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摘要：大体积混凝土应用在工程重要的部位，一旦大体积混凝土出现较大裂缝，对工程影响极为严重。本文阐述了大体积混凝土裂缝产生的原因和防裂缝的施工技术内容，并结合工程实例，介绍了大体积混凝土温控计算和裂缝控制措施，以达到防止大体积混凝土开裂的目的，确保大体积混凝土工程施工质量。
关键词：水泥工程；大体积混凝土；裂缝控制
由于大体积混凝土基础具有极高的结构安全稳定性，因此在水泥工程建设中占有重要的地位。回转窑、磨机等大型设备基础，筒仓结构的基础等承受荷载大的结构，通常都采用大体积混凝土建造。
关于大体积混凝土的定义，虽然不同国家和地区对大体积混凝土的解释不尽相同，但总结主要还是从定量和定性两个方面来定义。美国混凝土学会对其有过规定：“任意就地浇筑的混凝土，其尺寸之大，必须要求采取措施解决水泥水化热及随之引起的体积变形问题，以最大限度地减少裂缝时，均可称为大体积混凝土”。其次是日本建筑学会标准的规定：“结构断面最小尺寸在80cm以上，水化热引起混凝土内的最高温度与外界气温之差，预计超过25℃的混凝土，称为大体积混凝土”。
由此可見，大体积混凝土经常出现的问题，不是力学上的结构强度，而是以控制混凝土温度变形裂缝，从而提高混凝土的抗渗、抗裂、抗腐蚀性能，以提高建筑结构的耐久年限而为突出任务。
在大体积混凝土结构中，由于结构截面大，水泥用量多，水泥水化释放的水化热会产生较大的温度变化和收缩作用，由此形成的温度收缩应力是导致钢筋混凝土产生裂缝的主要原因，这种裂缝有表面裂缝和贯通裂缝两种。表面裂缝是由于混凝土表面和内部的散热条件不同，温度外低内高，形成温度梯度，使混凝土内部产生压应力，表面产生拉应力，表面的拉应力超过混凝土的抗拉强度引起的。贯通裂缝是由于大体积混凝土在强度发展到一定程度、混凝土逐渐降温，这个降温差引起的变形加上混凝土失水引起的体积收缩变形，受到地基和其他结构边界条件的约束而引起的拉应力，超过混凝土抗拉强度时所可能产生的贯通整个截面的裂缝。这两种裂缝在不同程度上，都属于有害裂缝。由此可知大体积混凝土结构所承受的变形，主要是温差和收缩而产生的，因此在大体积混凝土施工中，应以控制温差和混凝土的收缩作用为重点，控制大体积混凝土裂缝的产生。
下面就以水泥工程中常见的回转窑基础为例，对大体积混凝土施工的裂缝控制进行一些浅析。
1、工程概况：
某水泥工程回转窑窑墩顶板，厚度2 .5m，长14m，宽11.6m，混凝土强度等级C30，根据其定义属大体积混凝土范畴。
2、施工条件
该工程在夏季进行施工的大体积泵送混凝土，混凝土强度等级C30，施工期间平均气温24℃。
3、原材料及配合比
（1）优选水泥品种，首选采用水化热较低的矿渣硅酸盐水泥，次选使用普通硅酸盐水泥。
（2）在混凝土中根据施工的不同需要添加外加剂，混凝土中采用掺SBTJM减水剂，改善混凝土性能，减少水泥用量，降低水化热；改善混凝土的和易性、泵送性、粘聚度等性能。
（3）粗骨料采用级配碎石，符合相应规范要求。
（4）该工程混凝土设计强度等级为C30，混凝土配合比（坍落度控制在120mm～140mm）见表1。针对已确定的配合比设计，进行温升计算，从理论上初步确定是否需要采取降温措施。
材料名称 水 水泥 细骨料 粗骨料 外加剂
材料用量（kg/m3） 370 155 728 1140 5
表1
4、混凝土内外温度差计算
4.1 混凝土内部温度
实际上混凝土的内部最高温度，是由其浇筑温度，水泥水化热引起的绝热温升和混凝土浇筑后的散热温度三部分所组成的。
可采用图表法（理论与实践相结合的方法）来计算混凝土内部最高温度值：
Tmax=T0+Th·ξ（τ）（3-1）
式中：T0——混凝土浇筑温度
Th——混凝土绝热温升
ξ（t）——不同浇筑块厚度、不同龄期降温系数（表2）
其中：混凝土浇筑温度T0取值24℃
混凝土绝热温升由公式Th= W·Q/c·ρ（3-2）求的
式中：W ---每立方米混凝土水泥用量（370Kg/ m?）；
Q ---每千克水泥水化热量（普硅水泥为377KJ/Kg）：
c—混凝土的比热在0.84～1.05 kJ/（kg· K）之间，本式取0.97 kJ/（kg·K）
ρ—混凝土的密度，取2400（kg/ m?）；
不同龄期、不同浇筑块厚度混凝土降温系数（表2）
浇筑块厚度
（m） 不同龄期（d）时的ξ值
3 6 9 12 15 18 21
1.0 0.36 0.29 0.17 0.09 0.05 0.03 0.01
1.5 0.49 0.46 0.38 0.29 0.21 0.15 0.12
2.5 0.65 0.62 0.59 0.48 0.38 0.29 0.23
3.0 0.68 0.67 0.63 0.57 0.45 0.36 0.30
则根据（式3-1）得各龄期混凝土中心温度：
当3D时，Tmax（3）= 24+ 59.9·0.65=62.9℃
当6D时，Tmax（6）= 24+ 59.9·0.62=61.1℃
当9D时，Tmax（9）= 24+ 59.9·0.59=59.3℃
当12D时，Tmax（12）= 24+ 59.9·0.48=52.7℃ 当15D时，Tmax（15）= 24+ 59.9·0.38=46.7℃
当18D时，Tmax（18）= 24+ 59.9·0.29=41.4℃
根据以上数据画出混凝土中心温度变化趋势图（图1）
4.2 混凝土表面温度
混凝土表面温度可由公式：
Tb（t）=Tq+4·h'（H-h'）[Tmax（τ））-Tq]/H 2（式3-3）
式中：Tq——混凝土龄期τ时，大气平均气温
Tmax（τ）——龄期τ时，混凝土中心温度
h'—混凝土虚厚度 （m）
H —混凝土计算厚度（m）
其中：根据图1可知龄期3d时，混凝土中心温度最高为62.9℃，
h'=K·λ/β（式3-4）
式中 K---折減系数，取0.666；
λ---混凝土的导热系数，取2.33 W/ m·K
β—混凝土模板及保温层的传热系数，取3.88 W/ m2·K
H=h+ 2 h'（式3-5）
式中 h—混凝土实际厚度，为2.5m
根据（式3-3）可得龄期3d时混凝土表面温度为40.6℃
5、裂缝控制措施
根据以上计算可知，混凝土内外最大温差为22.3℃，混凝土内部温度降温速率基本均匀（见图1），其中有7d（第9d至第15d）降温速率大于规范规定的1.5℃/d。故采取保温法，减少混凝土内外温差及混凝土降温速度。
（1）选择较低的气温进行浇筑。优选科学合理的浇筑方法，减少浇筑层厚度及掺加缓凝减水剂。
（2）插入式振捣器应快插慢拔，插点要均匀排列，逐点移动，顺序进行，防止遗漏，均匀振实。提高混凝土的密实度和抗拉强度，减小收缩变形。
（3）混凝土浇筑后，表面用塑料薄膜覆盖以保水，上铺两层麻袋以保温；结构物四周在模板外侧覆挂两层麻袋，并经常浇水养护。混凝土养护时间不得少于15d。
（4）为了及时掌握混凝土内部温度变化，采用JDC-2型电子测温仪进行测温，在混凝土中心、底面和表面各布设有代表性3个点来反映混凝土的温度变化情况。在规定的时间段将所测数据与理论计算值复核，作为保温养护的措施依据。
关键词：水泥工程；大体积混凝土；裂缝控制
由于大体积混凝土基础具有极高的结构安全稳定性，因此在水泥工程建设中占有重要的地位。回转窑、磨机等大型设备基础，筒仓结构的基础等承受荷载大的结构，通常都采用大体积混凝土建造。
关于大体积混凝土的定义，虽然不同国家和地区对大体积混凝土的解释不尽相同，但总结主要还是从定量和定性两个方面来定义。美国混凝土学会对其有过规定：“任意就地浇筑的混凝土，其尺寸之大，必须要求采取措施解决水泥水化热及随之引起的体积变形问题，以最大限度地减少裂缝时，均可称为大体积混凝土”。其次是日本建筑学会标准的规定：“结构断面最小尺寸在80cm以上，水化热引起混凝土内的最高温度与外界气温之差，预计超过25℃的混凝土，称为大体积混凝土”。
由此可見，大体积混凝土经常出现的问题，不是力学上的结构强度，而是以控制混凝土温度变形裂缝，从而提高混凝土的抗渗、抗裂、抗腐蚀性能，以提高建筑结构的耐久年限而为突出任务。
在大体积混凝土结构中，由于结构截面大，水泥用量多，水泥水化释放的水化热会产生较大的温度变化和收缩作用，由此形成的温度收缩应力是导致钢筋混凝土产生裂缝的主要原因，这种裂缝有表面裂缝和贯通裂缝两种。表面裂缝是由于混凝土表面和内部的散热条件不同，温度外低内高，形成温度梯度，使混凝土内部产生压应力，表面产生拉应力，表面的拉应力超过混凝土的抗拉强度引起的。贯通裂缝是由于大体积混凝土在强度发展到一定程度、混凝土逐渐降温，这个降温差引起的变形加上混凝土失水引起的体积收缩变形，受到地基和其他结构边界条件的约束而引起的拉应力，超过混凝土抗拉强度时所可能产生的贯通整个截面的裂缝。这两种裂缝在不同程度上，都属于有害裂缝。由此可知大体积混凝土结构所承受的变形，主要是温差和收缩而产生的，因此在大体积混凝土施工中，应以控制温差和混凝土的收缩作用为重点，控制大体积混凝土裂缝的产生。
下面就以水泥工程中常见的回转窑基础为例，对大体积混凝土施工的裂缝控制进行一些浅析。
1、工程概况：
某水泥工程回转窑窑墩顶板，厚度2 .5m，长14m，宽11.6m，混凝土强度等级C30，根据其定义属大体积混凝土范畴。
2、施工条件
该工程在夏季进行施工的大体积泵送混凝土，混凝土强度等级C30，施工期间平均气温24℃。
3、原材料及配合比
（1）优选水泥品种，首选采用水化热较低的矿渣硅酸盐水泥，次选使用普通硅酸盐水泥。
（2）在混凝土中根据施工的不同需要添加外加剂，混凝土中采用掺SBTJM减水剂，改善混凝土性能，减少水泥用量，降低水化热；改善混凝土的和易性、泵送性、粘聚度等性能。
（3）粗骨料采用级配碎石，符合相应规范要求。
（4）该工程混凝土设计强度等级为C30，混凝土配合比（坍落度控制在120mm～140mm）见表1。针对已确定的配合比设计，进行温升计算，从理论上初步确定是否需要采取降温措施。
材料名称 水 水泥 细骨料 粗骨料 外加剂
材料用量（kg/m3） 370 155 728 1140 5
表1
4、混凝土内外温度差计算
4.1 混凝土内部温度
实际上混凝土的内部最高温度，是由其浇筑温度，水泥水化热引起的绝热温升和混凝土浇筑后的散热温度三部分所组成的。
可采用图表法（理论与实践相结合的方法）来计算混凝土内部最高温度值：
Tmax=T0+Th·ξ（τ）（3-1）
式中：T0——混凝土浇筑温度
Th——混凝土绝热温升
ξ（t）——不同浇筑块厚度、不同龄期降温系数（表2）
其中：混凝土浇筑温度T0取值24℃
混凝土绝热温升由公式Th= W·Q/c·ρ（3-2）求的
式中：W ---每立方米混凝土水泥用量（370Kg/ m?）；
Q ---每千克水泥水化热量（普硅水泥为377KJ/Kg）：
c—混凝土的比热在0.84～1.05 kJ/（kg· K）之间，本式取0.97 kJ/（kg·K）
ρ—混凝土的密度，取2400（kg/ m?）；
不同龄期、不同浇筑块厚度混凝土降温系数（表2）
浇筑块厚度
（m） 不同龄期（d）时的ξ值
3 6 9 12 15 18 21
1.0 0.36 0.29 0.17 0.09 0.05 0.03 0.01
1.5 0.49 0.46 0.38 0.29 0.21 0.15 0.12
2.5 0.65 0.62 0.59 0.48 0.38 0.29 0.23
3.0 0.68 0.67 0.63 0.57 0.45 0.36 0.30
则根据（式3-1）得各龄期混凝土中心温度：
当3D时，Tmax（3）= 24+ 59.9·0.65=62.9℃
当6D时，Tmax（6）= 24+ 59.9·0.62=61.1℃
当9D时，Tmax（9）= 24+ 59.9·0.59=59.3℃
当12D时，Tmax（12）= 24+ 59.9·0.48=52.7℃ 当15D时，Tmax（15）= 24+ 59.9·0.38=46.7℃
当18D时，Tmax（18）= 24+ 59.9·0.29=41.4℃
根据以上数据画出混凝土中心温度变化趋势图（图1）
4.2 混凝土表面温度
混凝土表面温度可由公式：
Tb（t）=Tq+4·h'（H-h'）[Tmax（τ））-Tq]/H 2（式3-3）
式中：Tq——混凝土龄期τ时，大气平均气温
Tmax（τ）——龄期τ时，混凝土中心温度
h'—混凝土虚厚度 （m）
H —混凝土计算厚度（m）
其中：根据图1可知龄期3d时，混凝土中心温度最高为62.9℃，
h'=K·λ/β（式3-4）
式中 K---折減系数，取0.666；
λ---混凝土的导热系数，取2.33 W/ m·K
β—混凝土模板及保温层的传热系数，取3.88 W/ m2·K
H=h+ 2 h'（式3-5）
式中 h—混凝土实际厚度，为2.5m
根据（式3-3）可得龄期3d时混凝土表面温度为40.6℃
5、裂缝控制措施
根据以上计算可知，混凝土内外最大温差为22.3℃，混凝土内部温度降温速率基本均匀（见图1），其中有7d（第9d至第15d）降温速率大于规范规定的1.5℃/d。故采取保温法，减少混凝土内外温差及混凝土降温速度。
（1）选择较低的气温进行浇筑。优选科学合理的浇筑方法，减少浇筑层厚度及掺加缓凝减水剂。
（2）插入式振捣器应快插慢拔，插点要均匀排列，逐点移动，顺序进行，防止遗漏，均匀振实。提高混凝土的密实度和抗拉强度，减小收缩变形。
（3）混凝土浇筑后，表面用塑料薄膜覆盖以保水，上铺两层麻袋以保温；结构物四周在模板外侧覆挂两层麻袋，并经常浇水养护。混凝土养护时间不得少于15d。
（4）为了及时掌握混凝土内部温度变化，采用JDC-2型电子测温仪进行测温，在混凝土中心、底面和表面各布设有代表性3个点来反映混凝土的温度变化情况。在规定的时间段将所测数据与理论计算值复核，作为保温养护的措施依据。