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【摘 要】 大体积大方量混凝土水泥水化热释放比较集中，内部温升比较快，混凝土里表温差较大时，会使混凝土产生温度裂缝。采用在大体积混凝土中设置水管，并在混凝土浇筑完成之后向水管中通入冷水，进行主动降温，有效的降低了大体积混凝土内部过高的水化热，防止了水化热引起的温度变化和收缩而导致的有害裂缝产生，保证了混凝土质量。
【关键词】 大体积混凝土;温度裂缝;冷却水管;主动降温
1.前言
大体积混凝土就是指长、宽、高任意一边不小于1米，或预计会因混凝土中胶凝材料的水化引起的温度变化和收缩而导致有害裂缝产生的混凝土，它主要的特点就是体积大。大体积大方量混凝土在施工中，水泥水化热释放比较集中，内部温升较快。当混凝土里表温差较大时，会使混凝土产生温度裂缝。
1.1大体积混凝土施工易产生两种温度裂缝：
1.1.1表面裂缝：大体积混凝土浇筑后水泥的水化热量大，由于体积大，水化热聚集在内部不易散发，混凝土内部温度显著升高，如果表面散热较快，这样就形成较大的内外温差，内部产生压应力，表面产生拉应力，而混凝土的早期抗拉强度很低，因而出现裂缝。这种温差一般仅在表面处较大，离开表面就很快减弱，因此裂缝只在接近表面的范围内发生，表面层以下结构仍保持完整。
1.1.2贯穿性裂缝：由于建筑物物里表温差较大，结构尺寸又受到外界的约束而引起的。当大体积砼浇筑在约束地基（例如桩基）上时，又没有采取特殊措施降低、放松或取消约束，或根本无法消除约束时易导致拉应力超过混凝土的极限抗拉强度而在约束接触处产生裂缝，甚至会贯穿整个表面产生贯穿性裂缝。
2.施工方案
XX煤矿副井井塔的基础形式为筏板基础，基础的外形尺寸为23.2m*23.2m*1.95m，最小截面尺寸为1.95m，为大体积大方量混凝土。为了有效地控制有害裂缝的出现和发展，必须从控制混凝土的水化升温、延缓降温速率，减小混凝土收缩、提高混凝土的极限拉伸强度、改善约束条件等方面全面考虑，结合实际采取主动降温措施。
2.1降低水泥水化热和变形
2.1.1.选用低水化热或中水化热的水泥品种配制混凝土，如矿渣硅酸盐水泥、火山灰质硅酸盐水泥、粉煤灰水泥、复合水泥等。
2.1.2.充分利用混凝土的后期强度，减少每立方米混凝土中水泥用量。根据试验每增减10kg水泥，其水化热将使混凝土的温度相应升降1℃。
2.1.3.使用粗骨料，尽量选用粒径较大、级配良好的粗细骨料;控制砂石含泥量;掺加粉煤灰等掺合料或掺加相应的减水剂、缓凝剂，改善和易性、降低水灰比，以达到减少水泥用量、降低水化热的目的。
2.1.4.在拌合混凝土时，还可掺入适量的微膨胀或膨胀水泥，使混凝土得到补偿收缩，减少混凝土的温度应力。
2.2加强施工中的温度控制
2.2.1.在混凝土浇筑之后，做好混凝土的保温保湿养护，缓缓降温，充分发挥徐变特性，减低温度应力，由于施工期间室外温度较低，必须采取措施保温覆盖，以免发生急剧的温度梯度发生。
2.2.2.采取长时间的养护，延缓降温时间和速度，充分发挥混凝土的“应力松弛效应”。
2.2.3.加强测温和温度监测与管理，实行信息化控制，随时控制混凝土内的温度变化，内外温差控制在25℃以内，基面温差和基底面温差均控制在20℃以内，及时调整保温及养护控制，使混凝土的温度梯度和湿度不至过大，以有效控制有害裂缝的出现。
2.2.4.合理安排施工程序，控制混凝土在浇筑过程中均匀上升，避免混凝土拌合物堆积过大高差。在浇注完成后及时回填土，避免其侧面长期暴露。
2.3.需增加的主动降温措施：
采用在大体积混凝土中设置水管，并在混凝土浇筑完成之后向水管中通入冷水，来降低混凝土水化热的措施。冷水流经整个冷却水管系统后，将混凝土水化产生的热量大部分带走，相当于减小了混凝土厚度。由于混凝土内部温度及内外温差显著降低，混凝土冷却后就不存在拉应力过大和容易产生温差裂缝的问题了。采用混凝土内部降温法由于为主动降温，混凝土内部温度容易控制，因此具有明显的优越性。
冷却管的设置，需经过验算，选用施工现场常见的ф48×3.5钢管脚手架杆，这样便于现场取材。经过初步估算，ф48×3.5的钢管通入冷水后可降低以钢管为圆心的0.5m半径内的混凝土的温度。因此，冷却水管在平面的布置间距应为1m，本筏板基础的厚度1.95m，所以应沿厚度方向布置两排降温水管（见图1），分别设置在距基础底面0.6m和1.4米的高度。降温水管在大体积混凝土中应该以梅花形布置（见图2）。冷却水管中水的流速可为v=1m/s。
图1 距底板1.4m处的冷却水管层
图2 筏板基础冷却水管布置剖面图
（图中实心圆点为冷却水管，外部大圆为对混凝土的降温范围）
根据大体积混凝土施工规范的有关要求，温控指标应符合混凝土浇筑块体的里表温差不宜大于25℃。所以为保证所选用的冷却水管管径及间距、流速等符合大体积混凝土的降温要求，对拟采用的措施进行了详细验算：
≤25℃
式中：T砼—混凝土的温度
W—单位体积混凝土中水泥用量，本工程约为390kg/m3;
Q水泥—水泥的水化热，约为375kj/kg;
c砼—混凝土的比热容，0.97kj;
ρ砼—水的密度1000kg/m3;
R—混凝土半径（两降温水管距离的一半）0.5m;
v水—水的流速，1m/s;
c水—水的比热容，4.2kj;
r—水管的半径，0.024m;
L—降温水管在混凝土中通过的长度;
λ—混凝土的传热系数2.33;
e—常数，取2.718;
m—系数，当空气温度为20℃时取0.362;
t—混凝土的龄期，取3天。
将各个数值代入到公式当中：
=15.6≤25℃
验算结果显示，所采用的冷却管能满足筏板基础大体积混凝土的温控要求。
3.实际效果
为及时掌握混凝土内部温升与表面温度的变化值，在基础混凝土内埋设若干个测温点，第l-5d每2h测温1次，第6d后每4h测温1次，测至温度稳定为止。经实际测量，基础大体积混凝土内部的温度与大气温度的差值没有超过25℃。符合规范要求。
经工程施工实践证明，结合各项基础大体积混凝土的质量控制措施，在基础混凝土中设置两层冷却水管进行主动降温，有效的降低了大体积混凝土内部过高的水化热，防止了水泥水化热引起的温度变化和收缩而导致的有害裂缝产生，保证了混凝土的强度和质量，副井井塔筏板基础的混凝土经试验室的检测，全部达到质量标准。井塔基础工程也顺利的通过了有关部门进行的结构验收。
参考文献：
[1]虞晓光.不同条件下的混凝土工程应用技术.中国现代工程技术出版社
[2]大体积混凝土施工规范 GB50496-2009
作者简介：温洪志（1965—），男，本科学历，高级工程师，注册监理工程师、注册安全工程师、注册一级建造师、爆破高级工程师。长期从事煤矿建设施工技术及管理工作。
【关键词】 大体积混凝土;温度裂缝;冷却水管;主动降温
1.前言
大体积混凝土就是指长、宽、高任意一边不小于1米，或预计会因混凝土中胶凝材料的水化引起的温度变化和收缩而导致有害裂缝产生的混凝土，它主要的特点就是体积大。大体积大方量混凝土在施工中，水泥水化热释放比较集中，内部温升较快。当混凝土里表温差较大时，会使混凝土产生温度裂缝。
1.1大体积混凝土施工易产生两种温度裂缝：
1.1.1表面裂缝：大体积混凝土浇筑后水泥的水化热量大，由于体积大，水化热聚集在内部不易散发，混凝土内部温度显著升高，如果表面散热较快，这样就形成较大的内外温差，内部产生压应力，表面产生拉应力，而混凝土的早期抗拉强度很低，因而出现裂缝。这种温差一般仅在表面处较大，离开表面就很快减弱，因此裂缝只在接近表面的范围内发生，表面层以下结构仍保持完整。
1.1.2贯穿性裂缝：由于建筑物物里表温差较大，结构尺寸又受到外界的约束而引起的。当大体积砼浇筑在约束地基（例如桩基）上时，又没有采取特殊措施降低、放松或取消约束，或根本无法消除约束时易导致拉应力超过混凝土的极限抗拉强度而在约束接触处产生裂缝，甚至会贯穿整个表面产生贯穿性裂缝。
2.施工方案
XX煤矿副井井塔的基础形式为筏板基础，基础的外形尺寸为23.2m*23.2m*1.95m，最小截面尺寸为1.95m，为大体积大方量混凝土。为了有效地控制有害裂缝的出现和发展，必须从控制混凝土的水化升温、延缓降温速率，减小混凝土收缩、提高混凝土的极限拉伸强度、改善约束条件等方面全面考虑，结合实际采取主动降温措施。
2.1降低水泥水化热和变形
2.1.1.选用低水化热或中水化热的水泥品种配制混凝土，如矿渣硅酸盐水泥、火山灰质硅酸盐水泥、粉煤灰水泥、复合水泥等。
2.1.2.充分利用混凝土的后期强度，减少每立方米混凝土中水泥用量。根据试验每增减10kg水泥，其水化热将使混凝土的温度相应升降1℃。
2.1.3.使用粗骨料，尽量选用粒径较大、级配良好的粗细骨料;控制砂石含泥量;掺加粉煤灰等掺合料或掺加相应的减水剂、缓凝剂，改善和易性、降低水灰比，以达到减少水泥用量、降低水化热的目的。
2.1.4.在拌合混凝土时，还可掺入适量的微膨胀或膨胀水泥，使混凝土得到补偿收缩，减少混凝土的温度应力。
2.2加强施工中的温度控制
2.2.1.在混凝土浇筑之后，做好混凝土的保温保湿养护，缓缓降温，充分发挥徐变特性，减低温度应力，由于施工期间室外温度较低，必须采取措施保温覆盖，以免发生急剧的温度梯度发生。
2.2.2.采取长时间的养护，延缓降温时间和速度，充分发挥混凝土的“应力松弛效应”。
2.2.3.加强测温和温度监测与管理，实行信息化控制，随时控制混凝土内的温度变化，内外温差控制在25℃以内，基面温差和基底面温差均控制在20℃以内，及时调整保温及养护控制，使混凝土的温度梯度和湿度不至过大，以有效控制有害裂缝的出现。
2.2.4.合理安排施工程序，控制混凝土在浇筑过程中均匀上升，避免混凝土拌合物堆积过大高差。在浇注完成后及时回填土，避免其侧面长期暴露。
2.3.需增加的主动降温措施：
采用在大体积混凝土中设置水管，并在混凝土浇筑完成之后向水管中通入冷水，来降低混凝土水化热的措施。冷水流经整个冷却水管系统后，将混凝土水化产生的热量大部分带走，相当于减小了混凝土厚度。由于混凝土内部温度及内外温差显著降低，混凝土冷却后就不存在拉应力过大和容易产生温差裂缝的问题了。采用混凝土内部降温法由于为主动降温，混凝土内部温度容易控制，因此具有明显的优越性。
冷却管的设置，需经过验算，选用施工现场常见的ф48×3.5钢管脚手架杆，这样便于现场取材。经过初步估算，ф48×3.5的钢管通入冷水后可降低以钢管为圆心的0.5m半径内的混凝土的温度。因此，冷却水管在平面的布置间距应为1m，本筏板基础的厚度1.95m，所以应沿厚度方向布置两排降温水管（见图1），分别设置在距基础底面0.6m和1.4米的高度。降温水管在大体积混凝土中应该以梅花形布置（见图2）。冷却水管中水的流速可为v=1m/s。
图1 距底板1.4m处的冷却水管层
图2 筏板基础冷却水管布置剖面图
（图中实心圆点为冷却水管，外部大圆为对混凝土的降温范围）
根据大体积混凝土施工规范的有关要求，温控指标应符合混凝土浇筑块体的里表温差不宜大于25℃。所以为保证所选用的冷却水管管径及间距、流速等符合大体积混凝土的降温要求，对拟采用的措施进行了详细验算：
≤25℃
式中：T砼—混凝土的温度
W—单位体积混凝土中水泥用量，本工程约为390kg/m3;
Q水泥—水泥的水化热，约为375kj/kg;
c砼—混凝土的比热容，0.97kj;
ρ砼—水的密度1000kg/m3;
R—混凝土半径（两降温水管距离的一半）0.5m;
v水—水的流速，1m/s;
c水—水的比热容，4.2kj;
r—水管的半径，0.024m;
L—降温水管在混凝土中通过的长度;
λ—混凝土的传热系数2.33;
e—常数，取2.718;
m—系数，当空气温度为20℃时取0.362;
t—混凝土的龄期，取3天。
将各个数值代入到公式当中：
=15.6≤25℃
验算结果显示，所采用的冷却管能满足筏板基础大体积混凝土的温控要求。
3.实际效果
为及时掌握混凝土内部温升与表面温度的变化值，在基础混凝土内埋设若干个测温点，第l-5d每2h测温1次，第6d后每4h测温1次，测至温度稳定为止。经实际测量，基础大体积混凝土内部的温度与大气温度的差值没有超过25℃。符合规范要求。
经工程施工实践证明，结合各项基础大体积混凝土的质量控制措施，在基础混凝土中设置两层冷却水管进行主动降温，有效的降低了大体积混凝土内部过高的水化热，防止了水泥水化热引起的温度变化和收缩而导致的有害裂缝产生，保证了混凝土的强度和质量，副井井塔筏板基础的混凝土经试验室的检测，全部达到质量标准。井塔基础工程也顺利的通过了有关部门进行的结构验收。
参考文献：
[1]虞晓光.不同条件下的混凝土工程应用技术.中国现代工程技术出版社
[2]大体积混凝土施工规范 GB50496-2009
作者简介：温洪志（1965—），男，本科学历，高级工程师，注册监理工程师、注册安全工程师、注册一级建造师、爆破高级工程师。长期从事煤矿建设施工技术及管理工作。