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摘要：温度裂缝时底板基础大体积混凝土施工中常见的质量通病，对建筑工程混凝土结构的影响比较大。本文通过结合工程应用实例，阐述了大体积混凝土浇筑温度裂缝控制措施，并针对裂缝措施实施后的效果进行探讨，旨在避免混凝土温度裂缝的产生，以供同行借阅。
关键词：大体积混凝土；温度裂缝；控制措施；实施效果
中图分类号： TU37文献标识码：A 文章编号：
随着我国城市化进程的加快，城市建设规模不断扩大，高层建筑数量日益增加。大体积混凝土作為新时期的一种新型建筑材料，具有诸多的优点，目前在城市大型基础设备、水利工程设施及高层建筑中得到广泛的应用及推广。但在大体积混凝土浇筑过程中，由于受到混凝土不均匀性、原材料不合格、基础不均匀沉降和工程条件复杂等因素的影响，加上浇筑期间昼夜温差大，使得大体积混凝土结构产生温度裂缝的现象，若没有得到有效的处理，不仅会影响到大体积混凝土结构功能的发挥，而且对建筑工程的整体质量也有较大的影响。因此，施工人员应清晰认识到大体积混凝土温度裂缝的危害性，采取一些切实有效的裂缝控制措施，最大限度避免和预防温度裂缝的产生，从而确保建筑工程的质量。
1 工程概况
某建筑工程采用筏板基础，框架剪力墙结构。基础底板总面积为11240m2，混凝土总用量17880m3，筏板基础平均厚度约为1.3m。
施工前分析认为本工程一次性连续浇筑整段大体积混凝土，在温度裂缝控制方面存在以下不利因素：①混凝土设计强度高，需使用高标号水泥且用量大，故产生的水化热很大；②底板超厚、体量大，混凝土内部温度高且不易散发；③浇筑季节为夏秋之交，白天气温高且昼夜温差大。
2 现场大体积混凝土浇筑温度裂缝控制措施
要防止大体积混凝土产生贯穿性裂缝，就要控制混凝土内部的温度收缩应力，使其小于混凝土抗拉强度，混凝土温度应力按下式计算：
式中：Ei(t)为各龄期的混凝土弹性模具；△Ti为各龄期的降温温差；Hi(t)为各龄期的松弛系数；H为板厚；Cx为水平阻力系数；L为底板长度；a为线膨胀系数；m为泊松比。
为了降低混凝土内部的最高温度，减小总降温温差，本工程采取了以下措施：
(1)优化配合比，降低水化热。
经设计方同意，混凝土采用60d强度代替28d强度，以减少水泥用量。经多次试配，选用水化热较低的某牌号525水泥，掺用12%粉煤灰取代部分水泥，添加NF减水剂和CEA微膨胀剂，实际水泥用量为287kgm3，比一般用量400kgm3明显减少，且混凝土强度、抗渗性及和易性均达到设计要求。
(2)严控混凝土入模温度。
混凝土入模温度直接影响到混凝土内部的最高温度，混凝土一旦浇入底板，再想降温就很难，因此尽可能降低入模温度，对降低其内部最高温度和裂缝控制有着特别意义，有助于底板的成功浇筑。本工程底板混凝土浇筑时要求控制入模温度低于25℃，但日最高气温已达29℃，控温有一定难度。混凝土搅拌站为此采取了一些特殊措施，如使用地下水并添加冰块，使搅拌水温低于5℃；粗细骨料仓设置遮阳和淋水降温设施；混凝土泵送管上铺设湿麻袋保冷等，基本保证了混凝土入模温度在25℃以下。
(3)采用“分层推进、薄层浇筑”的浇筑方法。
底板浇筑分3层向前推进，先浇底层，待其推进到一定距离后浇筑第2层，应保证两层推进面之间的距离，上下层混凝土浇筑停歇时间不超过混凝土初凝时间。第3层待第2层推进到一定距离后开始浇筑，每层混凝土浇筑时又采用“一个坡度，薄层浇筑，一次到顶”的方法(如图1)，既保证了超厚底板的连续浇筑不出现施工裂缝，又尽可能地增大了混凝土的散热面，有利于早期混凝土水化热的散发。
图1 混凝土浇筑示意图
(4)加强混凝土的养护。
养护是大体积混凝土施工中一项十分关键的工作，通过保持适宜的温、湿度，以控制混凝土内表温差，促进混凝土强度的提高及防止裂缝的产生和发展。根据工程具体情况，应尽可能延长养护时间，拆模后立即回土或覆盖保护，同时预防骤冷气候的影响，以控制内表温差，防止混凝土早期和中期裂缝。大体积混凝土的养护不仅要满足强度增长的需要，还应通过人工温度控制，防止因温度变形引起开裂。由于浇筑时间为夏秋之交，白天温度高、昼夜温差大且气候多变，因此要加强养护，主要控制要点如下：
①混凝土的内部与表面温度、表面与室外最低气温的差值均应小于20℃，当结构混凝土具有足够的抗裂能力时，则不大于25℃～30℃；
②拆模时混凝土的温差不超过20℃，包括表面温度、中心温度与气温的温差；
③采用内部降温法降低混凝土内外温差，即在混凝土内部预埋水管并通入冷却水，降低其内部最高温度，冷却在混凝土刚浇筑后进行，还有投毛石法等均可有效控制温差引起的裂缝；
④保温法是在结构外露混凝土表面以及模板外侧覆盖保温材料(如草袋、锯木、湿砂等)，在缓慢的散热过程中，使混凝土获得必要的强度，以控制混凝土的内外温差小于20℃；
⑤混凝土表层布设抗裂钢筋网片，防止混凝土收缩时产生干裂。
3 实施效果
通过采取以上措施，本工程混凝土各部位实际中心温度在浇筑后3～4d达到峰值65℃～69℃，比理论值65℃稍高，达到了预期效果。
混凝土中心最高温度虽然得到了控制，但仍有超过40℃的总降温温差。而底板垫层C25混凝土的水平阻力系数Cx＝(1.0～1.5)Nmm3，高出一般粘土地基约50倍。按公式分别依据先前浇筑的边长3.5m立方体试块实测的降温曲线(如图2)和按中心温度30d降至环境温度的估算值计算，底板混凝土的最大拉应力均超过了混凝土抗拉强度设计值1.8a，底板开裂的危险性仍很大。
图2 边长3.5m立方体试件升降温曲线
混凝土并非简单的“脆性材料”，而是具有相当“流变特征”即徐变和应力松弛特性。如果尽力降低荷载速度(或降低约束变形变化速度)，则可提高混凝土极限拉伸强度1～3倍，利用混凝土应力松弛特性来降低由降温引起的最大拉应力。混凝土的松弛系数H(t，τi)(即松弛应力与弹性应力的比值)与发生约束变形时混凝土的龄期τ1有关，与其后至某一时间t的间隔时间长短有关。其值可按表1～2取值。
表1 一般条件下混凝土的应力松弛系数
表2 忽略龄期影响的混凝土应力松弛系数
混凝土结构浇筑20d后龄期的影响减小至可忽略不计，松弛系数只与发生约束变形后经历的时间段t有关，可按表2取值。
由此可见，尽可能延长降温时间，使降温曲线趋缓，则最终叠加得出的松弛应力就会减小。此次底板浇筑的温控目的除了控制内表温差外，主要是尽可能减缓底板混凝土的降温速率，采取的措施是增加覆盖厚度，延长覆盖保温保湿养护时间。
一般工程是以控制混凝土内表温差不大于25℃为目标值来计算覆盖材料厚度，照此计算则该底板覆盖“一膜两袋”养护14d就可满足，但实际增加到“三袋二膜”保温保湿养护，养护时间也延长到40d，目的就是减缓底板混凝土的降温速率，充分发挥混凝土的应力松弛特性，最终降低混凝土的温度应力。
同时在底板养护期间，由市质检部门采用TDS-303温度监测系统对底板内部温度进行监测，整段底板布置了43个测位，每个测位均在底板厚度的上、中、下布置3个测点。在温度监测中，一旦发现降温过快，即采取增加覆盖等紧急措施，保证底板缓慢降温。实测混凝土中心降温曲线如图3，其降温曲线较边长3.5m立方体试件较平缓，达到了控制降温速率的目的。按实际降温曲线进行计算，底板混凝土的最大拉应力小于1.8MPa，有效避免了开裂。
图3 1.3m厚底板实测升降温曲线
4 结语
综上所述，温度裂缝是影响大体积混凝土结构质量安全的重要因素。因此，建设单位应从设计、材料、施工、温控等几个方面采取适当的措施，加强混凝土浇筑过程中的质量控制工作，以避免混凝土温度裂缝的产生。本工程通过采用质量控制措施，基础底板在浇筑数月后并未出现裂缝，施工质量得到各参建方的一致好评，同时证明底板浇筑和裂缝控制方案是成功的。
参考文献
[1] 李小保.浅谈大体积混凝土温度裂缝控制措施[J].科技情报开发与经济.2012年第02期
[2] 崔红涛.大体积混凝土温度裂缝的防治措施[J].城市建设理论研究.2012年第28期
关键词：大体积混凝土；温度裂缝；控制措施；实施效果
中图分类号： TU37文献标识码：A 文章编号：
随着我国城市化进程的加快，城市建设规模不断扩大，高层建筑数量日益增加。大体积混凝土作為新时期的一种新型建筑材料，具有诸多的优点，目前在城市大型基础设备、水利工程设施及高层建筑中得到广泛的应用及推广。但在大体积混凝土浇筑过程中，由于受到混凝土不均匀性、原材料不合格、基础不均匀沉降和工程条件复杂等因素的影响，加上浇筑期间昼夜温差大，使得大体积混凝土结构产生温度裂缝的现象，若没有得到有效的处理，不仅会影响到大体积混凝土结构功能的发挥，而且对建筑工程的整体质量也有较大的影响。因此，施工人员应清晰认识到大体积混凝土温度裂缝的危害性，采取一些切实有效的裂缝控制措施，最大限度避免和预防温度裂缝的产生，从而确保建筑工程的质量。
1 工程概况
某建筑工程采用筏板基础，框架剪力墙结构。基础底板总面积为11240m2，混凝土总用量17880m3，筏板基础平均厚度约为1.3m。
施工前分析认为本工程一次性连续浇筑整段大体积混凝土，在温度裂缝控制方面存在以下不利因素：①混凝土设计强度高，需使用高标号水泥且用量大，故产生的水化热很大；②底板超厚、体量大，混凝土内部温度高且不易散发；③浇筑季节为夏秋之交，白天气温高且昼夜温差大。
2 现场大体积混凝土浇筑温度裂缝控制措施
要防止大体积混凝土产生贯穿性裂缝，就要控制混凝土内部的温度收缩应力，使其小于混凝土抗拉强度，混凝土温度应力按下式计算：
式中：Ei(t)为各龄期的混凝土弹性模具；△Ti为各龄期的降温温差；Hi(t)为各龄期的松弛系数；H为板厚；Cx为水平阻力系数；L为底板长度；a为线膨胀系数；m为泊松比。
为了降低混凝土内部的最高温度，减小总降温温差，本工程采取了以下措施：
(1)优化配合比，降低水化热。
经设计方同意，混凝土采用60d强度代替28d强度，以减少水泥用量。经多次试配，选用水化热较低的某牌号525水泥，掺用12%粉煤灰取代部分水泥，添加NF减水剂和CEA微膨胀剂，实际水泥用量为287kgm3，比一般用量400kgm3明显减少，且混凝土强度、抗渗性及和易性均达到设计要求。
(2)严控混凝土入模温度。
混凝土入模温度直接影响到混凝土内部的最高温度，混凝土一旦浇入底板，再想降温就很难，因此尽可能降低入模温度，对降低其内部最高温度和裂缝控制有着特别意义，有助于底板的成功浇筑。本工程底板混凝土浇筑时要求控制入模温度低于25℃，但日最高气温已达29℃，控温有一定难度。混凝土搅拌站为此采取了一些特殊措施，如使用地下水并添加冰块，使搅拌水温低于5℃；粗细骨料仓设置遮阳和淋水降温设施；混凝土泵送管上铺设湿麻袋保冷等，基本保证了混凝土入模温度在25℃以下。
(3)采用“分层推进、薄层浇筑”的浇筑方法。
底板浇筑分3层向前推进，先浇底层，待其推进到一定距离后浇筑第2层，应保证两层推进面之间的距离，上下层混凝土浇筑停歇时间不超过混凝土初凝时间。第3层待第2层推进到一定距离后开始浇筑，每层混凝土浇筑时又采用“一个坡度，薄层浇筑，一次到顶”的方法(如图1)，既保证了超厚底板的连续浇筑不出现施工裂缝，又尽可能地增大了混凝土的散热面，有利于早期混凝土水化热的散发。
图1 混凝土浇筑示意图
(4)加强混凝土的养护。
养护是大体积混凝土施工中一项十分关键的工作，通过保持适宜的温、湿度，以控制混凝土内表温差，促进混凝土强度的提高及防止裂缝的产生和发展。根据工程具体情况，应尽可能延长养护时间，拆模后立即回土或覆盖保护，同时预防骤冷气候的影响，以控制内表温差，防止混凝土早期和中期裂缝。大体积混凝土的养护不仅要满足强度增长的需要，还应通过人工温度控制，防止因温度变形引起开裂。由于浇筑时间为夏秋之交，白天温度高、昼夜温差大且气候多变，因此要加强养护，主要控制要点如下：
①混凝土的内部与表面温度、表面与室外最低气温的差值均应小于20℃，当结构混凝土具有足够的抗裂能力时，则不大于25℃～30℃；
②拆模时混凝土的温差不超过20℃，包括表面温度、中心温度与气温的温差；
③采用内部降温法降低混凝土内外温差，即在混凝土内部预埋水管并通入冷却水，降低其内部最高温度，冷却在混凝土刚浇筑后进行，还有投毛石法等均可有效控制温差引起的裂缝；
④保温法是在结构外露混凝土表面以及模板外侧覆盖保温材料(如草袋、锯木、湿砂等)，在缓慢的散热过程中，使混凝土获得必要的强度，以控制混凝土的内外温差小于20℃；
⑤混凝土表层布设抗裂钢筋网片，防止混凝土收缩时产生干裂。
3 实施效果
通过采取以上措施，本工程混凝土各部位实际中心温度在浇筑后3～4d达到峰值65℃～69℃，比理论值65℃稍高，达到了预期效果。
混凝土中心最高温度虽然得到了控制，但仍有超过40℃的总降温温差。而底板垫层C25混凝土的水平阻力系数Cx＝(1.0～1.5)Nmm3，高出一般粘土地基约50倍。按公式分别依据先前浇筑的边长3.5m立方体试块实测的降温曲线(如图2)和按中心温度30d降至环境温度的估算值计算，底板混凝土的最大拉应力均超过了混凝土抗拉强度设计值1.8a，底板开裂的危险性仍很大。
图2 边长3.5m立方体试件升降温曲线
混凝土并非简单的“脆性材料”，而是具有相当“流变特征”即徐变和应力松弛特性。如果尽力降低荷载速度(或降低约束变形变化速度)，则可提高混凝土极限拉伸强度1～3倍，利用混凝土应力松弛特性来降低由降温引起的最大拉应力。混凝土的松弛系数H(t，τi)(即松弛应力与弹性应力的比值)与发生约束变形时混凝土的龄期τ1有关，与其后至某一时间t的间隔时间长短有关。其值可按表1～2取值。
表1 一般条件下混凝土的应力松弛系数
表2 忽略龄期影响的混凝土应力松弛系数
混凝土结构浇筑20d后龄期的影响减小至可忽略不计，松弛系数只与发生约束变形后经历的时间段t有关，可按表2取值。
由此可见，尽可能延长降温时间，使降温曲线趋缓，则最终叠加得出的松弛应力就会减小。此次底板浇筑的温控目的除了控制内表温差外，主要是尽可能减缓底板混凝土的降温速率，采取的措施是增加覆盖厚度，延长覆盖保温保湿养护时间。
一般工程是以控制混凝土内表温差不大于25℃为目标值来计算覆盖材料厚度，照此计算则该底板覆盖“一膜两袋”养护14d就可满足，但实际增加到“三袋二膜”保温保湿养护，养护时间也延长到40d，目的就是减缓底板混凝土的降温速率，充分发挥混凝土的应力松弛特性，最终降低混凝土的温度应力。
同时在底板养护期间，由市质检部门采用TDS-303温度监测系统对底板内部温度进行监测，整段底板布置了43个测位，每个测位均在底板厚度的上、中、下布置3个测点。在温度监测中，一旦发现降温过快，即采取增加覆盖等紧急措施，保证底板缓慢降温。实测混凝土中心降温曲线如图3，其降温曲线较边长3.5m立方体试件较平缓，达到了控制降温速率的目的。按实际降温曲线进行计算，底板混凝土的最大拉应力小于1.8MPa，有效避免了开裂。
图3 1.3m厚底板实测升降温曲线
4 结语
综上所述，温度裂缝是影响大体积混凝土结构质量安全的重要因素。因此，建设单位应从设计、材料、施工、温控等几个方面采取适当的措施，加强混凝土浇筑过程中的质量控制工作，以避免混凝土温度裂缝的产生。本工程通过采用质量控制措施，基础底板在浇筑数月后并未出现裂缝，施工质量得到各参建方的一致好评，同时证明底板浇筑和裂缝控制方案是成功的。
参考文献
[1] 李小保.浅谈大体积混凝土温度裂缝控制措施[J].科技情报开发与经济.2012年第02期
[2] 崔红涛.大体积混凝土温度裂缝的防治措施[J].城市建设理论研究.2012年第28期