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摘要：大体积混凝土结构是当前我国工程项目较常使用的结构，但因其体积大、水化热也较为严重、内外温差以及温度应力等都较大，因此，容易引发裂缝问题。对于大体积混凝土的温度控制是其裂缝控制的关键环节，要从各个环节控制混凝土温度，原材料温度、拌和温度、出机温度、入模温度、浇筑温度、表现温度、内外温差、内部温差、大气温度等都需要精细的计算与控制，才能有效控制裂缝的产生。
关键词：大体积混凝土；温度控制；裂缝控制
我国城市化、现代化进程的加快，使建筑的高层化、大体积化、复杂化现象不断加剧，市政基础设施中，也不断出现大体积的桥梁隧道等工程，高层和超高层建筑中会使用到大量的箱型基础的钢筋混凝土结构，这些结构普遍体积较大，因此水泥所产生的水化热、混凝土内外散热不均所引起的温差与混凝土在凝结过程中所产生的收缩力共同作用，使混凝土的湿度应力以及收缩应力都相应增加，从而使大体积混凝土结构的裂缝问题较为严重，也会给工程结构带来危害。因此，大体积混凝土的湿度控制和裂缝控制始终是工程的重点和难点。
一、大体积混凝土概述
大体积混凝土就是体积较大的混凝土，主要指柱、梁、桥墩以及大坝等混凝土结构，这些结构不仅体积大，而且还会产生较大的热量，因此热量变化会给这些结构带来更大的总量。按照国内相差规范，基础边长超过20m，厚度超过1m，体积超过400m3的混凝土结构，需要处理温差总量，避免变形导致应力集中并生成裂缝。
二、大体积混凝土浇筑温度的控制
1、原材料降温
混凝土浇筑后完成的温度与模板温度、钢筋温度和浇筑温度有直接的关系，在钢筋和模板温度可简单控制的情况下，浇筑温度的控制至关重要。根据浇筑温度的计算公式，拌和温度和出机温度直接影响了浇筑温度。按照混凝土搅拌前后总热量相同的原理，混凝土出机温度和原料温度是成正比的，因此，要控制混凝土的出机温度，关键在于控制原材料的温度，夏季施工尤其要注意原材料温度的控制。原材料温度对于出机温度影响重要程度依次为：水、骨料、水泥。一般而言，每降低4℃水温，就能够降低1℃的普通混凝土温度，使用50%左右的冰代替水，能够降低11℃左右的混凝土温度。骨料和混凝土温度的降低比一般为2：1，水泥一般需要降低8℃左右，混凝土温度会降低1℃左右。水泥温度对于混凝土温度的降低效果虽然不大，但水泥温度越高，其水化速度越快，对于拌和温度的提高也就越大，从而影响到混凝土的后期强度以及裂缝控制。对于骨料温度的控制，可以在骨料场搭建凉棚，同时向砂石喷射冷水降温。水温度的控制可以掺加冰以降水温。水泥温度的控制则需要选择水化热较低的水泥。
2、混凝土搅拌和运输
混凝土出机温度还会受到搅拌机工作环境温度的影响，因此选择搅拌棚时，并采取一定的降温措施，使搅拌棚的温度能够与室外温度相同，敞开式的搅拌工作环境，则可以不考虑这一温度的影响作用。为了确保混凝土的供应能够连续且温度均匀，因此要加快搅拌效率，可以使用多个搅拌站同时搅拌，并配备移动泵，确保混凝土供应量。同时还要对混凝土的泵送管理进行降温处理，可以用双层草包将管道外壁包裹，并浇水降温。对于混凝土浇筑温度的影响因素还包括了运输环节的时间、运转次数、运输环境温度以及温度损失，因此，确保运输环节的高效性和快速性，减少混凝土的运输停滞时间以及运转次数，在运输车罐体上淋洒冷水，降低混凝土入模温度。
3、混凝土浇筑温度的控制
为了确保混凝土散热时间的充分性，一般采用分层浇筑法进行浇筑，控制好分层厚度。混凝土浇筑温度直接影响混凝土的内外温差、内部温差以及温度的陡然下降。因此，要通过精确的计算控制好浇筑温度的最大限值，减少浇筑后的温度控制难度。我国一般规定，大体积混凝土浇筑温度最好不要超过28℃，国外相对要高。混凝土的分层浇筑方法又分为全面分层、斜面分层以及分段分层，根据工程整体性要求、混凝土结构大小、钢筋疏密以及混凝土供应等实际情况，决定分层方法的选择，以尽可能地增加散热面积，同时心可能降低温度应力为原则，进行浇筑。浇筑过程中，要避免上下层之间的长期暴露，避免“冷缝”的出现。
三、混凝土内外温差及其裂缝的控制
1、混凝土表面温度的控制
各工程对于表面裂缝的要求有所不同，因此表面温度取值也有所不同，如果工程设计需要杜绝表面裂缝的出现，就要将混凝土表面表层的温度作为取值。如果工程设计允许表面裂缝的出现，但又对表面裂缝浓度有具体限值时，可以将相应表面相应较深处的温度当作表面温度取值。表面温度取值关系到之后的表面养护措施选择。
2、内外温差引起的裂缝控制
内外温差是当前混凝土表面裂缝产生的主要原因，由于混凝土内部水化热产生大量热量无法散出，在混凝土内部累积推高内部温度，而外部温度在因散热过快而降低过大时，就会与内部温度产生较大差异，在温度应力下产生裂缝。根据我国相关规范要求，内外温差不宜超过25℃，在这个范围内，表面裂缝问题并不大。一般环境下，内外温差并不会过大，但遇到温度陡降的情况时，容易导致内外温差过大，从而发生裂缝，这种裂缝一般在混凝土浇筑完成后5-20d内最容易发生，因此混凝土浇筑完成后的表面养护是裂缝控制的关键环节。
3、温度陡降裂缝的控制
控制混凝土浇筑温度是控制裂缝的有效措施，但通过天气预报以及表面的保温防护来避免温度陡降可能引发的裂缝问题，更为经济、方便。
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4、表面保温防护
表面保温防护一般是使用保温材料将混凝土表面进行覆盖，主要有草木编织物、钢木模板以及塑料薄膜等材料。表面保温防护措施的选择要在内外温差超过25℃之后再进行，过早进行保温防护对于混凝土的散热较为不利。根据热工计算公式，在保温防护材料厚度的选择上涉及的因素有：混凝土的表面温度、导热系数、施工期的大气平均温度、保温材料的导热系数和传热系数，因此，保温材料的选择以及使用量，需要对混凝土表面温度的有效监测，根据表面温度和选择的保温材料相关系数覆盖相应厚度的保温材料。
5、循环蓄水法
这种控制方法是大体积混凝土基础底板温度裂缝控制的有效方法，对于混凝土内外温差所引起的基础温度裂缝有很好的控制作用。这种方法是将循环水管、养护水池、混凝土表面蓄水降温池和管井降水井等设施进行组装，形成一个循环蓄水装置。它将井点的降水以及天然雨水收集起来，对混凝土的基础底板进行调温，再将养护水引进调温池后重新调节养护水的初始温度，温度适当后，再引入降温池中，在调温槽和降温池两个点使循环水的温度和深度达到养护所需的温度。这种方法通过对混凝土表面的温度控制有效地控制内外温差，对混凝土起到了很好的养护作用。相较于保温材料防护法，更为环保、有效。目前，在北京和西安等项目工程中都得到了有效的利用。这种方法的关键在于温度的监控，既有对水温进行监测，还要对混凝土表面温度进行监测，确保两者之间的温差不超过25℃。
四、内部温差的控制
1、混凝土内部温度的变化
混凝土中心温度随着龄期的增加会发生变化，如，某一混凝土内部某点在3d龄期时，温度是54.4℃，而在6d时则是60.1℃，到9d时为60.6℃，到12d时又降为55.4℃，不同龄期，同一点的温度会发生变化。这一数值的变化也会影响到内外温差的变化，从而影响到混凝土表面的养护措施变化。
2、内部温差的裂缝问题
相关规范对于混凝土连续施工时的内部温差，只提出了实测要求，但并未提出控制值的具体要求，实际关注也较少。但在水利工程中，这一问题却引起过贯穿裂缝问题。这种现象的产生，一方面是由于混凝土施工时的地基和桩基较为软弱的问题，另一方面是由于新老混凝土浇筑时产生的温度应力问题。大体积混凝土的收缩变形值会随着龄期的增加而增加，因此新老混凝土之间会存在收缩变形值的不同问题。当老混凝土内部温度升高时，就会使新混凝土无法正常膨胀变形，对混凝土产生压应力。当老混凝土内部温度降低时，新混凝土又会因地基和混凝土基础底板的约束而无法进行自由的收缩，使混凝土内部产生拉应力，但新混凝土内部升温却较快，弹性模量也较低，因此产生较大的徐变效应，从而降低压应力。之后，随着新混凝土龄期增加，弹性模量增加，在抵消升温时带来的压应力的同时，可能还会因有较大的拉应力剩余，从而引发内部裂缝的产生。这种裂缝可能还会演变为贯穿裂缝。
3、内部温差的控制：预埋冷却水管法
在混凝土浇筑前，先在混凝土结构内部预埋钢管，使用钢筋进行固定。结构中心要布设钢管，其余位置和间距则根据混凝土的结构形式以及尺寸进行确定。同时，在预埋管内布置测温点，每个点埋设测温传感器，实时监测混凝土内部温度，了解内部温差变化。埋设完毕后，再用高标号的灌浆料把钢管灌堵密封。浇筑结束后，当内外温差超过25℃时，就可以向管内注入冷却水以降低温度。冷却水的温度和混凝土的内部温度差要低于20℃。冷却水要从较热的中心区域向边际区域流动的，进水管口埋设在混凝土的中心处，出水管口则设在边际处。混凝土终凝后，再进行水循环。根据进出口的水温，及时调整水流量，最好在1.2m3/h-1.5m3/h之间，进出口的水温差最好在10℃左右。
4、混凝土内部温度的监测
混凝土的基础层上中下三个部位需要设置测温点，及时了解混凝土的水化热问题和内外温差。混凝土结构内预埋钢管后，选择有代表性的测温点布置酒精温度计，如高度断面的底部、中心和表面，平面断面的中部和边区。混凝土浇筑完成10h后，就可以开始测温，前5d要每3h测温一次，确保每天测温8次以上。之后，可以减少测温的次数，但不得低于每天3次。确保测温时间至少在14d。
五、结语
大体积混凝土的温度控制成败是结构质量的决定因素，而大体积混凝土在浇筑结束后，除了预埋冷却水管控制法外，其他措施都较为被动，控制性和有效性都较差，因此，最有效的控制方法仍然是在混凝土浇筑以及浇筑前温度的控制，通过混凝土热工计算公式以及原理，以精心的计算和各种环境因素的控制，使大体积混凝土温度的控制更有预测性和科学性，再辅以其他方法，能够更好的控制大体积混凝土的温度以及裂缝问题，提高大体积混凝土结构的质量和安全。
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论文作者:朱明
论文发表刊物:《基层建设》2016年第33期
论文发表时间:2017/3/7
标签：混凝土论文; 温度论文; 裂缝论文; 温差论文; 体积论文; 测温论文; 表面论文; 《基层建设》2016年第33期论文;