浅谈大体积混凝土施工中温度与裂缝控制

钢筋混凝土结构，因为材料价廉物美，施工方便，承载力大，可装饰强等特点，应用十分广泛，在现代工程建设中占有重要的地位。而由于钢筋混凝土结构的受力特点、混凝土的材料特性、混凝土施工技术等原因，混凝土的裂缝以及如何预防混凝土开裂是工程建设中带有一定普遍性的技术问题，特别是大体积混凝土，影响裂缝产生的因素更多，预防混凝土开裂的难度更大。而混凝土裂缝一旦形成，特别是贯穿性裂缝出现在重要的结构部位危害极大，它会影响结构的整体性，降低结构的耐久性，削弱构件的承载力，甚至会危害到建筑物的安全使用。所以，如何采取有效措施防止混凝土开裂，特别是大体积混凝土开裂，是一个值得研究和探讨的问题。

1 产生温度裂缝的原因和机理

混凝土裂缝产生的原因可分为两类：一是结构型裂缝，是由外荷载引起的，包括常规结构计算中的主要应力以及其他的结构次应力造成的受力裂缝。二是材料型裂缝，是由非受力变形变化引起的，主要是由温度应力和混凝土的收缩引起的。而对于大体积混凝土，通常结构断面尺寸较大，一次性浇筑的混凝土量多，聚集的大量水化热不易散发，导致混凝土内外温差较大，在受到内外约束的情况下，混凝土内部会产生较大的温度应力导致裂缝产生。因此，温度应力引起的裂缝更应当重点关注，并在施工过程中有效加以控制。

温度裂缝产生的原因有以下两个方面：

由于温差较大引起的，混凝土结构在硬化期间水泥放出大量水化热，内部温度不断上升，使混凝土表面和内部温差较大，混凝土内部膨胀高于外部，此时混凝土表面将受到很大的拉应力，而混凝土的早期抗拉强度很低，因而出现裂缝。这种温差一般仅在表面处较大，离开表面就很快减弱，因此，裂缝只在接近表面的范围内发生，表面层以下结构仍保持完整。

结构温差较大，当大体积混凝土浇筑在约束地基(例如桩基)上时，由于受到外界的约束，又没有采取特殊措施降低，放松或取消约束，或根本无法消除约束，裂缝易发生深进，直至贯穿整个混凝土整体。

温度裂缝形成的过程一般分为三个时期：一是初期裂缝，就是在混凝土浇筑的升温期，由于水化热使混凝土浇筑后2～3d温度急剧上升，内热外冷引起“约束力”，超过混凝土抗拉强度引起裂缝。二是中期裂缝，就是水化热降温期，当水化热温升到达峰值后逐渐下降，水化热散尽时结构的温度接近环境温度，结构温度引起“外约束力”，超过混凝土抗拉强度引起裂缝。三是后期裂缝，当混凝土接近周围环境条件之后保持相对稳定，而当环境条件下剧变时，由于混凝土为不良导体，形成温度梯度，当温度梯度较大时，混凝土产生裂缝。

2温度的控制和预防温度裂缝的措施

大体混凝土温度裂缝的产生一般是不可避免的，重要的是如何把其控制在规范允许的范围之内。对混凝土温度裂缝控制的好坏，直接影响结构的受力和耐久性要求。温度控制和预防混凝土温度裂缝的措施主要有以下几种。

2.1 降低水泥水化热

(1)优先选用低水化热水泥，如矿渣水泥和粉煤灰水泥，降低水泥水化热。

(2)精心设计混凝土配合比, 采用掺加粉煤灰和减水剂的“双掺”技术, 减少每立方米混凝土中的水泥用量, 以达到降低水化热的目的。

(3)选用适宜的骨料, 施工中根据现场条件尽量选用粒径较大, 级配良好的粗骨料，选用中粗砂, 改善混凝土的和易性, 减少用水量，减缓水化反应速度，降低水化热。

(4)充分利用混凝土的后期强度(60d或90d), 作为混凝土强度评定值，减少水泥用量并延缓峰值。

2.2 减少混凝土内外温差

(1)拌合混凝土时加冰水，用冷水将碎石冲洗以降低混凝土的入仓温度。

(2)在混凝土中埋入循环水管，注入冷水循环降温，使混凝土体内热量及时排出，降低混凝土内外温差。

(3)高温季节浇筑混凝上时，分层浇筑并控制每层厚度≯30cm，充分利用浇筑层面散热。

(4)冬季施工时, 对暴露的混凝土浇筑面或薄壁结构，采取保温措施，防止混凝土表面降温过快。

(5)规定合理的拆模时间，气温骤降时进行表面保温，以免混凝土表面发生急剧的温度梯度。

2.3 改善约束条件

(1)合理的分缝分块，结构长度超过30～40m时应设置后浇带。

(2)避免基础过大的起伏，底板高低起伏和截面突变处，做成渐变形式，避免结构突变而产生应力集中，转角和孔洞处增设构造加强筋。

(3)当基础设置于岩石地基或混凝土垫层上时，宜设置滑动层，以消除或减少约束作用。

(4)合理安排施工工序，避免过大的高差和侧面长期暴露。

2.4 加强测温和养护

2.4.1混凝土温度监测

为了减轻混凝土在升降温过程引起的混凝土内部温度应力剧烈变化，而导致混凝土结构产生有害裂缝，掌握混凝土结构内部温度变化情况尤其重要。大体积混凝土浇筑前应根据工程实际情况，科学制定混凝土测温方案，选择好测温仪器，布置好测温点，预埋好测温探头。测温仪器宜选择便携式建筑电子测温仪，它能够直观、准确、快捷地数字显示混凝土内部温度，可任意布置测温点，具有可靠性好，适用范围广，室温操作环境;体积小、重量轻、操作简单，并有夜间测温读数功能。测温点的布置应具有代表性，做到既突出重点，又兼顾全局，在满足监测要求的前提下以尽可能少的测点获得所需的监测资料。还应满足“每百平米平面面积不少于一个测点，每一浇筑层不少于两个测点”的要求，同时也要考虑浇筑块的对称性和温度分布的一般规律。

混凝土浇筑后应及时对混凝土内外温度进行监测，掌握混凝土结构内部温度变化情况，并做好记录。测温从混凝土浇筑后24h开始，第l～ 5d每2h测温1次，第6d后每4h测温1次，10～15d后，每8h测一次,测至温度稳定为止。根据混凝土内部温度变化情况，采取相应的保温、降温措施，控制混凝土结构内外温差在允许的范围内,一般不超过25℃，不致产生温度裂缝，保证混凝土的质量。

2.4.2混凝土的养护

混凝土养护是大体积混凝土施工中一项十分关键的工作。养护主要是保持适宜的温度和湿度，以便控制混凝土内表温差，促进混凝土强度的正常发展及防止混凝土裂缝的产生和发展。混凝土浇筑后，应尽快回填土，土是混凝土最好的养护材料之一，也是混凝土保温保湿养护的最有效方法。对大面积的底板面，一般采用先一层塑料簿膜，后二层草包作保温保湿养护。养护必须根据混凝土内表温差和降温速率，及时调整养护措施，应尽可能、多养护一段时间，防止混凝土早期和中期裂缝。此外，还可采用蓄水法保温养护、内散外蓄综合养护等方法，可有效降低混凝土的温升值，且可大大缩短养护周期，对于超厚大体积混凝土施工尤其适用。

3 工程应用实例

3.1工程概况

南京南站北广场工程是高铁南京南站配套市政设施，为一层地下混凝土超长结构，呈扇形，东西向长395.6m，南北向135m，总建筑面积40515m2。上部为站前广场，下部为商业用房和地下停车库。北广场主体结构横跨已营运的南京地铁1号线和建设中的地铁3号线，该跨线区域面积约9000m2,底板厚度2200mm,设计混凝土等级C40P6，一次性浇筑混凝土约20000m3。

3.2 主要技术措施

南京南站北广场工程是南京市2011年重点建设项目，为确保混凝土质量，减少混凝土裂缝，施工过程中采用了补偿收缩混凝土、膨胀加强带、掺加抗裂纤维等技术措施，而跨地铁3号区域除应用以上技术措施外，作为大体积混凝土在温度裂缝的控制方面重点采取了以下技术措施。

3.2.1 在降低水泥水化热方面

通过精心设计混凝土配合比, 采用掺加粉煤灰和聚羧酸高效减水剂的“双掺”技术, 选用级配良好的粗骨料和中粗砂,同时和设计单位协商采用60d混凝土强度作为混凝土强度评定值，减少水泥用量和用水量，减缓水化反应速度，降低了水化热。

3.2.2 在降低混凝土内外温差方面

由于该大体积混凝土浇筑时间为5月底，气温较适宜，温差控制的重点一是要求混凝土厂在拌合混凝土时加冰水，用冷水将碎石冲洗以降低混凝土的入仓温度。二是采用分层浇筑，控制每层厚度≯ 30cm，充分利用浇筑层面散热。三是按规范规定的拆模时间拆模，以免混凝土表面发生急剧的温度梯度。

3.2.3 在改善约束条件方面

考虑到该地板面积较大，混凝土浇筑时进行了合理的分缝分块，设置了膨胀加强带，使结构长度不超过40m。同时，为避免基础过大的起伏，底板高低起伏和截面突变处，做成渐变形式，避免结构突变而产生应力集中。征求设计同意后，取消了防水卷材上的混凝土保护层，以减少对地板的约束作用。

3.2.4 在加强测温和养护方面

我们邀请了东南大学有关专家帮助编制了混凝土测温方案，并严格按照方案及时对混凝土内外温度进行监测，掌握混凝土结构内部温度变化情况，采取相应的保温、降温措施，控制混凝土结构内外温差不超过25℃，同时采用了蓄水保温养护的方法，有效降低混凝土的温升值，大大缩短养护周期，保证混凝土的质量。

4 结束语

大体积混凝土结构温度裂缝的产生与控制是相当复杂的，通过以上对混凝土的施工温度与裂缝之间的关系进行了理论与实践的初步探讨，导致裂缝产生的主要原因是水泥硬化过程中释放大量的水化热所产生的温度应力超过混凝土的极限抗拉强度。所以,如何控制大体积混凝土水化热升温和结构物体内外温差，是大体积混凝土能否产生裂缝的关键。施工中要充分考虑混凝土原材料的选择，配合比的优化，适当地掺混合料、外加剂来提高混凝土的性能，同时注意浇筑方法、入仓温度、浇筑层厚、外界气温变化，采用在结构物内埋设冷却水管、合理安排拆模时间、加强覆盖养护等措施，在工程实践中收到了良好的效果。总之，结合多种预防和处理措施，混凝土的温度裂缝是完全可以控制在规范允许的范围内的。

参考文献

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[2]叶琳昌，沈义.大体积混凝土施工[M].北京:中国建筑出版社,1987

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[4]建筑施工手册(第4版).北京:中国建筑工业出版社,2003