刘涛
珠海市斗门明洋发展有限公司519125
摘要：为确保大体积混凝土施工质量，除须满足强度等级、抗渗等级，关键要严格控制混凝土在硬化过程中水化热引起的内外温差，防止因温度应力造成混凝土产生裂缝。本文从水泥水化热、内外约束条件、外界气温变化等方面分析大体积混凝土温度裂缝成因，对大体积混凝土温度裂缝控制的材料措施、设计措施和施工措施进行综合叙述。
关键词：大体积混凝土；温度裂缝；控制措施；养护；温度检测
大体积混凝土硬化期间，一方面由于混凝土内部的水泥水化热而产生了较高的温度，与外界形成了温度差而产生应力；另一方面由于混凝土的凝固，其收缩变形受到约束，混凝土就会产生拉应力。由温差而引起的应力和收缩变形而引起的应力超过同龄期混凝土的极限抗拉强度，混凝土将会产生裂缝，即温度裂缝。温度裂缝的产生会降低基础承载力以及混凝土的耐久性，建筑结构的整体性、防水性和耐久性等都会受到严重的影响，给建筑带来一定的安全隐患。如何采取有效的预防措施，防止温度应力造成混凝土出现有害的温度裂缝是工程界一个重大问题，本文就大体积混凝土的温度裂缝成因及预防进行了探讨。
1.大体积混凝土温度裂缝的成因
大体积混凝土结构的整体性要求高，施工时一般要求一次性整体浇筑。浇筑后，水泥因水化反应引起水化热，由于混凝土体积大，内部与表面散热速率不一样，聚集在内部的水泥水化热不容易散发，混凝土内部温度将显著升高，而混凝土表面则散热较快，与混凝土内部产生较大的温度差，使混凝土内部产生压应力，表面产生拉应力。同时在浇筑初期混凝土的弹性模量和强度很低，对水化热急剧温升引起的变形约束不大，温度应力比较小。随着混凝土龄期的增长，其弹性模量和强度相应提高，对混凝土降温收缩变形的约束越来越强，即产生很大的温度应力，当混凝土的抗拉强度不能抵抗温度应力时，即产生温度裂缝。实践表明，影响大体积混凝土产生温度裂缝的主要因素有：
1.1水泥水化热的影响
水泥在水化反应过程中会产生大量的热量。这是大体积混凝土内部温度升高的主要热量来源。由于大体积混凝土截面厚度大，水化热聚集在结构内部不易散发，所以会引起混凝土结构内部急骤升温。试验研究表明，水泥水化热在1～3d内放出的热量最多，大约占总热量的50%左右；混凝土浇筑3～5d内内部的温度最高。混凝土的导热性能较差，浇筑初期混凝土的弹性模量和强度都很低，对水泥水化热急剧温升引起的变形约束不大，温度应力自然也比较小，不会产生温度裂缝。随着混凝土龄期的增长，其弹性模量和强度相应不断提高，对混凝土降温收缩变形的约束也愈来愈强，即产生很大的温度应力，当混凝土的抗拉强度不足以抵抗此温度应力时，便容易产生温度裂缝，这是大体积混凝土产生裂缝的最主要原因。
1.2内外约束条件
基础混凝土一般与地基整体浇筑在一起，当温度变化时，由于外部约束和内部约束的存在，混凝土不能自由变形。混凝土浇筑之后早期温度上升时，产生的膨胀变形受到地基土约束面产生压应力，此时混凝土的弹性模量很小，徐变和应力松弛却较大，与基层连接也不太牢固，从而压应力较小。混凝土表面温度下降较快，受温差产生的温度应力和内部约束的影响，混凝土表面会产生很大的拉应力。因此，混凝土内部热量积聚产生热膨胀，靠近中心产生压应力，远离中心产生拉应力，若产生的拉应力超过混凝土的抗拉强度，会出现垂直裂缝。当内外温差小于25℃，产生的裂缝几率较低。因此，降低混凝土内外温差和改善约束条件，是防止混凝土产生裂缝的重要措施。
1.3环境温度的变化
大体积混凝土结构在施工阶段，受外界气温的变化影响很大。外界气温愈高，混凝土的浇筑温度也愈高；如外界温度下降，又增加混凝土的降温幅度，特别是气温骤降会大大增加外层混凝土与内部混凝土的温度梯度，这对大体积混凝土极为不利。混凝土的内部温度是浇筑温度、水化热的绝热温度和结构散热降温等各种温度的叠加之和，而温度应力则是由温差所引起的温度变形造成的，温差愈大，温度应力也愈大。同时，在高温条件下，大体积混凝土不易散热。混凝土内部的最高温度一般可达60～65℃，防止混凝土内外温差引起的过大温度应力就显得更为重要。
2.控制大体积混凝土温度裂缝的措施
2.1优选水泥
由于温差主要是由水化热产生的，所以为了减小温差就要尽量降低水化热，为了降低水化热，优先采用水化热较低的中热或低热水泥、矿渣水泥、粉煤灰水泥，由于水泥的水化热是矿物成分与细度的函数，要降低水泥的水化热，主要是选择适宜的矿物组成和调整水泥的细度模数。试验表明：水泥中铝酸三钙（C3A）和硅酸三钙（C3S）含量高的，水化热较高，所以，为了减少水泥的水化热，必须降低熟料中C3A和C3S的含量。表一列出了普通硅酸盐水泥和矿渣水泥的水化热测试结果，表明矿渣水泥水化放热量较低，这将非常有利于减少大体积混凝土内部温度的上升。另外，在不影响水泥活性的情况下，要尽量使水泥的细度适当减小，因为水泥的细度会影响水化热的放热速率。
保证在满足强度和施工性的前提下，采用尽量低的砂率，使混凝土中有足够的粗骨料。一定的粗骨料含量，可以有效的改善混凝土的抗裂能力；在保证混凝土级配正常的情况下，应尽量增大粗细集料粒径，可减少用水量，相同水灰比的情况下，减少了水泥用量，有利于减少水化热的产生；同时，应严格控制粗细集料的含泥量，如粗细集料的含泥量过高，不仅增加了混凝土收缩，同时又降低了混凝土的抗拉强度，对混凝土的抗裂十分不利。
2.2合理安排施工进度
施工进度对大体积混凝土的温度的变化影响非常明显。特别应该注意的是分次、分层浇筑的间歇时间。在分次当中，若间歇时间过长，则会延长施工工期，另一方面也会使老混凝土对新浇混凝土产生较大的约束，从而在上下层混凝土结合面产生难以发现的垂直裂缝。若间歇时间过短，则正处于下层混凝土升温阶段，表面温度较高，这时覆盖上层混凝土，就会明显地不利于下层混凝土的散热，同时也容易导致上层混凝土升温，就有可能超过混凝土要求的最高温升，从而加大混凝土产生裂缝的可能性。因此，选择上层混凝上覆盖的适宜时间应是在下层混凝土温度已降到一定值时，即上层混凝土温升倒加到下层后，下层混凝土温度回升值不大于原混凝土最高温升。
2.3降温处理
在混凝土内部预埋水管，当大体积混凝土浇筑后，通过冷水进出，可有效降低混凝土内部温度。冷却水管通常采用钢管、铝管、聚乙烯塑料管等比较耐热耐腐蚀的材料。施工单位应结合实际条件，选择合适的降温水管。在混凝土浇筑之前，为了防止出现意外情况，先进行通水试压，管道显示密闭良好，通水顺畅，再进行下一步工序。大体积混凝土对温度很敏感，混凝土浇筑之后要密切关注混凝土温度变化情况，将混凝土实际温度控制在合理范围之内。冷却水在混凝土浇筑至水管高程后立即循环，混凝土内外温差控制在25℃内，水温3～4h监测一次，测量进、出水口温度，一般出水口温度较进水口温度高5～6℃，应持续到浇筑完7d以后。指派专业技术人员，设置温度检测点，做好标记方便以后使用，收集混凝土温度变化数据，将检测的数据绘制成温度变化曲线进行对比，以便采取有效措施，降低或保护混凝土温度。冷却完毕后，冷却管压入同强度的水泥浆，水泥浆中加入微膨胀剂。
2.4掺加粉煤灰
掺加粉煤灰可降低水泥用量，减少大体积混凝土的水化热温升。众所周知，粉煤灰与水泥水化产物发生“二次水化反应”，粉煤灰的火山灰反应较水泥水化迟缓，从而使体系的发热速率降低，使水泥的水化热在一定程度上延缓释放，这对大体积混凝土的温控极为有利。
结论
大体积混凝土结构在施工时应对混凝土的材料选择、温度和养护等方面进行控制，大体积混凝土的施工质量除了必须满足强度、耐久性、防水性等要求外，主要应对温度变化和收缩引起的裂缝进行预防和控制。
参考文献：
[1]彭立海，大体积混凝土温控与防裂[M].郑州：黄河水利出版社，2005
[2]刘贺全，大体积混凝土温度裂缝产生的原因、防止办法及质量控制[J].吉林交通科技.2006.（3）
[3]尤健，大体积混凝土施工技术措施[J].陕西建筑，2006.（9）