底板大体积混凝土施工温度裂缝控制
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摘要：在大体积混凝土施工中时常出现温度裂缝的现象，温度裂缝控制成为了施工人员的技术难题。本文结合工程实例，阐述了大体积混凝土温度裂缝的产生原因，总结了底板大体积混凝土施工温度控制技术，以达到控制温度裂缝的目的，保证混凝土的质量。为类似施工工程提供参考的价值。
关键词：大体积混凝土；水化热；温度裂缝；控制
中图分类号：TU37 文献标识码：A 文章编号：
随着我国经济建设的不断发展，大体积混凝土在城市建筑工程中得到广泛的应用。但在实际的大体积混凝土施工中，由于混凝土单次浇筑方量大，加上混凝土自身放热量大，若不能及时扩散,容易导致混凝土浇筑体产生了较大的内外温差，进而温差引起的不均匀变形会使混凝土内产生了很大的温度应力,导致混凝土浇筑体内外均产生大范围温度裂缝，对大体积混凝土的整体性和耐久性产生巨大的影响。因此，通过对大体积混凝土施工中温度裂缝出现的原因进行分析，采取合理有效的温控措施，避免温度裂缝现象的出现，从而提高大体积混凝土结构耐久性能。
1 大体积混凝土温度裂缝产生的原因
大体积混凝土产生裂缝的主要原因:由于结构断面大水泥用量大,水泥水化时释放水化热会产生较大温度变化和收缩作用。由此形成较为复杂的膨胀或收缩应力,导致混凝土产生裂缝。所产生的裂缝主要有两类。
（1）表面裂缝:混凝土浇筑后,水泥水化热较大,使混凝土温度上升。当聚积在混凝土内部的水泥水化热不易散发时,混凝土内部温度将明显升高。而混凝土表面通常散热较快,形成内外温差,使混凝土内部产生压应力,表面产生拉应力,当拉应力超过混凝土抗拉强度时,混凝土表面就会产生表面裂缝。此外,当混凝土的坍落度较大时,混凝土表面水分蒸发引起的体积收缩也会使混凝土产生表面裂缝。这种裂缝比较分散，裂缝宽度小，深度也很小，多为表面裂缝。当里外温差15℃以上时就会发生这种裂缝，但内部温度下降时，有自封闭倾向。
（2）贯穿裂缝:大体积混凝土降温时,由于温度降低引起混凝土体积收缩,同时混凝土多余水分的蒸发也会引起体积收缩变形。但受到地基和结构边界条件约束,结构内部便会产生巨大收缩应力(拉应力)。当拉应力大于混凝土抗拉强度时,混凝土整个截面会产生贯穿裂缝,或称为结构性裂缝,给工程带来很大危害。这种裂缝因构件尺寸、配筋和约束的类型而异。一般里外温差25℃以上，就会有出现这种裂缝的危险。此外裂缝发生部位和根数也不一样，伴随着混凝土干燥收缩，裂缝宽度也会逐渐增大。
2 工程概况
某大厦工程占地面积2017m2,总建筑面积23081m2，地上19层，地下1层，建筑高度为72.75m。结构体系为钢筋混凝土框架剪力墙结构，抗震设防烈度6度，抗震等级为三级。基础设计为钻孔灌注桩，地下室底板采用筏板和梁板式，筏板1.6m，电梯井位置局部厚3.2m，面积约1142m2,预计一次浇注地下室底板混凝土量为2500m3。经施工单位及检测单位对混凝土检验,确定了表1配合比。
表1 混凝土配合比
2.1 混凝土拌合物温度计算
T0=ΣTiWC/ΣWC
式中:T0-混凝土拌合物温度；W-混凝土中各种材料的重量(kg)；C-混凝土中各种材料的比热(kJ/(kg·℃)),Ti-混凝土中各种材料的初始温度(℃)。
表2 混凝土拌合物温度
根据施工中混凝土配合比,计算混凝土拌合物的温度如表2。
2.2 混凝土浇筑入模温度计算
混凝土入模T1=T0+(Tg-T0)(φ1+φ2+…+φn)
式中：T1-混凝土入模温度；T0-混凝土拌合物温度；Tg-施工时气温,取15℃；φ1…φn-系数。
装车系数φ1=0.032；卸车系数φ2=0.032；运输系数,运距10min,φ3=0.032。
故混凝土入模温度T1=（19.2+(15-19.2)×0.096）=18.7℃
2.3 混凝土绝热温升计算
混凝土绝热温升计算按下式:
T(t)=WQ(1-emt)/Cρ
式中：T(t)-混凝土龄期为t时最大温升(℃)；W-每立方米中混凝土的胶凝材料用量(kg/m3)；C-混凝土的比热容,取0.96(kJ/(kg·℃))；ρ-混凝土的重力密度，取2450（kg/m3）；m-与水泥品种、浇筑温度等有关的系数，取0.4(d-1)；t-混凝土龄期（d）；Q-胶凝材料水化热总量（kJ/kg）,取330kJ/kg。
Tmax=504×330/2450×0.96=71℃
Tmax为混凝土的绝热温升，当混凝土浇筑温度为18.7℃，3d龄期时的ξ取值0.82，ξTmax=71×0.82=58.2℃；故估算3d后混凝土中心温度为（58.2+18.7）=76.9℃。根据施工季节估计环境温度为15℃，那么承台混凝土内外温差达约61℃，远超过需控制的25℃以内的温差，故应采取温控措施。
3 大体积混凝土温度监测
3.1 测温仪器
采用合格的电子测温计（具有测温快速、准确的优点），并配备满足测温需要的温度感应线（一端有感应片，另一端留有插头与测温计连接）。电子测温计技术指标：测温范围：-30～130℃；测温精度：±1℃；分辨率：0.1℃。
3.2 测温布点
在承台垂直方向埋设7根测轴，编号A-G。测轴沿承台厚度方向设5个测点(预埋式温度传感器)，并设1个保温层温度测点及1个环境温度测点，共计37个测点。
3.3 保温和测温情况
测试方于混凝土浇筑前进行温度传感器预埋和调试工作。委托方对底板混凝土采用塑料薄膜加土工布进行保温养护工作。在混凝土初凝后,在混凝土表面喷上一层薄水,在其上覆盖一层塑料布,一层草袋,再覆盖一层塑料布,当测温结果证明还不足以控制里外温差在25℃以内时,再增盖草袋或用碘钨灯加热。测试方自混凝土终凝后开始进行混凝土温度测定，每隔2h测温一次；在降温稳定期，每隔4h测一次。并及时向委托方通报测温情况，为委托方调整保温控温措施提供依据。
3.4 温控指标和测温结果
温控指标宜符合下列规定：混凝土浇筑块体的里表温差（不含混凝土收缩的当量温度）不宜大于25℃。表3列出了各测轴的最高温度、混凝土温升值的及里外最大温差的情况。
表3 测温数据
3.5 温控变化规律
以C轴为例,将C测轴监测所得数据绘成混凝土最高温度及里外温差曲线(以时间为X轴，最高温度及里外温差为Y轴)，见图1。
图1 C 轴温升温差
从图2升温曲线可以看出混凝土浇筑1～2d为升温期，升温速度较快，要特别注意加强此期间内的混凝土保温工作，2d后达到最高温度74.6℃，这与之前估算的混凝土3d后的内部中心温度76.9℃相当接近，证明了在大体积混凝土施工前进行温度估算的可行性。稳定8h左右开始降温，降温速度较升温要慢，近乎匀速降温。从图2里外温差曲线可以看出整个温度监测期内，里外温差都控制在25℃以内，证明了此次保温已达到预期效果。里外温差最大值出现在第3d，较混凝土中心温度达到最高点有个滞后，这是因为当混凝土内部温升到稳定阶段散热较表面散热慢，拉大了里外温度差。里外温差是温度控制的一个主要标准,里外温差超过标准就有可能产生表面裂缝。由里外温差过程曲线可看出,内部平均温度T中心降温均匀,曲线平滑；里外温差的变化与表面温度则相关性很强,二者总呈反方向变化,即里外温差随表面温度的升高而减小,随表面温度的下降而增加,这说明表面保温是控制内表温差的关键。
4 结论
综上所述，大体积混凝土温度裂缝控制是一项系统性的工作，涉及到设计、材料、施工、温控技术等诸多因素。因此，为避免大体积混凝土温度裂缝的出现，必须通过科学、合理的结构设计、优化配合比设计，采取合理措施降低混凝土结构的约束，按照大体积混凝土施工要求认真组织施工，从而大体积混凝土结构的整体质量。
参考文献
[1] 李昕，大体积混凝土裂缝控制[J].施工技术，2011年S1期
[2] 钱峰；吕晓刚；刘飞飞，浅析大体积混凝土温度裂缝成因及控制措施[J].科技信息，2012年第14期