不拆模保溫蓄熱養(yǎng)護

 大體積混凝土澆灌完成后應適時地予以保溫保濕養(yǎng)護 (在混凝土內(nèi)外溫差不大于 25 的情況下, 過早地保溫覆蓋不利于混凝土散熱 )。養(yǎng)護材料的選擇、維護層數(shù)以及拆除時間等應嚴格根據(jù)測溫和理論計算結(jié)果而定。

2、不拆模保溫蓄熱及混凝土表面蓄水養(yǎng)護

 對于筏板式基礎等大體積混凝土結(jié)構, 混凝土澆灌完畢后, 除在模板表面裹覆保溫保濕材料養(yǎng)護外, 可以通過在基礎表面的四周砌筑磚圍堰而后在其內(nèi)蓄水的方法來養(yǎng)護混凝土, 但應根據(jù)測溫情況嚴格控制水溫, 確保蓄水的溫度和混凝土的溫度之差小于或等于 25C', 以免混凝土內(nèi)外溫差過 大而導致裂縫出現(xiàn)。

六、控制混凝土入模溫度

混凝土的入模溫度指混凝土運輸至澆筑時的溫度。冬期施工時，砼的入模溫度不宜低于5℃。夏季施工時，混凝土的入模溫度不宜高于30℃。

夏季施工砼入模溫度的控制：

（1）原材料溫度控制�；炷�土拌制前測定砂、碎石、水泥等原材料的溫度，露天堆放的砂石應進行覆蓋，避免陽光曝曬。拌合用水應在混凝土開盤前的1小時從深井抽取地下水，蓄水池在夏天搭建涼棚，避免陽光直射。拌制時，優(yōu)先采用進場時間較長的水泥及粉煤灰，盡可能降低水泥及粉煤灰在生產(chǎn)過程中存留的余熱。

（2）采用砼攪拌運輸車運輸砼。運輸車儲運罐裝混凝土前用水沖洗降溫，并在砼攪拌運輸車罐頂設置棉紗降溫刷，及時澆水使降溫刷保持濕潤，在罐車行走轉(zhuǎn)動過程中，使罐車周邊濕潤，蒸發(fā)水汽降低溫度，并盡量縮短運輸時間。運輸混凝土過程中宜慢速攪拌混凝土，不得在運輸過程加水攪拌。

（3）施工時，要做好充分準備，備足施工機械，創(chuàng)造好連續(xù)澆筑的條件。砼從攪拌機到入模的時間及澆筑時間要盡量縮短。同時，為避免高溫時段，澆筑應多選擇在夜間施工。

冬期施工砼入模溫度的控制：

（1）冬期施工時，設置骨料暖棚，將骨料進行密封保存，暖棚內(nèi)設置加熱設施。粗細骨料拌和前先置于暖棚內(nèi)升溫。暖棚外的骨料使用帆布進行覆蓋。配制一臺鍋爐，通過蒸汽對攪拌用水進行加熱，以保證混凝土的入模溫度不低于5℃。

（2）砼的澆筑時間有條件時應盡量選擇在白天溫度較高的時間進行。

（3）砼拌制好后，及時運往澆筑地點，在運輸過程中，罐車表面采用棉被覆蓋保溫。運輸?shù)缆泛褪┕がF(xiàn)場及時清掃積雪，保證道路通暢，必要時運輸車輛加防滑鏈。

七、養(yǎng)護

 混凝土養(yǎng)護包括濕度和溫度兩個方面。結(jié)構表層混凝土的抗裂性和耐久性在很大程度上取決于施工養(yǎng)護過程中的溫度和濕度養(yǎng)護。因為水泥只有水化到一定程度才能形成有利于混凝土強度和耐久性的微觀結(jié)構。目前工程界普遍存在的問題是濕養(yǎng)護不足，對混凝土質(zhì)量影響很大。濕養(yǎng)護時間應視混凝土材料的不同組成和具體環(huán)境條件而定。對于低水膠比又摻用摻和料的混凝土，潮濕養(yǎng)護尤其重要。濕養(yǎng)護的同時，還要控制混凝土的溫度變化。根據(jù)季節(jié)不同采取保溫和散熱的綜合措施，保證混凝土內(nèi)表溫差及氣溫與混凝土表面的溫差在控制范圍內(nèi)。

八、加強施工質(zhì)量控制

 工程實踐證明, 大體積混凝土裂縫的出現(xiàn)與其質(zhì)量的不均勻性有很大關系, 混凝土強度不均勻, 裂縫總是從最弱處開始出現(xiàn), 當混凝土質(zhì)量控制不嚴, 混凝土強度離散系數(shù)大時, 出現(xiàn)裂縫的機率就大。加強施工管理,提高施工質(zhì)量, 必 須從混凝土的原材料質(zhì)量控制做起�？茖W進行配合比設計, 施工中嚴格按照施工規(guī)范操作,特別要加強混凝土的振搗和養(yǎng)護, 確�；炷�土的質(zhì)量, 以減少混凝土裂縫的發(fā)生。

結(jié)論 ：

對于大體積混凝土而言, 溫度控制措施的成敗將直接決定大體積混凝土結(jié)構質(zhì)量的優(yōu)劣, 而一旦大體積混凝土澆灌 完畢, 除冷卻水降溫的措施外, 其它的措施都是被動的、非高 效的。所以利用理論公式進行提前預測和計算以及因此而 積極地采取主動溫度控制措施就顯得尤為重要。