摘 要：裂縫是大體積混凝土澆筑后常見(jiàn)的質(zhì)量問(wèn)題，若不進(jìn)行有效的控制，很可能影響到混凝土結(jié)構(gòu)的安全。為此，本文結(jié)合工程實(shí)例，分析了大體積混凝土溫度變化情況，重點(diǎn)就大體積混凝土內(nèi)外溫差控制技術(shù)措施進(jìn)行探討，并總結(jié)工程實(shí)施的效果，以供參考。

關(guān)鍵詞：大體積混凝土；裂縫；溫控優(yōu)化；工程效果

隨著城市建設(shè)規(guī)模的不斷擴(kuò)大，城市建筑數(shù)量日益增加，對(duì)建筑施工材料的要求也有所提高。大體積混凝土作為一種常見(jiàn)的結(jié)構(gòu)材料，具有承載力高，適用范圍廣和耐久性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，目前廣泛應(yīng)用于建筑工程施工當(dāng)中。但是，由于大體積混凝土單次澆筑方量大，加上混凝土自身放熱量大，如果不能及時(shí)擴(kuò)散，容易導(dǎo)致混凝土澆筑體產(chǎn)生了較大的內(nèi)外溫差，致使大體積混凝土產(chǎn)生溫度裂縫，若沒(méi)有對(duì)溫度裂縫進(jìn)行有效的控制，則可能影響到混凝土結(jié)構(gòu)的可靠性。因此，有必要加強(qiáng)大體積混凝土裂縫溫控優(yōu)化工作的研究力度。本文通過(guò)分析混凝土溫度變化情況，采取了有效的溫控技術(shù)措施控制裂縫的產(chǎn)生，并取得了良好的效果。

1 工程概況

某高層建筑主樓采用現(xiàn)澆鋼筋混凝土框剪結(jié)構(gòu)。地下室底板混凝土強(qiáng)度等級(jí)C35，混凝土最大澆注部位為主樓大體積承臺(tái)，截面尺寸：長(zhǎng)12.5m，寬12.5m，厚2.5m，混凝土澆注量分別為390m3，屬大體積混凝土。

2 工程特點(diǎn)及控制目標(biāo)

本工程屬生命線工程，應(yīng)確保發(fā)生地震等災(zāi)難時(shí)能夠正常發(fā)揮搶險(xiǎn)救災(zāi)指揮功能，對(duì)地下室人防級(jí)別要求較高，且基礎(chǔ)埋深較深，抗?jié)B也有較高要求，因此對(duì)混凝土裂縫的控制尤為重要。為此，必須控制大體積混凝土的內(nèi)外溫差在規(guī)范規(guī)定的允許范圍內(nèi)，保證大體積混凝凝土施工不會(huì)產(chǎn)生溫度裂縫和收縮裂縫，這是本工程施工的主要目標(biāo)，在施工過(guò)程中應(yīng)加以重點(diǎn)控制。

3 大體積混凝土水化溫升和內(nèi)、外溫度變化情況計(jì)算分析

本工程大體積混凝土配合比按最大程度減少水化熱的原則進(jìn)行配置，具體配合比設(shè)計(jì)為每方混凝土材料用量為：水泥325kg，粉煤灰87kg，砂693kg，碎石1039kg，水175kg。

（1）混凝土絕熱溫升：

（1）

式（1）中：T（t）-混凝土齡期為t時(shí)的絕熱溫升（℃）；W-混凝土的膠凝材料用量（kg/m3）；Q-膠凝材料水化熱總量（kJ/kg），Q=kQ0，其中k為不同摻量摻合料水化熱調(diào)整系數(shù)，取k=0.936；Q0-水泥水化熱總量（kJ/kg），由查施工規(guī)范及施工計(jì)算手冊(cè)計(jì)算Q0=391kJ/kg；C-混凝土的比熱，取0.97kJ/（kg·K）；ρ-混凝土的重力密度，取2400kg/m3；m-與水泥品種、澆筑溫度等有關(guān)的系數(shù)，取入模溫度為21℃，則系數(shù)取0.3664。根據(jù)上述公式計(jì)算所得不同齡期絕熱溫升見(jiàn)表1。T（1）=21.14℃。

（2）混凝土內(nèi)部中心溫度：

T1（t）=To+T（t）ξ（t）（2）

式（2）中：T1（t）-齡期混凝土內(nèi)部中心最高溫度（℃）；To-混凝土的澆筑入模溫度（℃）；T（t）-混凝土最終絕熱溫升（℃）；ξ（t）-t齡期溫降系數(shù)。

從上述公式可知，降低入模溫度可顯著降低混凝土內(nèi)部中心溫度。因此，本工程選擇在晚上溫度較低時(shí)澆筑混凝土，降低混凝土的入模溫度，將入模溫度控制在21℃以內(nèi)。根據(jù)上述公式并查施工計(jì)算手冊(cè)計(jì)算得不同齡期混凝土中心溫度見(jiàn)表1。

（3）蓄水養(yǎng)護(hù)深度：

本工程根據(jù)實(shí)際情況，混凝土表面收水拉毛后，立即覆蓋一層塑料薄膜，待混凝土初凝后利用核心筒內(nèi)電梯井坑進(jìn)行畜水保溫養(yǎng)護(hù)，直至溫差降至安全范圍內(nèi)。具體蓄水深度由以計(jì)算確定：

（3）

式（3）中：X—蓄水養(yǎng)護(hù)時(shí)間，取X=336h；Tmax-T2=20℃；Kb傳熱系數(shù)修正值，取1.3；λw—水的導(dǎo)熱系數(shù)，取0.58；M—混凝土結(jié)構(gòu)表面系數(shù)，。根據(jù)上述公式計(jì)算所得蓄水養(yǎng)護(hù)深度為：Hw=3.6cm。

（4）混凝土表層溫度：

T2（t）=Tq+4h′（H-h′）[T1（t）-Tq]/H2 （4）

式（4）中：T2（t）—t齡期混凝土表面溫度（℃）；Tq—施工期大氣平均溫度（℃），取15.2℃；h′—混凝土虛厚度（m），h′—=K′·λ/β，K′為折減系數(shù)，取2/3，λ為混凝土導(dǎo)熱率，取2.33W/m·K；β為混凝土表面模板及保溫層傳熱系數(shù)（W/m2·K），β=1/[δw/λw+1/βq]，δw—蓄水保溫層厚度（m），λw—水的導(dǎo)熱系數(shù)，取0.58，βq—空氣層的傳熱系數(shù)，取23（W/m2·K）；查施工計(jì)算手冊(cè)并計(jì)算得：h′=0.118m。H—混凝土計(jì)算厚度（m），H=h+2h′，h—混凝土實(shí)際厚度（m）。

4 混凝土內(nèi)外溫差控制技術(shù)措施—混凝土內(nèi)部布置冷管通水降溫

本工程決定采用“內(nèi)部通水降溫，外部蓄水養(yǎng)護(hù)”水循環(huán)施工技術(shù)，將混凝土內(nèi)外溫差控制在20℃內(nèi)，確保不出現(xiàn)溫差裂縫。根據(jù)工程經(jīng)驗(yàn)，沿混凝土厚度中心的水平面均勻布置三個(gè)回路的規(guī)格為Φ50循環(huán)水管，每個(gè)水管設(shè)進(jìn)水口和出水口各一個(gè)（見(jiàn)圖1）?；炷翝仓戤吅?2h開始通水。由上述計(jì)算知，1d的絕熱溫升為21.14℃，而混凝土入模溫度為21℃，考慮降溫系數(shù)的影響，則此時(shí)的混凝土內(nèi)部中心溫度不會(huì)超過(guò)42℃，將開始進(jìn)水溫度控制在19℃左右可保證水溫與接觸面的混凝土溫差不超過(guò)25℃。利用核心筒內(nèi)電梯井坑進(jìn)行畜水養(yǎng)護(hù)，初始蓄水深度取20cm（水泵正常工作所需最小深度）。利用水泵的工作原理，將電梯井坑內(nèi)的冷水抽進(jìn)已布置的冷卻管內(nèi)，同時(shí)將水管內(nèi)的熱水排出到基坑內(nèi)，建立水循環(huán)，利用物質(zhì)熱交換原理，帶走混凝土內(nèi)部水化熱，降低混凝土內(nèi)部溫度。施工過(guò)程應(yīng)注意選擇水泵型號(hào)，合理控制水流速度，將進(jìn)出口水溫差控制在2℃以內(nèi)；同時(shí)進(jìn)出水口每天應(yīng)交換一次，使得混凝土內(nèi)部溫度比較均勻，降低溫度裂縫出現(xiàn)的可能性。

圖1 冷凝水管布置圖

5 測(cè)溫及信息化施工

（1）測(cè)溫點(diǎn)布置及監(jiān)測(cè)：上述計(jì)算是按混凝土內(nèi)部須排出的水化熱全部由降溫水管中的水帶走考慮，實(shí)際上混凝土向降溫水管傳遞熱量的影響因素較多，對(duì)計(jì)算結(jié)構(gòu)可能產(chǎn)生較大影響，因此必須加強(qiáng)測(cè)溫工作，發(fā)現(xiàn)問(wèn)題及時(shí)糾正。本工程根據(jù)實(shí)際情況，按照兼顧均勻布點(diǎn)與重點(diǎn)布點(diǎn)的原則，同時(shí)在可能出現(xiàn)較大溫差的部位布置測(cè)桿，共布置12根測(cè)桿。測(cè)桿分上、中、下3個(gè)測(cè)點(diǎn)，每個(gè)測(cè)點(diǎn)均布置備用點(diǎn)，其中上測(cè)點(diǎn)距混凝土上表面50mm，中測(cè)點(diǎn)位于混凝土底板豎向中心位置，下測(cè)點(diǎn)距混凝土下表面50mm。

（2）信息化施工：混凝土從澆筑到硬化有一個(gè)升溫和降溫的過(guò)程，特別降溫至環(huán)境溫度的過(guò)程比較緩慢，為此，測(cè)溫從混凝土澆筑后馬上開始監(jiān)測(cè)，1次/2h。主要監(jiān)測(cè)混凝土澆筑及固化過(guò)程中，混凝土水化熱即時(shí)溫度、內(nèi)表溫差、降溫速率及蓄水溫度（即水管進(jìn)水溫度）。利用測(cè)溫技術(shù)進(jìn)行信息化施工，全面了解混凝土強(qiáng)度發(fā)展過(guò)程中內(nèi)部溫度場(chǎng)分布狀況及蓄水池內(nèi)水溫變化情況，并根據(jù)實(shí)測(cè)溫度變化情況，注意調(diào)整水流速度，控制降溫速率，以防止或控制混凝土內(nèi)部有害裂縫的發(fā)生，確保施工質(zhì)量。

6 工程實(shí)施效果

通過(guò)對(duì)大體積混凝施工的具體溫控措施進(jìn)行分析，以及對(duì)施工過(guò)程全面監(jiān)控和管理，實(shí)施信息化施工完成后，選擇具有代表性的中心測(cè)溫桿第3天至第9天測(cè)溫?cái)?shù)據(jù)與不通水理論計(jì)算數(shù)據(jù)畫曲線圖如圖2。

圖3 通水降溫與不通水降溫計(jì)算數(shù)據(jù)對(duì)比圖

從圖2中可看出：①通水降溫后，中心溫度整體明顯回落，特別是第5天以后，下降更為明顯；②通水降溫后，中心溫度第5天時(shí)達(dá)到峰值為53.5℃，而不通水理論計(jì)算狀態(tài)下的第5天溫度及溫度峰值分別為57.6℃、60.3℃，前后相比分別少4.1℃、6.8℃；③采用水循環(huán)蓄水養(yǎng)護(hù)，表層溫度明顯提高，溫水養(yǎng)護(hù)效果好；④在不通水理論計(jì)算狀態(tài)下，曲線隨時(shí)間的推移呈上升擴(kuò)大開口狀態(tài)，即溫升持續(xù)提高、溫差持續(xù)加大；而在通水降溫狀態(tài)下，曲線隨時(shí)間的推移平行小起伏后呈縮口狀態(tài)，溫差在第5天時(shí)達(dá)到最大值18.3℃后持續(xù)下降，即溫升小幅升高后持續(xù)回落，溫差穩(wěn)定保持在20℃以內(nèi)。上述情況表明，所采取的內(nèi)外溫差控制技術(shù)措施得當(dāng)，通水降溫后，混凝土內(nèi)部降溫效果明顯，成功地將溫差控制在預(yù)定的20℃以內(nèi)，滿足設(shè)計(jì)和施工驗(yàn)收規(guī)范要求，達(dá)到了預(yù)期的目的。經(jīng)檢查，各基礎(chǔ)外觀質(zhì)量良好，無(wú)任何裂縫，取得良好的效果。

7 結(jié)束語(yǔ)

溫度裂縫是影響大體積混凝土結(jié)構(gòu)安全和穩(wěn)定的重要因素。因此，施工技術(shù)人員應(yīng)結(jié)合工程實(shí)際情況，通過(guò)理論計(jì)算分析，采取合理的、有效的溫控技術(shù)措施。同時(shí)還應(yīng)加強(qiáng)大體積混凝土溫度加測(cè)工作，制定安全應(yīng)急預(yù)案，一旦出現(xiàn)異常情況及時(shí)調(diào)整并加以解決，以避免混凝土溫度裂縫的產(chǎn)生，從而確保大體積混凝土結(jié)構(gòu)的質(zhì)量安全。

參考文獻(xiàn)

[1] 高冬.大體積混凝土裂縫產(chǎn)生原因及其預(yù)防控制措施[J].中國(guó)科技信息.2012年第03期

[2] 楊建勛.大體積混凝土溫度裂縫的成因及控制措施[J].中華民居.2011年第06期