大體積混凝土裂縫溫控優化的研究

摘 要：裂縫是大體積混凝土澆筑后常見的質量問題，若不進行有效的控制，很可能影響到混凝土結構的安全。為此，本文結合工程實例，分析了大體積混凝土溫度變化情況，重點就大體積混凝土內外溫差控制技術措施進行探討，并總結工程實施的效果，以供參考。

關鍵詞：大體積混凝土；裂縫；溫控優化；工程效果

隨著城市建設規模的不斷擴大，城市建筑數量日益增加，對建筑施工材料的要求也有所提高。大體積混凝土作為一種常見的結構材料，具有承載力高，適用范圍廣和耐久性強等優點，目前廣泛應用于建筑工程施工當中。但是，由于大體積混凝土單次澆筑方量大，加上混凝土自身放熱量大，如果不能及時擴散，容易導致混凝土澆筑體產生了較大的內外溫差，致使大體積混凝土產生溫度裂縫，若沒有對溫度裂縫進行有效的控制，則可能影響到混凝土結構的可靠性。因此，有必要加強大體積混凝土裂縫溫控優化工作的研究力度。本文通過分析混凝土溫度變化情況，采取了有效的溫控技術措施控制裂縫的產生，并取得了良好的效果。

1 工程概況

某高層建筑主樓采用現澆鋼筋混凝土框剪結構。地下室底板混凝土強度等級C35，混凝土最大澆注部位為主樓大體積承臺，截面尺寸：長12.5m，寬12.5m，厚2.5m，混凝土澆注量分別為390m3，屬大體積混凝土。

2 工程特點及控制目標

本工程屬生命線工程，應確保發生地震等災難時能夠正常發揮搶險救災指揮功能，對地下室人防級別要求較高，且基礎埋深較深，抗滲也有較高要求，因此對混凝土裂縫的控制尤為重要。為此，必須控制大體積混凝土的內外溫差在規范規定的允許范圍內，保證大體積混凝凝土施工不會產生溫度裂縫和收縮裂縫，這是本工程施工的主要目標，在施工過程中應加以重點控制。

3 大體積混凝土水化溫升和內、外溫度變化情況計算分析

本工程大體積混凝土配合比按最大程度減少水化熱的原則進行配置，具體配合比設計為每方混凝土材料用量為：水泥325kg，粉煤灰87kg，砂693kg，碎石1039kg，水175kg。

（1）混凝土絕熱溫升：

（1）

式（1）中：T（t）-混凝土齡期為t時的絕熱溫升（℃）；W-混凝土的膠凝材料用量（kg/m3）；Q-膠凝材料水化熱總量（kJ/kg），Q=kQ0，其中k為不同摻量摻合料水化熱調整系數，取k=0.936；Q0-水泥水化熱總量（kJ/kg），由查施工規范及施工計算手冊計算Q0=391kJ/kg；C-混凝土的比熱，取0.97kJ/（kg·K）；ρ-混凝土的重力密度，取2400kg/m3；m-與水泥品種、澆筑溫度等有關的系數，取入模溫度為21℃，則系數取0.3664。根據上述公式計算所得不同齡期絕熱溫升見表1。T（1）=21.14℃。

（2）混凝土內部中心溫度：

T1（t）=To+T（t）ξ（t）（2）

式（2）中：T1（t）-齡期混凝土內部中心最高溫度（℃）；To-混凝土的澆筑入模溫度（℃）；T（t）-混凝土最終絕熱溫升（℃）；ξ（t）-t齡期溫降系數。

從上述公式可知，降低入模溫度可顯著降低混凝土內部中心溫度。因此，本工程選擇在晚上溫度較低時澆筑混凝土，降低混凝土的入模溫度，將入模溫度控制在21℃以內。根據上述公式并查施工計算手冊計算得不同齡期混凝土中心溫度見表1。

（3）蓄水養護深度：

本工程根據實際情況，混凝土表面收水拉毛后，立即覆蓋一層塑料薄膜，待混凝土初凝后利用核心筒內電梯井坑進行畜水保溫養護，直至溫差降至安全范圍內。具體蓄水深度由以計算確定：

（3）

式（3）中：X—蓄水養護時間，取X=336h；Tmax-T2=20℃；Kb傳熱系數修正值，取1.3；λw—水的導熱系數，取0.58；M—混凝土結構表面系數，。根據上述公式計算所得蓄水養護深度為：Hw=3.6cm。

（4）混凝土表層溫度：

T2（t）=Tq+4h′（H-h′）[T1（t）-Tq]/H2 （4）

式（4）中：T2（t）—t齡期混凝土表面溫度（℃）；Tq—施工期大氣平均溫度（℃），取15.2℃；h′—混凝土虛厚度（m），h′—=K′·λ/β，K′為折減系數，取2/3，λ為混凝土導熱率，取2.33W/m·K；β為混凝土表面模板及保溫層傳熱系數（W/m2·K），β=1/[δw/λw+1/βq]，δw—蓄水保溫層厚度（m），λw—水的導熱系數，取0.58，βq—空氣層的傳熱系數，取23（W/m2·K）；查施工計算手冊并計算得：h′=0.118m。H—混凝土計算厚度（m），H=h+2h′，h—混凝土實際厚度（m）。

4 混凝土內外溫差控制技術措施—混凝土內部布置冷管通水降溫

本工程決定采用“內部通水降溫，外部蓄水養護”水循環施工技術，將混凝土內外溫差控制在20℃內，確保不出現溫差裂縫。根據工程經驗，沿混凝土厚度中心的水平面均勻布置三個回路的規格為Φ50循環水管，每個水管設進水口和出水口各一個（見圖1）。混凝土澆筑完畢后12h開始通水。由上述計算知，1d的絕熱溫升為21.14℃，而混凝土入模溫度為21℃，考慮降溫系數的影響，則此時的混凝土內部中心溫度不會超過42℃，將開始進水溫度控制在19℃左右可保證水溫與接觸面的混凝土溫差不超過25℃。利用核心筒內電梯井坑進行畜水養護，初始蓄水深度取20cm（水泵正常工作所需最小深度）。利用水泵的工作原理，將電梯井坑內的冷水抽進已布置的冷卻管內，同時將水管內的熱水排出到基坑內，建立水循環，利用物質熱交換原理，帶走混凝土內部水化熱，降低混凝土內部溫度。施工過程應注意選擇水泵型號，合理控制水流速度，將進出口水溫差控制在2℃以內；同時進出水口每天應交換一次，使得混凝土內部溫度比較均勻，降低溫度裂縫出現的可能性。

圖1 冷凝水管布置圖

5 測溫及信息化施工

（1）測溫點布置及監測：上述計算是按混凝土內部須排出的水化熱全部由降溫水管中的水帶走考慮，實際上混凝土向降溫水管傳遞熱量的影響因素較多，對計算結構可能產生較大影響，因此必須加強測溫工作，發現問題及時糾正。本工程根據實際情況，按照兼顧均勻布點與重點布點的原則，同時在可能出現較大溫差的部位布置測桿，共布置12根測桿。測桿分上、中、下3個測點，每個測點均布置備用點，其中上測點距混凝土上表面50mm，中測點位于混凝土底板豎向中心位置，下測點距混凝土下表面50mm。

（2）信息化施工：混凝土從澆筑到硬化有一個升溫和降溫的過程，特別降溫至環境溫度的過程比較緩慢，為此，測溫從混凝土澆筑后馬上開始監測，1次/2h。主要監測混凝土澆筑及固化過程中，混凝土水化熱即時溫度、內表溫差、降溫速率及蓄水溫度（即水管進水溫度）。利用測溫技術進行信息化施工，全面了解混凝土強度發展過程中內部溫度場分布狀況及蓄水池內水溫變化情況，并根據實測溫度變化情況，注意調整水流速度，控制降溫速率，以防止或控制混凝土內部有害裂縫的發生，確保施工質量。

6 工程實施效果

通過對大體積混凝施工的具體溫控措施進行分析，以及對施工過程全面監控和管理，實施信息化施工完成后，選擇具有代表性的中心測溫桿第3天至第9天測溫數據與不通水理論計算數據畫曲線圖如圖2。

圖3 通水降溫與不通水降溫計算數據對比圖

從圖2中可看出：①通水降溫后，中心溫度整體明顯回落，特別是第5天以后，下降更為明顯；②通水降溫后，中心溫度第5天時達到峰值為53.5℃，而不通水理論計算狀態下的第5天溫度及溫度峰值分別為57.6℃、60.3℃，前后相比分別少4.1℃、6.8℃；③采用水循環蓄水養護，表層溫度明顯提高，溫水養護效果好；④在不通水理論計算狀態下，曲線隨時間的推移呈上升擴大開口狀態，即溫升持續提高、溫差持續加大；而在通水降溫狀態下，曲線隨時間的推移平行小起伏后呈縮口狀態，溫差在第5天時達到最大值18.3℃后持續下降，即溫升小幅升高后持續回落，溫差穩定保持在20℃以內。上述情況表明，所采取的內外溫差控制技術措施得當，通水降溫后，混凝土內部降溫效果明顯，成功地將溫差控制在預定的20℃以內，滿足設計和施工驗收規范要求，達到了預期的目的。經檢查，各基礎外觀質量良好，無任何裂縫，取得良好的效果。

7 結束語

溫度裂縫是影響大體積混凝土結構安全和穩定的重要因素。因此，施工技術人員應結合工程實際情況，通過理論計算分析，采取合理的、有效的溫控技術措施。同時還應加強大體積混凝土溫度加測工作，制定安全應急預案，一旦出現異常情況及時調整并加以解決，以避免混凝土溫度裂縫的產生，從而確保大體積混凝土結構的質量安全。

參考文獻

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[2] 楊建勛.大體積混凝土溫度裂縫的成因及控制措施[J].中華民居.2011年第06期