殷潔

（江蘇順通建設(shè)集團(tuán)有限公司，江蘇南京 210009）

大體積混凝土施工中溫度與裂縫控制

殷潔

（江蘇順通建設(shè)集團(tuán)有限公司，江蘇南京 210009）

文章結(jié)合南京南站北廣場工程實踐，分析了大體積混凝土裂縫產(chǎn)生的原因和機理，對大體積混凝土施工中溫度裂縫產(chǎn)生的原因、現(xiàn)場混凝土溫度的控制和預(yù)防溫度裂縫的措施進(jìn)行了論述。

大體積混凝土；溫度；裂縫；控制

鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，因為材料價廉物美，施工方便，承載力大，可裝飾強等特點，應(yīng)用十分廣泛，在現(xiàn)代工程建設(shè)中占有重要的地位。而由于鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的受力特點、混凝土的材料特性、混凝土施工技術(shù)等原因，混凝土的裂縫以及如何預(yù)防混凝土開裂是工程建設(shè)中帶有一定普遍性的技術(shù)問題，特別是大體積混凝土，影響裂縫產(chǎn)生的因素更多，預(yù)防混凝土開裂的難度更大。而混凝土裂縫一旦形成，特別是貫穿性裂縫出現(xiàn)在重要的結(jié)構(gòu)部位危害極大，它會影響結(jié)構(gòu)的整體性，降低結(jié)構(gòu)的耐久性，削弱構(gòu)件的承載力，甚至?xí)：Φ浇ㄖ锏陌踩褂?。所以如何采取有效措施防止混凝土開裂，特別是大體積混凝土開裂，是一個值得研究和探討的問題。

1 溫度裂縫的成因

混凝土裂縫產(chǎn)生的原因可分為兩類：一是結(jié)構(gòu)型裂縫，是由外荷載引起的，包括常規(guī)結(jié)構(gòu)計算中的主要應(yīng)力以及其他的結(jié)構(gòu)次應(yīng)力造成的受力裂縫。二是材料型裂縫，是由非受力變形變化引起的，主要是由溫度應(yīng)力和混凝土的收縮引起的。而對于大體積混凝土，通常結(jié)構(gòu)斷面尺寸較大，一次性澆筑的混凝土量多，聚集的大量水化熱不易散發(fā)，導(dǎo)致混凝土內(nèi)外溫差較大，在受到內(nèi)外約束的情況下，混凝土內(nèi)部會產(chǎn)生較大的溫度應(yīng)力導(dǎo)致裂縫產(chǎn)生，因此溫度應(yīng)力引起的裂縫更應(yīng)當(dāng)重點關(guān)注，并在施工過程中有效加以控制。

溫度裂縫產(chǎn)生的原因有以下兩個方面：

混凝土結(jié)構(gòu)在硬化期間水泥放出大量水化熱，內(nèi)部溫度不斷上升，使混凝土表面和內(nèi)部溫差較大，混凝土內(nèi)部膨脹高于外部，此時混凝土表面將受到很大的拉應(yīng)力，而混凝土的早期抗拉強度很低，因而出現(xiàn)裂縫。這種溫差一般僅在表面處較大，離開表面就很快減弱，因此裂縫只在接近表面的范圍內(nèi)發(fā)生，表面層以下結(jié)構(gòu)仍保持完整。

結(jié)構(gòu)溫差較大，當(dāng)大體積混凝土澆筑在約束地基（例如樁基）上時，由于受到外界的約束，又沒有采取特殊措施降低，放松或取消約束，或根本無法消除約束，裂縫易發(fā)生深進(jìn)，直至貫穿整個混凝土整體。

溫度裂縫形成的過程一般分為三個時期：一是初期裂縫，就是在混凝土澆筑的升溫期，由于水化熱使混凝土澆筑后2-3天溫度急劇上升，內(nèi)熱外冷引起“約束力”，超過混凝土抗拉強度引起裂縫。二是中期裂縫，就是水化熱降溫期，當(dāng)水化熱溫升到達(dá)峰值后逐漸下降，水化熱散盡時結(jié)構(gòu)的溫度接近環(huán)境溫度，結(jié)構(gòu)溫度引起“外約束力”，超過混凝土抗拉強度引起裂縫。三是后期裂縫，當(dāng)混凝土接近周圍環(huán)境條件之后保持相對穩(wěn)定，而當(dāng)環(huán)境條件下劇變時，由于混凝土為不良導(dǎo)體，形成溫度梯度，當(dāng)溫度梯度較大時，混凝土產(chǎn)生裂縫。

2 溫度的控制和預(yù)防溫度裂縫的措施

大體積混凝土溫度裂縫的產(chǎn)生一般是不可避免的，重要的是如何把其控制在規(guī)范允許的范圍之內(nèi)。對混凝土溫度裂縫控制的好壞，直接影響結(jié)構(gòu)的受力和耐久性要求。在實際施工過程中，可以采取以下措施：

2.1 降低水泥水化熱

施工中，可以通過精心設(shè)計混凝土配合比；采用摻加粉煤灰和減水劑的“雙摻”技術(shù)；選用級配良好的粗骨料和中粗砂；充分利用混凝土的后期強度（60d或90d） 作為混凝土強度評定值等措施，減少水泥用量，減緩水化反應(yīng)速度，降低了水化熱。

2.2 減少混凝土內(nèi)外溫差

工程實踐中，常采取降低混凝土入倉溫度；預(yù)埋水管采用冷水循環(huán)降溫；分層澆筑并控制每層厚度充分利用澆筑層面散熱；根據(jù)環(huán)境溫度采取適當(dāng)?shù)谋卮胧┑确椒刂苹炷羶?nèi)外溫差。

2.3 改善約束條件

工程中可以通過合理的分縫分塊或設(shè)置后澆帶；避免基礎(chǔ)過大的起伏，底板高低起伏和截面突變處，做成漸變形式，避免結(jié)構(gòu)突變而產(chǎn)生應(yīng)力集中；轉(zhuǎn)角和孔洞處增設(shè)構(gòu)造加強筋；當(dāng)基礎(chǔ)設(shè)置于巖石地基或混凝土墊層上時設(shè)置滑動層；合理安排施工工序，避免過大的高差和側(cè)面長期暴露等方法，改善約束條件，減少對混凝土收縮的影響，降低混凝土開裂的可能性。

2.4 加強測溫和養(yǎng)護(hù)

大體積混凝土澆筑前應(yīng)根據(jù)工程實際情況，科學(xué)制定混凝土測溫方案，及時掌握混凝土結(jié)構(gòu)內(nèi)部溫度變化情況，采取相應(yīng)的保溫、降溫措施，控制混凝土結(jié)構(gòu)內(nèi)外溫差在允許范圍內(nèi)（一般不超過25℃），減輕溫差對混凝土裂縫影響。

同時，混凝土養(yǎng)護(hù)也是大體積混凝土施工中一項十分關(guān)鍵的工作。一般可以采取蓄水法保溫養(yǎng)護(hù)、內(nèi)散外蓄綜合養(yǎng)護(hù)、盡快回填土等方法，控制混凝土內(nèi)表溫差，促進(jìn)混凝土強度的正常發(fā)展及防止混凝土裂縫的產(chǎn)生和發(fā)展。

3 工程應(yīng)用實例

3.1 工程概況

南京南站北廣場工程是高鐵南京南站配套市政設(shè)施，為一層地下混凝土超長結(jié)構(gòu)，呈扇形，東西向長395.6m，南北向135m，總建筑面積40515M2。上部為站前廣場，下部為商業(yè)用房和地下停車庫。北廣場主體結(jié)構(gòu)橫跨已營運的南京地鐵1號線和建設(shè)中的地鐵3號線，該跨線區(qū)域面積約9000M2，底板厚度2200mm，設(shè)計混凝土等級C40P6，一次性澆筑混凝土約20000M3。

3.2 主要技術(shù)措施

南京南站北廣場工程是南京市2011年重點建設(shè)項目，為確保混凝土質(zhì)量，減少混凝土裂縫，施工過程中采用了補償收縮混凝土、膨脹加強帶、摻加抗裂纖維等技術(shù)措施，而跨地鐵3號線區(qū)域除應(yīng)用以上技術(shù)措施外，作為大體積混凝土在溫度裂縫的控制方面重點采取了以下技術(shù)措施：

3.2.1 在降低水泥水化熱方面 （1） 通過與設(shè)計、監(jiān)理、質(zhì)檢站相關(guān)人員溝通，確定利用混凝土的60d強度作為混凝土強度評定值；（2） 邀請省建科院專家和商品混凝土廠技術(shù)人員一起，經(jīng)過多次試配，選用了水化熱低又有利于抗?jié)B的粉煤灰水泥、聚羧酸高效減水劑，精心設(shè)計混凝土配合比,每立方米混凝土與普通混凝土相比減少水泥用量40kg；（3）根據(jù)現(xiàn)場條件盡量選用粒徑較大,級配良好的粗骨料，選用中粗砂,改善混凝土的和易性,減少用水量，減緩水化反應(yīng)速度，降低了水化熱。

3.2.2 在降低混凝土內(nèi)外溫差方面 （1） 由于該大體積混凝土澆筑時間為5月底，氣溫較高，且混凝土運輸距離較遠(yuǎn)，我們要求混凝土廠在拌合混凝土?xí)r加冰水，并用冷水將碎石沖洗，控制混凝土的入倉溫度在20℃以內(nèi)。（2）采用分段分層澆筑的方法，控制每層厚度不大于30cm，充分利用澆筑層面散熱。（3） 混凝土終凝后立即進(jìn)行蓄水保溫，以免混凝土表面發(fā)生急劇降溫形成的溫度梯度。

3.2.3 在改善約束條件方面 （1） 考慮到該地板面積較大，混凝土澆筑時結(jié)合后澆帶進(jìn)行合理的分縫分塊，使結(jié)構(gòu)長度不超過40m。（2） 在220mm厚底板與普通600mm厚底板交接處做成漸變形式，避免了結(jié)構(gòu)突變而產(chǎn)生應(yīng)力集中。（3）征求設(shè)計同意，取消了防水卷材上的混凝土保護(hù)層，以減少對地板的約束作用。

3.2.4 在測溫和養(yǎng)護(hù)方面 （1）邀請東南大學(xué)有關(guān)專家?guī)椭幹屏嘶炷翜y溫方案，合理設(shè)置測溫點，做到既突出重點，又兼顧全局。（2）測溫儀器宜選擇便攜式建筑電子測溫儀，它能夠直觀、準(zhǔn)確、快捷地數(shù)字顯示混凝土內(nèi)部溫度，可任意布置測溫點，具有可靠性好，適用范圍廣，室溫操作環(huán)境；體積小、重量輕、操作簡單，并有夜間測溫讀數(shù)功能。（3）測溫從混凝土澆筑后24h開始，第l-5d每2h測溫1次，第6d后每4h測溫1次，10-15d后，每8h測一次,測至溫度穩(wěn)定為止。（4） 及時對混凝土內(nèi)外溫度進(jìn)行監(jiān)測，掌握混凝土結(jié)構(gòu)內(nèi)部溫度變化情況，并做好記錄。根據(jù)混凝土內(nèi)部溫度變化情況，采取相應(yīng)的保溫、降溫措施，控制混凝土結(jié)構(gòu)內(nèi)外溫差在允許的范圍內(nèi),一般不超過25℃，保證了混凝土的質(zhì)量。（5）對大面積的底板面，采用先一層塑料簿膜，后一層草包作保溫保濕養(yǎng)護(hù)。有效地防止了混凝土早期和中期裂縫。

3.3 工程實踐效果

該工程于2011年3月6日開始主體結(jié)構(gòu)施工，2011年6月10日主體結(jié)構(gòu)封頂，6月28日廣場地面完成交付使用，確保了京滬高鐵南京南站正常開通運營。經(jīng)過南京市建筑工程質(zhì)量監(jiān)督站檢測，混凝土結(jié)構(gòu)各項指標(biāo)完全達(dá)到設(shè)計及規(guī)范要求。

4 結(jié)語

大體積混凝土結(jié)構(gòu)溫度裂縫的產(chǎn)生與控制是相當(dāng)復(fù)雜的，通過以上對混凝土的施工溫度與裂縫之間的關(guān)系進(jìn)行的理論探討和工程實踐，我們認(rèn)為導(dǎo)致裂縫產(chǎn)生的主要原因是水泥硬化過程中釋放大量的水化熱所產(chǎn)生的溫度應(yīng)力超過混凝土的極限抗拉強度。所以如何控制大體積混凝土水化熱升溫和結(jié)構(gòu)物體內(nèi)外溫差，是大體積混凝土能否產(chǎn)生裂縫的關(guān)鍵。施工中要充分考慮混凝土原材料的選擇，配合比的優(yōu)化，適當(dāng)?shù)負(fù)交旌狭?、外加劑來提高混凝土的性能，同時注意澆筑方法、入倉溫度、澆筑層厚、外界氣溫變化，采用在結(jié)構(gòu)物內(nèi)埋設(shè)冷卻水管、合理安排拆模時間、加強覆蓋養(yǎng)護(hù)等措施，將會在工程實踐中收到良好的效果?？傊?，結(jié)合多種預(yù)防和處理措施，混凝土的溫度裂縫是完全可以控制在規(guī)范允許的范圍內(nèi)的。

[1]王鐵夢.工程結(jié)構(gòu)裂縫控制[M].北京:中國建筑工業(yè)出版社,1997.

[2]葉琳昌,沈義.大體積混凝土施工[M].北京:中國建筑出版社,1987.

[3]韓素芳.混凝土工程病害與修補加固[M].北京:海洋出版社,1996.

[4]余永禎.建筑施工手冊[K].北京:中國建筑工業(yè)出版社,2003.

Thermal Monitoring and Cracks Control in Mass Concrete Construction

YIN Jie
（Jiangsu Shuntong Construction Co.,Ltd.Nanjing Jiangsu 210009,China）

This paper takes the practice in construction of Nanjing South Station North Plaza for example to analyze the cause and mechanism of the mass concrete cracks.This text elaborates the causes of the temperature cracks in mass concrete construction,concrete temperature control and temperature crack prevention measures.

mass concrete;temperature;cracks;control

TU755

A

1671-0142（2012）02-0076-03

殷潔（1964-）,男,江蘇南京人,高級工程師,注冊建造師.

（責(zé)任編輯劉 紅）