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摘要:温度裂缝始终是大体积混凝土应用中难以解决的质量通病。温度裂缝的出现会影响到混凝土结构的安全和正常使用。为了有效控制温度裂缝的产生，本文结合工程实例，介绍了大体积混凝土温度裂缝的控制措施，并对混凝土结构不同部分的温度进行了计算。实践证明，所采用的控制措施能有效控制温度裂缝的产生。
关键词:大体积混凝土；裂缝控制；温度计算；温度应力
中图分类号：TV544+.91文献标识码： A 文章编号：
近年来，大体积混凝土越来越多的被应用到建筑工程建设当中。但与很多混凝土工程一样，大体积混凝土温度裂缝始终是应用中难以解决的质量通病。一般来说，混凝土在浇筑后，由于水泥水化热，内部温度上升，在一定约束条件下会产生较大的温度应力，导致混凝土产生裂缝，影响工程质量。因此，在建筑工程施工中如何控制混凝土浇筑块体因水化热引起的温升、混凝土浇筑块体的内外温差及降温速度、防止混凝土出现有害的温度裂缝是保证工程质量的首要问题。
1 工程概况
某高层建筑工程，建筑高度为77.8m，主楼中心基础为桩基筏形基础，地下室面积1425m2，建筑面积23260m2；核心筒部分底板高度2.75m，混凝土强度等级为C45S10，一次性浇筑砼量4012m3。工程结构设计选用了转换层形式。
2 转换层结构概况
转换层结构形式:第四层顶板为一块实心混凝土整板，将上部17层结构荷载过渡转换到板下框架体系。转换层标高17.1～19.1m，板厚2.0m，转换层面积723m2，板内上下各两层设纵横双向Φ32mm、@200mm×200mm钢筋网片；中间又有两层Φ22mm、@200mm×200mm钢筋网片；网片间@600mm×600mm，设Φ22mm立筋，混凝土总量1610m3，混凝土采用C50的商品混凝土。板下框架柱网尺寸:8.6m×8.8m～8.4m×12m不等。
转换板按施工组织设计分两层浇筑，2m厚C50混凝土转换板分二次浇筑，第一层先浇0.8m厚，等它达到90%设计强度后，再浇第二层1.2m厚混凝土。浇筑过程中符合大体积混凝土的规定:结构断面最小尺寸在0.8m厚以上、水化热引起混凝土内的最高温度与外界气温之差预计不超过25℃的混凝土。
3 温度裂缝控制措施
该工程施工期在六月上旬，测得当地日平均温度在21℃左右，一般来说混凝土温度的最高峰值出现在浇筑后的第三天，对混凝土浇筑的内部最高温度与气温差要控制在25℃以内，否则会因为温度差和混凝土的收缩而产生裂缝。为此,对混凝土质量控制指标提出如下的要求:
(1)采用降低水泥用量的方法来降低混凝土的绝对温升值，可以使混凝土浇筑后的内外温差在可控范围，这是大体积混凝土配合比选择的特殊要求。
(2)优先采用水化热低的矿渣水泥配制大体积混凝土。所用的水泥应进行水化热测定，水泥水化热测定可参照现行国家标准《水泥水化热试验方法(直接法)》。
(3)采用5～40mm颗粒级配的石子，控制含泥量小于1.5%。
(4)采用中、粗砂，控制含泥量小于1.5%。
(5)混凝土在满足泵送要求的坍落度的前提下，最大限度控制水灰比。
(6)掺AEA微膨胀剂。
3.1 采取双掺技术配置混凝土
(1)掺高效减水剂，使混凝土缓凝，要求初凝时间大于9h，以推迟水泥水化热峰值出现，使混凝土表面温度梯度减少；(2)加AEA微膨胀剂(掺量为水泥用量的10%)补偿混凝土收缩；(3)保证混凝土浇筑速度，不产生人为冷缩；(4)设加强带，在加强带处微膨胀剂掺量增加14%。
3.2 混凝土浇筑完成后采取的保护性措施
(1)底模:除因模板支撑结构需要，满铺木枋外，在木模板上满铺一层塑料薄膜，再铺一层竹胶板；在浇筑前三天，浇水湿透；
(2)在三层与转换板之间，四周用塑料编织布围护，使板下形成温棚，减少空气流动，达到保温作用；
(3)在浇筑混凝土表面12h后，加塑料薄膜一层、麻袋二层覆盖；
(4)设温度测试点，在有代表性的位置设测温点，随时了解混凝土浇筑后开始升、降温情况，随时准备增、减覆盖物；
(5)加强对混凝土的保养，不断观察混凝土保湿状况，定时浇水保湿。
在浇筑第二层1.2m厚混凝土3d后，混凝土内部温度达到56℃，更要加强保温保湿措施。考虑到第一层混凝土板对上面第二层温度变形的约束，除认真控制混凝土内外温差外，该板结构设计在1.2m厚板下400mm处，设一层Φ22mm、@200mm×200mm的钢筋网片，以防止上层混凝土变形时拉裂下层混凝土。
4 混凝土结构不同部分温度计算方法
4.1 混凝土温度的计算
(1)混凝土的绝热温升:T=W×Q0×(1－e－mt)/cr，
其中:T—混凝土的绝热温升(℃)；W—每立方米水泥用量，W=540kg；Q0—每千克水泥最终水化热量(J/kg)，28d的累计水化热，Q0=460440J/kg；c—混凝土比热容，c=976.6J/(kg·K)；r—混凝土密度，r=2500kg/m3；t—混凝土龄期(d)；m—常数，与水泥品种，浇筑时的温度有关。
混凝土最高绝热温升:Tmax=540×460440/(976.6×2500)=101.84°C。
(2)混凝土中心温度:Th=Tj+Tmaxζ，
其中:Th—混凝土中心温度(℃)；Tj—混凝土浇筑温度(℃)；ζ—不同浇筑混凝土块厚度的温度系数，对1m厚混凝土3d时，ζ=0.37。
(3)混凝土浇筑温度:Tj=Tc+(Tp+Tc)×(A1+A2+A3)，
式中:Tc—混凝土拌和温度(它与各种材料比热容及初温度有关)，按多次测量资料，有日照时拌和温度比当时温度高4～6℃，无日照时拌和温度比当时温度高2～3℃，此处按3℃计；Tp—混凝土浇筑时的室外温度，六月上旬，室外平均温度以21℃计；A1+A2+A3—温度损失系数。其中混凝土装卸时，每次为0.032(装车、出料二次计)，A1=0.032×2=0.064；混凝土运输时，A2=Qt(Q为滚动式搅拌车每min温升系数0.0042，混凝土泵送不计；t为运输时间，以min计算，从商品混凝土公司到工地约30min)；浇筑过程中A3=0.003×60=0.18(每次温度损失系数值取0.003，运转60次)。
Tj=Tc+(Tp+Tc)×(A1+A2+A3)=24+(21+24)×(0.064－0.126+0.18)=29.31℃，则混凝土内部中心温度: Th=Tj+Tmaxζ=29.31+101.84×0.37=66.98°C。
从温度计算公式得知，在混凝土浇筑后第三天内部实际温升为66.98℃，比当时室外温度(21.7℃)高出近46℃，必须采取相应措施，防止大体积钢筋混凝土板因温差过大产生裂缝。
4.2 温度应力计算
计算温度应力的假定:(1)混凝土等级为C50，水泥用量较大，540kg/m3；(2)混凝土配筋率较高，对控制裂缝有利；(3)底模对混凝土的约束可不考虑；(4)几何尺寸不算太大，水化热温升快，散热也快。因此，降温与收缩的共同作用是引起开裂的主要原因。
首先验算由温差和混凝土收缩所产生的温度应力σmax是否超过当时厚板的极限抗拉强度Rc。
采用公式:σmax=EaT［1－1/(Lcoshβ/2)］s，
式中:E—混凝土各齡期时的弹性模量，Et=Ec(1－e－0.9t)(e=2.718自然对数的底，t—混凝土的龄期(d)，Ec—混凝土28d时C50的弹性模量，Et=3.5×105MPa)；a—混凝土的线膨胀系数1.0×10－5；L—结构长度，本工程厚板长度L=44m；T—结构计算温度:该厚板最大绝热温升Tmax=101.84°C，实际温升最高在混凝土浇筑后第三天T3=Tmax×ζ=101.84°C×0.37=37.68°C；s—混凝土应力松弛系数；coshβ—是双曲余弦函数，其中，H—结构厚度，本工程厚板厚度H=0.8，H/L=0.8/44=0.018≤0.2，符合计算假设；Cx—混凝土板与支承面滑动阻力系数，对竹胶模板，比较沙质土的阻力系数取Cx=30N/mm2。
根据以上公式代入相应数据，得σmax=1.18MPa≤1.89MPa，可知不会因降温时收缩引起裂缝。
5 工程分析
本工程施工过程中采用了建筑电子测温仪测温。两次浇筑后分别选取了10个和7个测温断面，每个测温断面分别在上、中、下及覆盖层下埋设测温传感器，在浇筑混凝土后的5d内，每2h测读一次温度(瞬时值)，同时监测气温。实际测量结果与理论计算(中间断面点)对比如表1所示，可以看出理论计算与实测数据较接近，结果表明文中所采用的施工方法可以作为以后制定保温保湿措施的理论依据。
表1 温度测试结果对照表℃
6 结束语
总之，温度裂缝的控制是大体积混凝土施工中的难点也是重点，通过运用裂缝温度控制理论，找到影响裂缝的主要原因。同时，除了在施工前进行认真计算外，还要做到在施工过程中采取一系列有效的技术措施。实践证明，本文所述的控制措施是有效的，值得在类似工程中推广应用。
参考文献
[1] 刘晓明.高层建筑筏形基础混凝土施工温度裂缝控制[J].山西建筑.2007年32期
[2] 杜涛.大体积混凝土施工的温度应力计算及裂缝控制[J].成都航空职业技术学院学报.2004年第03期
关键词:大体积混凝土；裂缝控制；温度计算；温度应力
中图分类号：TV544+.91文献标识码： A 文章编号：
近年来，大体积混凝土越来越多的被应用到建筑工程建设当中。但与很多混凝土工程一样，大体积混凝土温度裂缝始终是应用中难以解决的质量通病。一般来说，混凝土在浇筑后，由于水泥水化热，内部温度上升，在一定约束条件下会产生较大的温度应力，导致混凝土产生裂缝，影响工程质量。因此，在建筑工程施工中如何控制混凝土浇筑块体因水化热引起的温升、混凝土浇筑块体的内外温差及降温速度、防止混凝土出现有害的温度裂缝是保证工程质量的首要问题。
1 工程概况
某高层建筑工程，建筑高度为77.8m，主楼中心基础为桩基筏形基础，地下室面积1425m2，建筑面积23260m2；核心筒部分底板高度2.75m，混凝土强度等级为C45S10，一次性浇筑砼量4012m3。工程结构设计选用了转换层形式。
2 转换层结构概况
转换层结构形式:第四层顶板为一块实心混凝土整板，将上部17层结构荷载过渡转换到板下框架体系。转换层标高17.1～19.1m，板厚2.0m，转换层面积723m2，板内上下各两层设纵横双向Φ32mm、@200mm×200mm钢筋网片；中间又有两层Φ22mm、@200mm×200mm钢筋网片；网片间@600mm×600mm，设Φ22mm立筋，混凝土总量1610m3，混凝土采用C50的商品混凝土。板下框架柱网尺寸:8.6m×8.8m～8.4m×12m不等。
转换板按施工组织设计分两层浇筑，2m厚C50混凝土转换板分二次浇筑，第一层先浇0.8m厚，等它达到90%设计强度后，再浇第二层1.2m厚混凝土。浇筑过程中符合大体积混凝土的规定:结构断面最小尺寸在0.8m厚以上、水化热引起混凝土内的最高温度与外界气温之差预计不超过25℃的混凝土。
3 温度裂缝控制措施
该工程施工期在六月上旬，测得当地日平均温度在21℃左右，一般来说混凝土温度的最高峰值出现在浇筑后的第三天，对混凝土浇筑的内部最高温度与气温差要控制在25℃以内，否则会因为温度差和混凝土的收缩而产生裂缝。为此,对混凝土质量控制指标提出如下的要求:
(1)采用降低水泥用量的方法来降低混凝土的绝对温升值，可以使混凝土浇筑后的内外温差在可控范围，这是大体积混凝土配合比选择的特殊要求。
(2)优先采用水化热低的矿渣水泥配制大体积混凝土。所用的水泥应进行水化热测定，水泥水化热测定可参照现行国家标准《水泥水化热试验方法(直接法)》。
(3)采用5～40mm颗粒级配的石子，控制含泥量小于1.5%。
(4)采用中、粗砂，控制含泥量小于1.5%。
(5)混凝土在满足泵送要求的坍落度的前提下，最大限度控制水灰比。
(6)掺AEA微膨胀剂。
3.1 采取双掺技术配置混凝土
(1)掺高效减水剂，使混凝土缓凝，要求初凝时间大于9h，以推迟水泥水化热峰值出现，使混凝土表面温度梯度减少；(2)加AEA微膨胀剂(掺量为水泥用量的10%)补偿混凝土收缩；(3)保证混凝土浇筑速度，不产生人为冷缩；(4)设加强带，在加强带处微膨胀剂掺量增加14%。
3.2 混凝土浇筑完成后采取的保护性措施
(1)底模:除因模板支撑结构需要，满铺木枋外，在木模板上满铺一层塑料薄膜，再铺一层竹胶板；在浇筑前三天，浇水湿透；
(2)在三层与转换板之间，四周用塑料编织布围护，使板下形成温棚，减少空气流动，达到保温作用；
(3)在浇筑混凝土表面12h后，加塑料薄膜一层、麻袋二层覆盖；
(4)设温度测试点，在有代表性的位置设测温点，随时了解混凝土浇筑后开始升、降温情况，随时准备增、减覆盖物；
(5)加强对混凝土的保养，不断观察混凝土保湿状况，定时浇水保湿。
在浇筑第二层1.2m厚混凝土3d后，混凝土内部温度达到56℃，更要加强保温保湿措施。考虑到第一层混凝土板对上面第二层温度变形的约束，除认真控制混凝土内外温差外，该板结构设计在1.2m厚板下400mm处，设一层Φ22mm、@200mm×200mm的钢筋网片，以防止上层混凝土变形时拉裂下层混凝土。
4 混凝土结构不同部分温度计算方法
4.1 混凝土温度的计算
(1)混凝土的绝热温升:T=W×Q0×(1－e－mt)/cr，
其中:T—混凝土的绝热温升(℃)；W—每立方米水泥用量，W=540kg；Q0—每千克水泥最终水化热量(J/kg)，28d的累计水化热，Q0=460440J/kg；c—混凝土比热容，c=976.6J/(kg·K)；r—混凝土密度，r=2500kg/m3；t—混凝土龄期(d)；m—常数，与水泥品种，浇筑时的温度有关。
混凝土最高绝热温升:Tmax=540×460440/(976.6×2500)=101.84°C。
(2)混凝土中心温度:Th=Tj+Tmaxζ，
其中:Th—混凝土中心温度(℃)；Tj—混凝土浇筑温度(℃)；ζ—不同浇筑混凝土块厚度的温度系数，对1m厚混凝土3d时，ζ=0.37。
(3)混凝土浇筑温度:Tj=Tc+(Tp+Tc)×(A1+A2+A3)，
式中:Tc—混凝土拌和温度(它与各种材料比热容及初温度有关)，按多次测量资料，有日照时拌和温度比当时温度高4～6℃，无日照时拌和温度比当时温度高2～3℃，此处按3℃计；Tp—混凝土浇筑时的室外温度，六月上旬，室外平均温度以21℃计；A1+A2+A3—温度损失系数。其中混凝土装卸时，每次为0.032(装车、出料二次计)，A1=0.032×2=0.064；混凝土运输时，A2=Qt(Q为滚动式搅拌车每min温升系数0.0042，混凝土泵送不计；t为运输时间，以min计算，从商品混凝土公司到工地约30min)；浇筑过程中A3=0.003×60=0.18(每次温度损失系数值取0.003，运转60次)。
Tj=Tc+(Tp+Tc)×(A1+A2+A3)=24+(21+24)×(0.064－0.126+0.18)=29.31℃，则混凝土内部中心温度: Th=Tj+Tmaxζ=29.31+101.84×0.37=66.98°C。
从温度计算公式得知，在混凝土浇筑后第三天内部实际温升为66.98℃，比当时室外温度(21.7℃)高出近46℃，必须采取相应措施，防止大体积钢筋混凝土板因温差过大产生裂缝。
4.2 温度应力计算
计算温度应力的假定:(1)混凝土等级为C50，水泥用量较大，540kg/m3；(2)混凝土配筋率较高，对控制裂缝有利；(3)底模对混凝土的约束可不考虑；(4)几何尺寸不算太大，水化热温升快，散热也快。因此，降温与收缩的共同作用是引起开裂的主要原因。
首先验算由温差和混凝土收缩所产生的温度应力σmax是否超过当时厚板的极限抗拉强度Rc。
采用公式:σmax=EaT［1－1/(Lcoshβ/2)］s，
式中:E—混凝土各齡期时的弹性模量，Et=Ec(1－e－0.9t)(e=2.718自然对数的底，t—混凝土的龄期(d)，Ec—混凝土28d时C50的弹性模量，Et=3.5×105MPa)；a—混凝土的线膨胀系数1.0×10－5；L—结构长度，本工程厚板长度L=44m；T—结构计算温度:该厚板最大绝热温升Tmax=101.84°C，实际温升最高在混凝土浇筑后第三天T3=Tmax×ζ=101.84°C×0.37=37.68°C；s—混凝土应力松弛系数；coshβ—是双曲余弦函数，其中，H—结构厚度，本工程厚板厚度H=0.8，H/L=0.8/44=0.018≤0.2，符合计算假设；Cx—混凝土板与支承面滑动阻力系数，对竹胶模板，比较沙质土的阻力系数取Cx=30N/mm2。
根据以上公式代入相应数据，得σmax=1.18MPa≤1.89MPa，可知不会因降温时收缩引起裂缝。
5 工程分析
本工程施工过程中采用了建筑电子测温仪测温。两次浇筑后分别选取了10个和7个测温断面，每个测温断面分别在上、中、下及覆盖层下埋设测温传感器，在浇筑混凝土后的5d内，每2h测读一次温度(瞬时值)，同时监测气温。实际测量结果与理论计算(中间断面点)对比如表1所示，可以看出理论计算与实测数据较接近，结果表明文中所采用的施工方法可以作为以后制定保温保湿措施的理论依据。
表1 温度测试结果对照表℃
6 结束语
总之，温度裂缝的控制是大体积混凝土施工中的难点也是重点，通过运用裂缝温度控制理论，找到影响裂缝的主要原因。同时，除了在施工前进行认真计算外，还要做到在施工过程中采取一系列有效的技术措施。实践证明，本文所述的控制措施是有效的，值得在类似工程中推广应用。
参考文献
[1] 刘晓明.高层建筑筏形基础混凝土施工温度裂缝控制[J].山西建筑.2007年32期
[2] 杜涛.大体积混凝土施工的温度应力计算及裂缝控制[J].成都航空职业技术学院学报.2004年第03期