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摘要:大体积混凝土是近年来应用较为广泛的一种新型建筑材料，但其在浇筑过程中容易出现温度裂缝，影响到混凝土结构耐久性。本文结合多年水利工程施工经验，通过分析水工建筑大体积混凝土裂缝产生的原因，着重就混凝土原材料配合比设计及入仓温度控制进行探讨，并总结了施工质量控制措施及养护方法，以供实践借鉴。
关键词:水工建筑；大体积混凝土；温度裂缝；质量控制；养护措施
中图分类号： TU375文献标识码：A 文章编号：
随着国民经济建设的快速发展，城市水利行业得到进一步的发展，各种类型的水工建筑物层出不穷，对水工建筑物的使用功能及质量安全也提出了新的要求。本文通过探讨水工建筑大体积混凝土温度裂缝施工技术，提出一些切实有效的质量控制措施和养护方法，以避免混凝土温度裂缝的产生。
1 水工建筑大体积混凝土温度裂缝原因分析
水工建筑大体积混凝土贯穿性或深进性的裂缝，主要是由于平均温差和收缩差引起的温度应力而造成的。一般情况下，现浇大体积混凝土在升温阶段出现裂缝的可能性较小；在降温阶段，因内部温度慢慢要与外界气温相平衡，从表面开始慢慢深入到内部，当温度收缩变形受到外部边界条件约束时，将引起較大的温度应力，若拉应力超过混凝土的抗拉强度，即产生裂缝。其主要影响因素如下。
1.1 水泥水化热
大体积混凝土结构断面较厚，表面系数相对较小，所以水泥水化散发的热量聚集在结构内部，短时间内不易散失，使内外温差较大，当温差超过一定值，使温度应力超过了混凝土的拉应力，混凝土就会产生裂缝。
1.2 混凝土收缩
混凝土中约20%的水分是水泥硬化所必须的，而约80%的水分要蒸发。多余水分的蒸发会引起混凝土体积的收缩。如果混凝土收缩后，再处于水饱和状态，几乎可以恢复膨胀达到原有的体积，从这一方面来说，混凝土施工完毕后一定时期内的养护对混凝土收缩裂缝的影响较大。
1.3 表层气温
大体积混凝土在施工阶段时，气温的变化对混凝土的水化热有较大影响。外界气温越高，混凝土的浇筑温度也越高，同时混凝土的绝热温升也越高，尤其是在夏季高温时段，如不采取措施，温度能达到70℃。外界气温下降，特别是温度的骤降，会在混凝土表面引起急剧的降温形成很陡的温度梯度，从而引起很大的温度应力，使混凝土表面产生裂缝。
1.4 其他因素
地基对混凝土的约束和地基的不均匀沉降也能使大体混凝土产生裂缝。在施工期间，外部荷载较小，因此可忽略外部荷载对混凝土裂缝的影响。
2 水工建筑混凝土原材料及其配合比设计
2.1 水泥
为降低大体积混凝土的水化热，减少水泥用量，尽量选择低水化热或中水化热、凝结时间长的水泥，同时比表面积不要过大，避免使用高强或早强水泥。该工程所选水泥为P。O42。5低碱普通硅酸盐水泥，根据试验结果，该水泥的比表面积、凝结时间、安定性和胶砂强度均符合水工混凝土施工规范的要求。
2.2 骨料
对于大体积混凝土而言，应优先考虑使用破碎骨料，含泥量不要超过1%，且尽量选用粒径较大、级配良好的粗骨料，可保证混凝土较好的和易性和较高的抗压强度，同时可减少水泥浆的用量，从而使水泥水化热减少，降低混凝土温升。该工程所选用的粗骨料为粒径5～40mm的碎石，含泥量为0.3%左右，级配良好，针片状颗粒较少。选择的细骨料为机制砂，能够减小混凝土的收缩，细度模数为2.4～2.8，石粉含量和泥块含量满足规范的
要求。
2.3 掺合料
掺粉煤灰能减少水泥用量并有效降低水化热，不影响混凝土后期强度。优质粉煤灰的需水量小，可降低混凝土单方用水量和水泥用量，还可减少混凝土自身体积收缩，利于防裂；同时还可改善混凝土的和易性，增强混凝土的工作性能。该工程所用粉煤灰性能:45μm筛细度为14.6%，烧失量4.3%，需水量比98.6%，三氧化硫含量0.65%，含水率0.3%。
2.4 外加剂
为了减少水泥用量，降低水灰比，减小混凝土的水化热，改善混凝土的和易性，并提高混凝土的抗冻、抗渗性能，在混凝土中掺入一定量的DH13羧酸系高性能减水剂(HPWR)和DH9引气剂(AE)。
2.5 混凝土配合比
在保证混凝土具有良好工作性能的情况下，应尽可能降低混凝土的单位用水量，采用“三低(低砂率、低坍落度、低水胶比)、二掺(掺高性能减水剂和高性能引气剂)、一高(高粉煤灰掺量)”的设计原则，采用“双掺”(掺外加剂和掺粉煤灰)技术，生产出高强、高韧性、高极限拉伸值和低热的抗裂混凝土。该工程根据混凝土设计强度等级，在对混凝土原材料进行优选的基础上，经多组对比试验，确定的配合比见表1。
表1混凝土配合比
3 水工建筑混凝土入仓温度控制
混凝土的温度升降速度及内外温差对混凝土的开裂有较大影响，因此做好施工过程中的温度控制至关重要。
3.1 出机口温度
混凝土的出机口温度取决于混凝土的原材料温度，因此，要严格控制原材料的温度。该工程浇筑过程中原材料温度和混凝土温度控制见表2。
表2 不同气温下采取措施与混凝土出机口温度℃
一般情况下，砂石骨料的温度应每隔4h检测1次。在空气温度较高时应加密测试，并采取措施控制砂石骨料的温度，比如采用地下井水为拌和用水，并在拌合用水的水池中加冰块降温，并延长混凝土搅拌时间，使其不少于90s。砂、石骨料堆高不宜低于6m，并应搭设遮阳棚，必要时应提前1d对石子用水喷淋降温，砂子宜采用风冷降温，采用喷水降温时，应及时检测骨料含水率并从用水量中扣除。水泥和粉煤灰的温度也不宜过高。一方面要求在大体积混凝土开盘之前，搅拌站必须提前将水泥和粉煤灰料仓储满；另一方面对后续入场的每一车水泥和粉煤灰应由试验人员进行温度检测，控制水泥和粉煤灰入场温度不大于50℃方可入罐，既起到降低胶凝材料温度的作用，同时也避免由于水泥温度过高，造成混凝土假凝现象。
3.2 入仓温度
1)采取措施降低运输过程中混凝土温度回升，混凝土运输车辆采用保温措施，搭设活动遮阳蓬，以减少混凝土温度回升。必要时，混凝土运输车辆用水冲洗降温。
2)合理安排开仓时间，宜尽量安排在早晚和夜间施工，以避开白天高温时段浇筑混凝土。
3)合理安排施工工序，尽量缩短各工序时间，加快混凝土入仓速度和仓面收浆速度。确保混凝土浇筑温度不大于28℃。
3.3 运输和入仓速度
为在浇筑过程中加快运输和入仓速度，采用3个罐车运输，并采用1个皮带机和2个吊车罐入仓，减少待罐时间，保证了混凝土的浇筑速度，减少了混凝土在运输和浇筑过程中的温度回升。
4 水工建筑混凝土浇筑质量控制
4.1 浇筑方法
根据试验结果，混凝土现场初凝时间在6h左右，因此必须控制每层混凝土在5h入模完毕。本工程管身段底板厚度为1.3m，为防止混凝土出现冷缝，分3层浇筑，浇筑分层自下向上依次为:0.40，0.45，0.45m。采用台阶法进行浇筑，沿平行于建筑物轴线方向进行浇筑。由于皮带机较长，计划从皮带机的远端向近端铺料，每段分3层向前推进，并形成明显的台阶，台阶宽度在0.40～0.45m之间，为加快入仓速度，防止混凝土初凝，采用2个吊罐辅助入仓。
4.2 浇筑施工要点
1)严格控制第2层和第3层的混凝土摊铺长度，斜坡分层处振捣要密实，不得漏振，但也不可过振。
2)以最快的速度覆盖上层混凝土，最大限度缩短混凝土面暴露的时间。
3)浇筑中如因机械故障和停电等而中止浇筑时，要做好停仓准备，必须在混凝土初凝之前，把接头处特别是钢筋附近的混凝土振捣密实。但要注意避免振动模板及碰撞钢筋、预埋件等。
4)浇筑斜面底板和顶板时，每一层台阶的浇筑均从低处向高处浇筑。
5)采用垂直振捣和斜向振捣相结合。
6)振捣器要“快插慢抽”，不可过振与漏振。振捣方向应与混凝土流动方向相反，防止同向同时出现振捣现象，并防止以振捣代替平倉。
5 水工建筑混凝土的温度监控和养护
5.1 温度监控
温度监控，混凝土浇筑完成后即开始温度监控，根据监控情况及时调整养护措施，使混凝土内外温差不至过大。
5.1.1 铺设循环冷却水管
冷却水管采用直径为50mm的薄铁管，冷却水管间距为1.0m，冷却水管上下层间距为60cm，冷却水管连接牢靠，不漏水，并安放稳固，冷却水采用地下井水。
5.1.2 测温点布置和温度测量
沿浇筑的高度方向，在底部、中部和表面布置3层测温探头，第1层在距离混凝土底面以上10cm处，第2层在混凝土中部，第3层在距离混凝土上表面10cm处，平面测点间距为8m，距离结构边缘4m。施工测温有专人负责，每测1次都应记录，并计算每个测温点的升降值及温差值。混凝土终凝后开始测量，2d内每4h测1次，2～5d每2h测1次，5d后每4h测1次。混凝土内部最高温度与环境温度差小于20℃后可停止测温。
5.1.3 温度监控结果分析
实测的温度数据表明:①混凝土的入模温度为21～28℃，混凝土中心区域温升值为30～35℃，混凝土的升温时间为22～85h；②混凝土的内外温差始终控制在25℃以内，有效控制了混凝土的裂缝；③冷却水管的循环冷却水效果明显，冷却水及时带走了混凝土在极短时间内释放的大量水化热，从而降低了混凝土中心区域最高温升值。
5.1.4 温控技术与传统温控措施比较
该工程采取的温控措施与传统温控技术的比较见表3，从表3可知，该工程通过对原材料和混凝土施工过程全过程温度监控，采取温控措施，降低了混凝土的绝热温升和混凝土的内部温度，取得了良好的效果。
表3 温控技术与传统温控措施对照表
5.2 养护
混凝土的表面保护和养护对抵御气温骤变起重要的作用，可减少混凝土表面裂缝的产生，并可预防混凝土干缩裂缝。可以从以下几个方面来把握混凝土的养护。
1)塑性混凝土应在浇筑完毕6～18h内开始洒水养护。混凝土洒水养护的时间:对采用硅酸盐水泥、普通硅酸盐水泥或矿渣硅酸盐水泥拌制的混凝土，不得少于7d；对掺用缓凝型外加剂或有抗渗要求的混凝土，不得少于14d；在干燥、炎热气候条件下，应养护至28d。
2)混凝土养护方式:洒水养护并保持处于湿润状态。
3)覆盖材料:大面积结构可采用塑料薄膜覆盖，小面积结构可用草帘覆盖养护。
4)混凝土必须养护至强度达到3。5MPa以上，方准在其上行人或组织下一工序的施工。
5)混凝土养护时，切忌采用新抽地下井水对混凝土实施“喷浇冷激”，以免表面发生龟裂现象。
采用覆盖土工布洒水养护，使混凝土缓慢降温，充分发挥徐变特性，降低温度应力，保温至混凝土中心温度和表面温差平稳、正常后即可停止。采取长时间养护，规定合理的拆模时间，可以延缓降温时间和降温速度，以发挥混凝土的应力松弛效应。
6 结语
综上所述，温度裂缝对建筑物大体积混凝土结构有较大的危害。因此，建设单位应结合建筑工程的施工特点，采取合理的施工技术，通过优化混凝土原材料及其配合比，有效将混凝土温度控制在合理的范围内，同时定期对大体积混凝土进行维修保养，以及时发现问题并加以解决，从而确保建筑物混凝土结构的安全。
参考文献
[1] 黄家常.大体积混凝土施工温度裂缝控制技术[J].城市建设理论研究.2012年第24期
[2] 张友恩.大体积混凝土表面温度裂缝控制施工技术[J].建筑设计管理.2012年第12期
关键词:水工建筑；大体积混凝土；温度裂缝；质量控制；养护措施
中图分类号： TU375文献标识码：A 文章编号：
随着国民经济建设的快速发展，城市水利行业得到进一步的发展，各种类型的水工建筑物层出不穷，对水工建筑物的使用功能及质量安全也提出了新的要求。本文通过探讨水工建筑大体积混凝土温度裂缝施工技术，提出一些切实有效的质量控制措施和养护方法，以避免混凝土温度裂缝的产生。
1 水工建筑大体积混凝土温度裂缝原因分析
水工建筑大体积混凝土贯穿性或深进性的裂缝，主要是由于平均温差和收缩差引起的温度应力而造成的。一般情况下，现浇大体积混凝土在升温阶段出现裂缝的可能性较小；在降温阶段，因内部温度慢慢要与外界气温相平衡，从表面开始慢慢深入到内部，当温度收缩变形受到外部边界条件约束时，将引起較大的温度应力，若拉应力超过混凝土的抗拉强度，即产生裂缝。其主要影响因素如下。
1.1 水泥水化热
大体积混凝土结构断面较厚，表面系数相对较小，所以水泥水化散发的热量聚集在结构内部，短时间内不易散失，使内外温差较大，当温差超过一定值，使温度应力超过了混凝土的拉应力，混凝土就会产生裂缝。
1.2 混凝土收缩
混凝土中约20%的水分是水泥硬化所必须的，而约80%的水分要蒸发。多余水分的蒸发会引起混凝土体积的收缩。如果混凝土收缩后，再处于水饱和状态，几乎可以恢复膨胀达到原有的体积，从这一方面来说，混凝土施工完毕后一定时期内的养护对混凝土收缩裂缝的影响较大。
1.3 表层气温
大体积混凝土在施工阶段时，气温的变化对混凝土的水化热有较大影响。外界气温越高，混凝土的浇筑温度也越高，同时混凝土的绝热温升也越高，尤其是在夏季高温时段，如不采取措施，温度能达到70℃。外界气温下降，特别是温度的骤降，会在混凝土表面引起急剧的降温形成很陡的温度梯度，从而引起很大的温度应力，使混凝土表面产生裂缝。
1.4 其他因素
地基对混凝土的约束和地基的不均匀沉降也能使大体混凝土产生裂缝。在施工期间，外部荷载较小，因此可忽略外部荷载对混凝土裂缝的影响。
2 水工建筑混凝土原材料及其配合比设计
2.1 水泥
为降低大体积混凝土的水化热，减少水泥用量，尽量选择低水化热或中水化热、凝结时间长的水泥，同时比表面积不要过大，避免使用高强或早强水泥。该工程所选水泥为P。O42。5低碱普通硅酸盐水泥，根据试验结果，该水泥的比表面积、凝结时间、安定性和胶砂强度均符合水工混凝土施工规范的要求。
2.2 骨料
对于大体积混凝土而言，应优先考虑使用破碎骨料，含泥量不要超过1%，且尽量选用粒径较大、级配良好的粗骨料，可保证混凝土较好的和易性和较高的抗压强度，同时可减少水泥浆的用量，从而使水泥水化热减少，降低混凝土温升。该工程所选用的粗骨料为粒径5～40mm的碎石，含泥量为0.3%左右，级配良好，针片状颗粒较少。选择的细骨料为机制砂，能够减小混凝土的收缩，细度模数为2.4～2.8，石粉含量和泥块含量满足规范的
要求。
2.3 掺合料
掺粉煤灰能减少水泥用量并有效降低水化热，不影响混凝土后期强度。优质粉煤灰的需水量小，可降低混凝土单方用水量和水泥用量，还可减少混凝土自身体积收缩，利于防裂；同时还可改善混凝土的和易性，增强混凝土的工作性能。该工程所用粉煤灰性能:45μm筛细度为14.6%，烧失量4.3%，需水量比98.6%，三氧化硫含量0.65%，含水率0.3%。
2.4 外加剂
为了减少水泥用量，降低水灰比，减小混凝土的水化热，改善混凝土的和易性，并提高混凝土的抗冻、抗渗性能，在混凝土中掺入一定量的DH13羧酸系高性能减水剂(HPWR)和DH9引气剂(AE)。
2.5 混凝土配合比
在保证混凝土具有良好工作性能的情况下，应尽可能降低混凝土的单位用水量，采用“三低(低砂率、低坍落度、低水胶比)、二掺(掺高性能减水剂和高性能引气剂)、一高(高粉煤灰掺量)”的设计原则，采用“双掺”(掺外加剂和掺粉煤灰)技术，生产出高强、高韧性、高极限拉伸值和低热的抗裂混凝土。该工程根据混凝土设计强度等级，在对混凝土原材料进行优选的基础上，经多组对比试验，确定的配合比见表1。
表1混凝土配合比
3 水工建筑混凝土入仓温度控制
混凝土的温度升降速度及内外温差对混凝土的开裂有较大影响，因此做好施工过程中的温度控制至关重要。
3.1 出机口温度
混凝土的出机口温度取决于混凝土的原材料温度，因此，要严格控制原材料的温度。该工程浇筑过程中原材料温度和混凝土温度控制见表2。
表2 不同气温下采取措施与混凝土出机口温度℃
一般情况下，砂石骨料的温度应每隔4h检测1次。在空气温度较高时应加密测试，并采取措施控制砂石骨料的温度，比如采用地下井水为拌和用水，并在拌合用水的水池中加冰块降温，并延长混凝土搅拌时间，使其不少于90s。砂、石骨料堆高不宜低于6m，并应搭设遮阳棚，必要时应提前1d对石子用水喷淋降温，砂子宜采用风冷降温，采用喷水降温时，应及时检测骨料含水率并从用水量中扣除。水泥和粉煤灰的温度也不宜过高。一方面要求在大体积混凝土开盘之前，搅拌站必须提前将水泥和粉煤灰料仓储满；另一方面对后续入场的每一车水泥和粉煤灰应由试验人员进行温度检测，控制水泥和粉煤灰入场温度不大于50℃方可入罐，既起到降低胶凝材料温度的作用，同时也避免由于水泥温度过高，造成混凝土假凝现象。
3.2 入仓温度
1)采取措施降低运输过程中混凝土温度回升，混凝土运输车辆采用保温措施，搭设活动遮阳蓬，以减少混凝土温度回升。必要时，混凝土运输车辆用水冲洗降温。
2)合理安排开仓时间，宜尽量安排在早晚和夜间施工，以避开白天高温时段浇筑混凝土。
3)合理安排施工工序，尽量缩短各工序时间，加快混凝土入仓速度和仓面收浆速度。确保混凝土浇筑温度不大于28℃。
3.3 运输和入仓速度
为在浇筑过程中加快运输和入仓速度，采用3个罐车运输，并采用1个皮带机和2个吊车罐入仓，减少待罐时间，保证了混凝土的浇筑速度，减少了混凝土在运输和浇筑过程中的温度回升。
4 水工建筑混凝土浇筑质量控制
4.1 浇筑方法
根据试验结果，混凝土现场初凝时间在6h左右，因此必须控制每层混凝土在5h入模完毕。本工程管身段底板厚度为1.3m，为防止混凝土出现冷缝，分3层浇筑，浇筑分层自下向上依次为:0.40，0.45，0.45m。采用台阶法进行浇筑，沿平行于建筑物轴线方向进行浇筑。由于皮带机较长，计划从皮带机的远端向近端铺料，每段分3层向前推进，并形成明显的台阶，台阶宽度在0.40～0.45m之间，为加快入仓速度，防止混凝土初凝，采用2个吊罐辅助入仓。
4.2 浇筑施工要点
1)严格控制第2层和第3层的混凝土摊铺长度，斜坡分层处振捣要密实，不得漏振，但也不可过振。
2)以最快的速度覆盖上层混凝土，最大限度缩短混凝土面暴露的时间。
3)浇筑中如因机械故障和停电等而中止浇筑时，要做好停仓准备，必须在混凝土初凝之前，把接头处特别是钢筋附近的混凝土振捣密实。但要注意避免振动模板及碰撞钢筋、预埋件等。
4)浇筑斜面底板和顶板时，每一层台阶的浇筑均从低处向高处浇筑。
5)采用垂直振捣和斜向振捣相结合。
6)振捣器要“快插慢抽”，不可过振与漏振。振捣方向应与混凝土流动方向相反，防止同向同时出现振捣现象，并防止以振捣代替平倉。
5 水工建筑混凝土的温度监控和养护
5.1 温度监控
温度监控，混凝土浇筑完成后即开始温度监控，根据监控情况及时调整养护措施，使混凝土内外温差不至过大。
5.1.1 铺设循环冷却水管
冷却水管采用直径为50mm的薄铁管，冷却水管间距为1.0m，冷却水管上下层间距为60cm，冷却水管连接牢靠，不漏水，并安放稳固，冷却水采用地下井水。
5.1.2 测温点布置和温度测量
沿浇筑的高度方向，在底部、中部和表面布置3层测温探头，第1层在距离混凝土底面以上10cm处，第2层在混凝土中部，第3层在距离混凝土上表面10cm处，平面测点间距为8m，距离结构边缘4m。施工测温有专人负责，每测1次都应记录，并计算每个测温点的升降值及温差值。混凝土终凝后开始测量，2d内每4h测1次，2～5d每2h测1次，5d后每4h测1次。混凝土内部最高温度与环境温度差小于20℃后可停止测温。
5.1.3 温度监控结果分析
实测的温度数据表明:①混凝土的入模温度为21～28℃，混凝土中心区域温升值为30～35℃，混凝土的升温时间为22～85h；②混凝土的内外温差始终控制在25℃以内，有效控制了混凝土的裂缝；③冷却水管的循环冷却水效果明显，冷却水及时带走了混凝土在极短时间内释放的大量水化热，从而降低了混凝土中心区域最高温升值。
5.1.4 温控技术与传统温控措施比较
该工程采取的温控措施与传统温控技术的比较见表3，从表3可知，该工程通过对原材料和混凝土施工过程全过程温度监控，采取温控措施，降低了混凝土的绝热温升和混凝土的内部温度，取得了良好的效果。
表3 温控技术与传统温控措施对照表
5.2 养护
混凝土的表面保护和养护对抵御气温骤变起重要的作用，可减少混凝土表面裂缝的产生，并可预防混凝土干缩裂缝。可以从以下几个方面来把握混凝土的养护。
1)塑性混凝土应在浇筑完毕6～18h内开始洒水养护。混凝土洒水养护的时间:对采用硅酸盐水泥、普通硅酸盐水泥或矿渣硅酸盐水泥拌制的混凝土，不得少于7d；对掺用缓凝型外加剂或有抗渗要求的混凝土，不得少于14d；在干燥、炎热气候条件下，应养护至28d。
2)混凝土养护方式:洒水养护并保持处于湿润状态。
3)覆盖材料:大面积结构可采用塑料薄膜覆盖，小面积结构可用草帘覆盖养护。
4)混凝土必须养护至强度达到3。5MPa以上，方准在其上行人或组织下一工序的施工。
5)混凝土养护时，切忌采用新抽地下井水对混凝土实施“喷浇冷激”，以免表面发生龟裂现象。
采用覆盖土工布洒水养护，使混凝土缓慢降温，充分发挥徐变特性，降低温度应力，保温至混凝土中心温度和表面温差平稳、正常后即可停止。采取长时间养护，规定合理的拆模时间，可以延缓降温时间和降温速度，以发挥混凝土的应力松弛效应。
6 结语
综上所述，温度裂缝对建筑物大体积混凝土结构有较大的危害。因此，建设单位应结合建筑工程的施工特点，采取合理的施工技术，通过优化混凝土原材料及其配合比，有效将混凝土温度控制在合理的范围内，同时定期对大体积混凝土进行维修保养，以及时发现问题并加以解决，从而确保建筑物混凝土结构的安全。
参考文献
[1] 黄家常.大体积混凝土施工温度裂缝控制技术[J].城市建设理论研究.2012年第24期
[2] 张友恩.大体积混凝土表面温度裂缝控制施工技术[J].建筑设计管理.2012年第12期