建筑工程大体积混凝土的温度控制

　　所谓大体积混凝土，一般是指结构实体截面最小尺寸大于或等于1.5米的混凝土。这种混凝土结构的表面系数比较小，水泥水化热释放比较集中，内部温升比较快，当混凝土内外温差较大时，混凝土容易产生温度裂缝，影响结构安全和正常使用。按照美国混凝土协会(ACI)的规定“任意体量的混凝土，其尺寸大到足以必须采取措施减小由于体积变形引起的裂缝时即可称作大体积混凝土”。业界一般认为，当混凝土内外温差预计将超过25℃时，必须采取一定的措施来防止温度裂缝的产生。这就是大体积混凝土温度控制的意义所在。

　　众所周知，混凝土虽然具有较强的抗压性能但其抗拉性能非常差，必须要配置钢筋才能获得较强的抗拉、抗折、抗剪性能。混凝土裂缝作为一种施工质量通病严重地影响着钢筋混凝土结构的寿命，因为钢筋只有完全埋藏在混凝土保护层中才能避免被水和氧气以及其它化学物质侵蚀。这样，只有严格控制混凝土裂缝，对于大体积混凝土来说关键是控制混凝土温度裂缝，才能使得钢筋混凝土构筑物具有较强的稳定、承重和抗渗性能。

　　2.混凝土裂缝是如何形成的

　　混凝土是一种脆性材料，抗拉强度是抗压强度的1/10 左右，由于原材料不均匀，水灰比不稳定，以及运输和浇筑过程中的离析现象，在同一块混凝土中其抗拉强度是不均匀的，存在着许多抗拉能力较低、易出现裂缝的薄弱部位，受到拉应力时容易发生应力集中从而生产裂缝。混凝土的脆性和不均匀性、结构不合理、原材料不合格、碱骨料反应、模板变形、基础不均匀沉陷等都可以导致混凝土产生裂缝。对于大体积混凝土来说，一般情况下温度和湿度的变化是导致其产生裂缝根本原因。

　　2.1混凝土硬化期间会释放出大量的水化热，其内部温度不断上升，在表面引起拉应力;在后期在降温过程中，由于受到基础或相邻结构的约束，又会在混凝土内部出现拉应力;同时，降温时在混凝土表面也会产生很大的拉应力。当这些拉应力超出混凝土的抗拉能力时，即会出现裂缝，特别是当混凝土初期强度很低的情况下，很容易产生可见或不可见的裂缝，影响混凝土的强度和耐久度。

　　2.2在水泥活性大、混凝土温度较高或者水灰比较低的条件下，混凝土的泌水明显减少，在终凝初期混凝土尚处于塑性状态，其表面蒸发的水分如果不能及时得到补充，稍微受到一点拉力就会出现分布不规则的裂缝。出现裂缝以后，混凝土体内的水分蒸发进一步加快，使得混凝土迅速出现较大、较深裂缝。

　　2.3混凝土释放水化热的时候其内部的水分受热急剧膨胀、向外渗透，在混凝土终凝初期很容易形成渗水通道、气孔甚至细微裂缝，破坏混凝土的结构性能，使其受到较小外加荷载时便出现裂缝。

　　2.4混凝土的干缩与混凝土的水灰比、水泥的成分、水泥的用量、集料的性质和用量、外加剂的用量等密切相关。混凝土表面受阳光和风的影响，水分损失过快、变形较大，而其内部湿度变化较小变形较小，表面干缩变形受到内部约束，产生较大拉应力，极易产生裂缝。

　　3.如何控制大体积混凝土的温度

　　为防止裂缝、减轻温度应力对混凝土的影响，可以从四个方面着手:降低混凝土入仓温度、降低混凝土水化热、混凝土外部保温以及混凝土内部降温。对于较大规模的混凝土构筑物，通常需要全面、合理使用这些措施才能达到良好的温控效果。因为对于大型结构来讲，混凝土的缺陷是不能接受、不可修复的，任何准备工作中的疏漏都可以导致难以挽回的损失，包括时间、金钱和质量形象。

　　为了及时、全面了解大体积混凝土的温度变化情况，施工过程中一般使用埋设温度感应器的方法对混凝土温度进行监测。通常分三层进行埋设：表层、中心和底层。重点监测时期为混凝土浇筑后的前七天，施工经验数据表明混凝土中心温度将在第三至四天达到最高，然后慢慢下降，而此时混凝土强度正在成长，措施不当则容易产生裂缝。当中心温度与表层或底层温度之差超过25℃时必须采取应急措施来控制内温升高或外温降低。

　　3.1降低混凝土入仓温度。

　　降低混凝土入仓温度可以直接降低混凝土内部温度上升的基数，对控制混凝土最高核心温度效果明显。拌合混凝土时加冰或冷水、用冷水冲洗砂石骨料，在料场搭建凉棚或使用风冷设备对骨料进行降温等措施都可以有效降低混凝土入仓温度。同时，考虑到气温影响，应尽量调整到气温较低的时段进行大体积混凝土浇筑，如夜间施工。

　　3.2降低混凝土水化热

　　水化热主要产生于水泥凝聚时与水发生的化学、物理反应，水化热的大小与水泥品种以及水泥用量密切相关。一般可以通过以下几种方法降低混凝土的水化热。

　　(1)为降低水泥水化热，大体积混凝土应选用中水化热或低水化热的水泥，一般选用熟料中含铝酸三钙和硅酸三钙较少的低水化热矿渣水泥、火山灰水泥、粉煤灰水泥、复合水泥等。低水化热的矿渣水泥比同标号的普通硅酸盐水泥的水化热可减少1/4左右。

　　(2)调整骨料级配、减小其比表面积，同时选择优质原材料、适量使用外加剂，使得混凝土尽可能在水泥用量较小的情况下获得预期的和易性、强度等性能。另外，使用缓凝剂可以延长混凝土释放水化热的时间，使得水化热出现峰值的时间延后至混凝土强度较高时，从而减小出现裂缝的机会。

　　(3)如果原材料性能和组分不发生大的变化，一般来说水灰比越大混凝土强度越低。这样，同样目标强度的情况下，水灰比越低则水泥用量也越少。因此，适当使用减水剂以及合理控制坍落度对控制混凝土的水化热也有着重要的意义。

　　3.3混凝土外部保温

　　对混凝土进行保温防护可以减小其内外温差、有效避免温度裂缝的出现。在实际施工过程中对混凝土的保温措施简便易行，通常有如下几种做法：

　　(1)推迟拆模板时间，利用模板的隔热效应对混凝土进行保护，以免混凝土表面温度骤降、产生裂缝。

　　(2)施工中长期暴露的混凝土浇筑块表面或薄壁结构，在寒冷季节采用保温板、塑料布、土工布等材料进行覆盖。

　　(3)对于平面结构可以待混凝土终凝后用热水进行养护和保温，由于水的比热较大，可以长时间保持较高温度。

　　(4)在条件具备时可使用蒸汽、火炉、温棚等设施来提高混凝土外表温度。

　　3.4混凝土内部降温

　　工程上一般使用预埋冷却水管的方式进行混凝土内部降温，通过不间断地循环冷却水来吸收混凝土的热量。冷却水管的直径一般为20-30mm，管间距一般为400-800mm。冷却水需要从浇筑混凝土时开始循环，一般保持七天。冷却水温度与混凝土核心温度之差不得超过25℃, 循环水不得时断时续，以免混凝土局部出现温差过大而产生裂缝。冷却结束后须对冷却水管进行灌浆填充，一般采用微膨胀水泥。

　　结语

　　大体积混凝土结构产生裂缝的原因是相当复杂的，以上对混凝土的裂缝与温度之间的关系以及其防治措施进行了初步探讨。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因素。在施工实践中结合多种预防和处理措施，混凝土的裂缝是完全可以避免的。

　　参考文献

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