刘军君
深圳建业工程集团股份有限公司
摘要：在建筑施工建设中，大体积混凝土很容易由内外温度差而产生裂缝。本文结合宝能城花园（东区）一期工程，对大体积混凝土温度与裂缝的产生原因进行分析，并提出控制措施。
关键词：大体积；混凝土；裂缝；控制研究
一、工程概况
本工程位于深圳南山区，留仙大道北侧，拟建塘开路西侧，学苑大道南侧，地铁5号线塘朗地铁站旁。总占地面积75，849.45㎡，总建筑面积62.66万㎡。本项目包括一整体四层地下室（嵌固端取在地下一层板面，地下室埋深约20米）地上共13个结构单元，分别为超高层酒店公寓和超高层住宅建筑以及四层商业建筑（高度16.80米），地下室底板砼浇筑按后浇带划分为32个施工区，其中1期划分为6个施工区，2期划分为9个施工区，3期划分为8个施工区，4期划分为9个施工区，如下图所示：
图2 大体积混凝土温度变化过程
三、大体积混凝土温度裂缝的成因
大体积混凝土温度裂缝的产生，是其内部矛盾发展的结果。当混凝土的温度应力超过了它所能承受的极限抗拉强度时，就会在不同部位不同深度产生不同的裂缝。大体积混凝土温度裂缝产生的主要原因有：
（1）水泥水化热影响
水泥在其凝结硬化过程中，会产生大量的水化热。具体表现为，水泥开始凝结时，放热较快，随着时间的推移逐渐趋于稳定。由于大体积混凝土体积较大，所以在大体积混凝土浇筑后，水泥凝结初期内部温度就会急剧上升，引起混凝土膨胀变形。随着混凝土龄期增长，在外界环境的约束下，混凝土结构内部又产生了较大的拉应力。当拉应力超过混凝土的极限抗拉强度时，就容易会产生温度裂缝。
（2）混凝土收缩变形影响
大量实践证明混凝土收缩引起的应力是不容忽视的。在进行大体积混凝土温度裂缝计算中，常把某龄期的混凝土收缩过程中的相对变形值换算成收缩当量温度值，然后再按温度来计算相应的温度应力。所以如果不妥善处理，可能会导致危害性很大的贯穿裂缝的产生。
（3）内外约束条件的影响
混凝土结构构件在受力变形过程中，会受到周围一些因素的约束而限制其自由变形，这些限制变形发展的因素被称为约束条件。在大体积混凝土温度冷却过程中，体积会产生收缩现象，在此过程中，由于各方面对其的约束，会造成混凝土内部产生较大的拉应力，若拉应力值超过混凝土的极限抗拉强度，将会造成垂直裂缝。
（4）外界气温变化的影响
在大体积混凝土结构施工期间，外界环境的变化将影响着混凝土的开裂。尤其庆阳地区，由于温差较大，会造成混凝土的内外温度梯度，从而产生过大的温度应力，极易使混凝土产生裂缝
四、大体积混凝土温度裂缝控制
（1）温度裂缝控制流程
大体积温度裂缝的控制是一个系统工程。为防止裂缝的产生，结合工程实际情况，从裂缝成因入手，根据工程所在地的气候和地域特点，通过一系列的措施进行各个流程的控制。
测温时间：第1～4天每2小时一次；第5～9天每4小时一次；第10～14天每6小时一次；第15天后每12小时一次。监测自混凝土浇注开始至浇注后30天止。监测预警温差设置为20℃，报警温差设置为25℃。
（4）配合比优化设计
水泥在其凝结硬化过程中，将产生大量的水化热，这是大体积混凝土温度应力产生的主要原因，故对混凝土配合比进行优化设计具有非常重要的意义。由于现阶段施工过程多采用泵送混凝土，所以要严格确保混凝土的和易性和施工性能。通过大量工程实践及实验室试验证明，混凝土初凝时间应控制在12～18小时，终凝时间控制在22～24小时，坍落度控制在160～200cm范围内。同时，为确保施工质量，最少拟定2～3种配合比，根据拟定配合比进行实验室拌制，对其进行全面系统的试验研究，选取有利于混凝土温控和耐久性，并且满足抗渗要求的配合比。
（5）分层浇筑
大体积混凝土施工过程中，为了尽可能降低由水泥水化热引起的温度应力，防止严重性裂缝的产生，一般会采用分层浇筑的方法。具体过程按《建筑结构混凝土技术规程》进行。
（6）布置冷却管
一般在大体积混凝土施工过程中仅仅采用分层浇筑无法满足温控要求，应结合水管冷却来控制大体积混凝土内部的温度，从而达到防裂要求。
五、大体积混凝土施工过程控制要素
大体积混凝土施工的关键及难点是如何有效控制混凝土内外温度差引起的温度应力，防止混凝土结构裂缝的产生。由于混凝土温度应力变化受原材料选择、配合比设计、施工技术工艺、施工环境变化等诸多因素的影响，因此，大体积混凝土施工前，应从施工组织和施工技术两个方面进行科学合理的策划准备工作，确保大体积混凝土的施工质量。
（1）施工组织准备
大体积混凝土施工的显著特点是混凝土数量大、浇筑时间长，要确保施工过程的顺利完成，必须在施工场地规划、管理和施工人员配备、物资及机械设备配置方面做好充足的准备。
1．场地规划。施工现场“三通一平”，根据现场实际情况，合理规划场地布置，避免各类机械车辆的交叉作业。施工前，做好水电供应设施设备的检查验收工作，确保满足连续施工的需要，为防止意外，现场应配备发电设备和蓄水设施。场内道路应满足不同天气的需要，坚实平坦，并合理安排混凝土罐车的行走路线，确保混凝土的连续供应和浇筑。
2.人员配备。根据混凝土数量，预测浇筑时间，配备充足的管理和施工人员，合理安排倒班班次（两班倒或三班倒），防止人员长时间工作产生极度疲劳，导致工作失误或对身体健康造成伤害。
3.物资和机械设备配置。搅拌站应根据配合比设计及混凝土浇筑数量，准备好充足的混凝土原材料；现场养护所需的塑料薄膜、草袋、洒水胶皮管以及防雨物资应提前组织进场。机械设备的数量和型号应根据具体工程规模和施工工艺进行策划与配置。施工前，所有机械设备均应进行检查和试运转，考虑到发生故障的可能性，施工时主要和关键机械设备还应配备备用品或易损零件，同时配备修理工，随时检修。
（2）施工技术准备
大体积混凝土施工质量控制的关键是采取有效的温度控制技术，减小混凝土内外温度差引起的温度应力。为此，需要从原材料选择、配合比设计、热工计算及温控养护等环节做好技术准备工作。
1.原材料选择
水泥应根据工程特点、混凝土设计性能和所处环境条件，合理选择水泥品种，尽量选用低热水泥，如矿渣水泥、火山灰或粉煤灰水泥；骨料应选用中粗砂和粒径较大、级配良好的碎石；在设计和规范允许的条件下，合理掺加使用适量的粉煤灰和外加剂，如缓凝剂、减水剂和膨胀剂，以减少水泥用量，降低水化热。
2.配合比设计
根据选用的原材料，进行混凝土配合比试配工作，重点解决掺和料和外加剂掺量控制以及减少水泥用量、降低水化热的问题。根据试配的理论配合比，实测搅拌站现场砂石料含水率、含泥量，进行配合比优化，以满足实际现场拌制要求。
3.热功计算及温控养护
大体积混凝土施工前的热功计算是针对工程的特定条件，通过计算预估混凝土内部温度及内外温差，从理论上复核施工方案的可行性，并为后续的温控和养护工作提供依据。鉴于目前随着相关施工规范和施工技术的不断完善，施工企业在热功计算以及保温养护和温控监测方面已经有了相当的施工经验，形成了相对成熟的技术措施，本文在此不再赘述。但值得注意的一点是，目前部分施工企业在实际操作中存在不进行热工计算，只凭实测实量和以往施工经验进行温控养护的现象，由此失去了对大体积混凝土的主动控制，极易在施工过程中发生不可补救的严重后果。由于工程项目具有单件性的特征，因此施工企业应针对不同的工程项目，在大体积混凝土施工前，有针对性地进行热功计算，以适应不同项目、不同条件下的大体积混凝土浇筑和温控养护工作，这一点至关重要。
六、基于ISO9000 标准特殊过程的管控方法
ISO9000：2005《质量管理体系—基础和术语》标准中规定：“对形成的产品是否合格不易或不能经济地进行验证的过程，称之为特殊过程”，并在ISO9001：2008《质量管理体系—要求》标准中规定：“当生产和服务提供过程的输出不能由后续的监视或测量加以验证，使问题在产品使用后或服务交付后才显现时，组织应对任何这样的过程实施确认”。在大体积混凝土施工过程中，由于水化热引起的温度应力难以经济的通过检测或测量手段来加以验证，温度应力可能导致的结构裂缝只有在施工结束后才能显现，因此，认证施工企业应该根据ISO9000标准要求，按“特殊过程”对大体积混凝土施工实施控制，并对过程实施予以确认。过程实施的确认主要包括准则、方法和程序的确认、人员资格的鉴定、设备的认可三个方面，俗称特殊过程“三鉴定”。
（1）准则、方法和程序的确认
准则即施工依据的设计文件、标准、规范；方法和程序即遵循准则要求和现场实际情况，制定的大体积混凝土施工方案、工艺流程和参数、混凝土配合比设计等。大体积混凝土施工前，应组织对准则的有效性和适用性和以及方案的可行性进行评审和确认。
（2）人员资格的鉴定
针对大体积混凝土施工过程各环节涉及的操作人员，如混凝土工、模板工、试验工、机械操作人员及修理工等，施工前应对其岗位能力进行鉴定，必要时应通过专业技能培训并考核合格、持证上岗。
（3）设备的认可
针对大体积混凝土施工方案中确定的各类机械设备，包括小型机具和备用设备，施工前应对其性能状态进行检测检修，确保性能稳定、状态完好。特别注意对试验检测、测温监控涉及的仪器仪表或计量工具，应按相关标定要求进行检测标定。
七、结语
随着社会发展和人们对建筑环境的需要，各种大型混凝土结构建筑不断兴起，大体积混凝土运用越来越多。但是，受到各方面施工技术及质量的影响，在浇筑大体积混凝土过程中产生的问题也日益凸显。本文从宏观上讲述了大体积混凝土在施工过程中产生裂缝的原因及控制方法，对促进当地经济发展和改善施工技术有重要意义。同时为以后其它大体积混凝土工程提供一定的实践基础及指导意义。
参考文献：
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[3]JGJ55-2011普通混凝土配合比设计规程[S]
论文作者:刘军君
论文发表刊物:《基层建设》2015年22期供稿
论文发表时间:2016/3/10
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