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摘要:随着现代技术的发展，大体积混凝土在工程应用中越来越广泛。而大体积混凝土因温度变化而产生的温度裂缝，也是一个普遍存在而又难以解决的问题。本文结合基础底板大体积混凝土工程实例，详细阐述了混凝土温度裂缝产生的原因，并探讨了温控技术和防裂措施，旨在减少此类问题的发生和确保大体积混凝土施工的质量。
关键词:大体积混凝土；温度裂缝；原因；温度计算；监测
中图分类号：TU37 文献标识码：A 文章编号：
裂缝是大体积混凝土施工中常遇到的主要质量问题，在如今高层建筑逐渐增多的社会，大体积混凝土更多地运用在了建筑方面，但是大体积混凝土温度裂缝的现象也变得更常见了。作为浇筑基础底板的大体积混凝土结构不同于一般水工意义的大体积混凝土结构，为了控制和避免基础底板大体积混凝土温度裂缝的出现，我们要好温度监测工作、掌握温度变化的规律，进而采取相应的温度控制措施，这样才能确保工程结构的质量。
1 大体积混凝土温度裂缝产生的原因
大体积混凝土产生裂缝的主要原因:由于结构断面大水泥用量大,水泥水化时释放水化热会产生较大温度变化和收缩作用。由此形成较为复杂的膨胀或收缩应力,导致混凝土产生裂缝。所产生的裂缝主要有两类。
(1)表面裂缝:混凝土浇筑后,水泥水化热较大,使混凝土温度上升。当聚积在混凝土内部的水泥水化热不易散发时,混凝土内部温度将明显升高。而混凝土表面通常散热较快,形成内外温差,使混凝土内部产生压应力,表面产生拉应力,当拉应力超过混凝土抗拉强度时,混凝土表面就会产生表面裂缝。此外,当混凝土的坍落度较大时,混凝土表面水分蒸发引起的体积收缩也会使混凝土产生表面裂缝。这种裂缝比较分散，裂缝宽度小，深度也很小，多为表面裂缝。当里外温差15℃以上时就会发生这种裂缝，但内部温度下降时，有自封闭倾向。
(2)贯穿裂缝:大体积混凝土降温时,由于温度降低引起混凝土体积收缩,同时混凝土多余水分的蒸发也会引起体积收缩变形。但受到地基和结构边界条件约束,结构内部便会产生巨大收缩应力(拉应力)。当拉应力大于混凝土抗拉强度时,混凝土整个截面会产生贯穿裂缝,或称为结构性裂缝,给工程带来很大危害。这种裂缝因构件尺寸、配筋和约束的类型而异。一般里外温差25℃以上，就会有出现这种裂缝的危险。此外裂缝发生部位和根数也不一样，伴随着混凝土干燥收缩，裂缝宽度也会逐渐增大。
2 工程概况
某大厦工程占地面积2017m2,总建筑面积23081m2，地上19层，地下1层，建筑高度为72.75m。结构体系为钢筋混凝土框架剪力墙结构，抗震设防烈度6度，抗震等级为三级。基础设计为钻孔灌注桩，地下室底板采用筏板和梁板式，筏板1.6m，电梯井位置局部厚3.2m，面积约1142m2,预计一次浇注地下室底板混凝土量为2500m3。经施工单位及检测单位对混凝土检验,确定了表1配合比。
表1 混凝土配合比
2.1 混凝土拌合物温度计算
T0=ΣTiWC/ΣWC
式中:T0-混凝土拌合物温度；W-混凝土中各种材料的重量(kg)；C-混凝土中各种材料的比热(kJ/(kg·℃)),Ti-混凝土中各种材料的初始温度(℃)。
表2 混凝土拌合物温度
注: T0=54127/2820.8=19.2℃
根据施工中混凝土配合比,计算混凝土拌合物的温度如表2。
2.2 混凝土浇筑入模温度计算
混凝土入模T1=T0+(Tg-T0)(φ1+φ2+…+φn)
式中：T1-混凝土入模温度；T0-混凝土拌合物温度；Tg-施工时气温,取15℃；φ1…φn-系数。
装车系数φ1=0.032；卸车系数φ2=0.032；运输系数,运距10min,φ3=0.032。
故混凝土入模温度T1=(19.2+(15-19.2)×0.096)=18.7℃
2.3 混凝土绝热温升计算
混凝土绝热温升计算按下式:
T(t)=WQ(1-emt)/Cρ
式中：T(t)-混凝土龄期为t时最大温升(℃)；W-每立方米中混凝土的胶凝材料用量(kg/m3)；C-混凝土的比热容,取0.96(kJ/(kg·℃))；ρ-混凝土的重力密度，取2450(kg/m3)；m-与水泥品种、浇筑温度等有关的系数，取0.4(d-1)；t-混凝土龄期(d)；Q-胶凝材料水化热总量(kJ/kg),取330kJ/kg。
Tmax=504×330/2450×0.96=71℃
Tmax为混凝土的绝热温升，当混凝土浇筑温度为18.7℃，3d龄期时的ξ取值0.82，ξTmax=71×0.82=58.2℃；故估算3d后混凝土中心温度为(58.2+18.7)=76.9℃。根据施工季节估计环境温度为15℃，那么承台混凝土内外温差达约61℃，远超过需控制的25℃以内的温差，故应采取温控措施。
3 大体积混凝土温度监测
3.1 测温仪器
采用合格的电子测温计(具有测温快速、准确的优点)，并配备满足测温需要的温度感应线(一端有感应片，另一端留有插头与测温计连接)。电子测温计技术指标：测温范围：-30～130℃；测温精度：±1℃；分辨率：0.1℃。
3.2 测温布点
在承台垂直方向埋设7根测轴，编号A-G(详见图1)。测轴沿承台厚度方向设5个测点(预埋式温度传感器)，并设1个保温层温度测点及1个环境温度测点，共计37个测点。
图1 筏板布点图
3.3 保温和测温情况
测试方于混凝土浇筑前进行温度传感器预埋和调试工作。委托方对底板混凝土采用塑料薄膜加土工布进行保温养护工作。在混凝土初凝后,在混凝土表面喷上一层薄水,在其上覆盖一层塑料布,一层草袋,再覆盖一层塑料布,当测温结果证明还不足以控制里外温差在25℃以内时,再增盖草袋或用碘钨灯加热。测试方自混凝土终凝后开始进行混凝土温度测定，每隔2h测温一次；在降温稳定期，每隔4h测一次。并及时向委托方通报测温情况，为委托方调整保温控温措施提供依据。
3.4 温控指标和测温结果
温控指标宜符合下列规定：混凝土浇筑块体的里表温差(不含混凝土收缩的当量温度)不宜大于25℃。表3列出了各测轴的最高温度、混凝土温升值的及里外最大温差的情况。
表3 测温数据
备注：1.平均入模温度18.8℃；2.监测期间环境温度最高为30.7℃，最低为10.8℃；3.各测轴砼里外温差均未超标。
3.5 温控变化规律
以C轴为例,将C测轴监测所得数据绘成混凝土最高温度及里外温差曲线(以时间为X轴，最高温度及里外温差为Y轴)，见图2。
图2 C 轴温升温差
从图2升温曲线可以看出混凝土浇筑1～2d为升温期，升溫速度较快，要特别注意加强此期间内的混凝土保温工作，2d后达到最高温度74.6℃，这与之前估算的混凝土3d后的内部中心温度76.9℃相当接近，证明了在大体积混凝土施工前进行温度估算的可行性。稳定8h左右开始降温，降温速度较升温要慢，近乎匀速降温。从图2里外温差曲线可以看出整个温度监测期内，里外温差都控制在25℃以内，证明了此次保温已达到预期效果。里外温差最大值出现在第3d，较混凝土中心温度达到最高点有个滞后，这是因为当混凝土内部温升到稳定阶段散热较表面散热慢，拉大了里外温度差。里外温差是温度控制的一个主要标准,里外温差超过标准就有可能产生表面裂缝。由里外温差过程曲线可看出,内部平均温度T中心降温均匀,曲线平滑；里外温差的变化与表面温度则相关性很强,二者总呈反方向变化,即里外温差随表面温度的升高而减小,随表面温度的下降而增加,这说明表面保温是控制内表温差的关键。
4 结论
综上所述，基础底板大体积混凝土裂缝产生的原因主要是温度变化的原因。因此，为了确保基础底板大体积混凝土施工的质量，我们要仔细分析基础底板大体积混凝土的结构特点，熟练掌握温度变化的规律，进行准确的温度计算，做好温度监控工作，进而采取相应的控制措施，保证混凝土的浇筑效果，减少和避免温度裂缝的产生。
参考文献：
[1] 陈辉.地下室底板大体积混凝土施工监理控制[J].城市建设理论研究.2012(04)
[2] 杜泽星.某大厦地下室底板大体积混凝土施工防裂措施[J].广东土木与建筑.2005(07)
关键词:大体积混凝土；温度裂缝；原因；温度计算；监测
中图分类号：TU37 文献标识码：A 文章编号：
裂缝是大体积混凝土施工中常遇到的主要质量问题，在如今高层建筑逐渐增多的社会，大体积混凝土更多地运用在了建筑方面，但是大体积混凝土温度裂缝的现象也变得更常见了。作为浇筑基础底板的大体积混凝土结构不同于一般水工意义的大体积混凝土结构，为了控制和避免基础底板大体积混凝土温度裂缝的出现，我们要好温度监测工作、掌握温度变化的规律，进而采取相应的温度控制措施，这样才能确保工程结构的质量。
1 大体积混凝土温度裂缝产生的原因
大体积混凝土产生裂缝的主要原因:由于结构断面大水泥用量大,水泥水化时释放水化热会产生较大温度变化和收缩作用。由此形成较为复杂的膨胀或收缩应力,导致混凝土产生裂缝。所产生的裂缝主要有两类。
(1)表面裂缝:混凝土浇筑后,水泥水化热较大,使混凝土温度上升。当聚积在混凝土内部的水泥水化热不易散发时,混凝土内部温度将明显升高。而混凝土表面通常散热较快,形成内外温差,使混凝土内部产生压应力,表面产生拉应力,当拉应力超过混凝土抗拉强度时,混凝土表面就会产生表面裂缝。此外,当混凝土的坍落度较大时,混凝土表面水分蒸发引起的体积收缩也会使混凝土产生表面裂缝。这种裂缝比较分散，裂缝宽度小，深度也很小，多为表面裂缝。当里外温差15℃以上时就会发生这种裂缝，但内部温度下降时，有自封闭倾向。
(2)贯穿裂缝:大体积混凝土降温时,由于温度降低引起混凝土体积收缩,同时混凝土多余水分的蒸发也会引起体积收缩变形。但受到地基和结构边界条件约束,结构内部便会产生巨大收缩应力(拉应力)。当拉应力大于混凝土抗拉强度时,混凝土整个截面会产生贯穿裂缝,或称为结构性裂缝,给工程带来很大危害。这种裂缝因构件尺寸、配筋和约束的类型而异。一般里外温差25℃以上，就会有出现这种裂缝的危险。此外裂缝发生部位和根数也不一样，伴随着混凝土干燥收缩，裂缝宽度也会逐渐增大。
2 工程概况
某大厦工程占地面积2017m2,总建筑面积23081m2，地上19层，地下1层，建筑高度为72.75m。结构体系为钢筋混凝土框架剪力墙结构，抗震设防烈度6度，抗震等级为三级。基础设计为钻孔灌注桩，地下室底板采用筏板和梁板式，筏板1.6m，电梯井位置局部厚3.2m，面积约1142m2,预计一次浇注地下室底板混凝土量为2500m3。经施工单位及检测单位对混凝土检验,确定了表1配合比。
表1 混凝土配合比
2.1 混凝土拌合物温度计算
T0=ΣTiWC/ΣWC
式中:T0-混凝土拌合物温度；W-混凝土中各种材料的重量(kg)；C-混凝土中各种材料的比热(kJ/(kg·℃)),Ti-混凝土中各种材料的初始温度(℃)。
表2 混凝土拌合物温度
注: T0=54127/2820.8=19.2℃
根据施工中混凝土配合比,计算混凝土拌合物的温度如表2。
2.2 混凝土浇筑入模温度计算
混凝土入模T1=T0+(Tg-T0)(φ1+φ2+…+φn)
式中：T1-混凝土入模温度；T0-混凝土拌合物温度；Tg-施工时气温,取15℃；φ1…φn-系数。
装车系数φ1=0.032；卸车系数φ2=0.032；运输系数,运距10min,φ3=0.032。
故混凝土入模温度T1=(19.2+(15-19.2)×0.096)=18.7℃
2.3 混凝土绝热温升计算
混凝土绝热温升计算按下式:
T(t)=WQ(1-emt)/Cρ
式中：T(t)-混凝土龄期为t时最大温升(℃)；W-每立方米中混凝土的胶凝材料用量(kg/m3)；C-混凝土的比热容,取0.96(kJ/(kg·℃))；ρ-混凝土的重力密度，取2450(kg/m3)；m-与水泥品种、浇筑温度等有关的系数，取0.4(d-1)；t-混凝土龄期(d)；Q-胶凝材料水化热总量(kJ/kg),取330kJ/kg。
Tmax=504×330/2450×0.96=71℃
Tmax为混凝土的绝热温升，当混凝土浇筑温度为18.7℃，3d龄期时的ξ取值0.82，ξTmax=71×0.82=58.2℃；故估算3d后混凝土中心温度为(58.2+18.7)=76.9℃。根据施工季节估计环境温度为15℃，那么承台混凝土内外温差达约61℃，远超过需控制的25℃以内的温差，故应采取温控措施。
3 大体积混凝土温度监测
3.1 测温仪器
采用合格的电子测温计(具有测温快速、准确的优点)，并配备满足测温需要的温度感应线(一端有感应片，另一端留有插头与测温计连接)。电子测温计技术指标：测温范围：-30～130℃；测温精度：±1℃；分辨率：0.1℃。
3.2 测温布点
在承台垂直方向埋设7根测轴，编号A-G(详见图1)。测轴沿承台厚度方向设5个测点(预埋式温度传感器)，并设1个保温层温度测点及1个环境温度测点，共计37个测点。
图1 筏板布点图
3.3 保温和测温情况
测试方于混凝土浇筑前进行温度传感器预埋和调试工作。委托方对底板混凝土采用塑料薄膜加土工布进行保温养护工作。在混凝土初凝后,在混凝土表面喷上一层薄水,在其上覆盖一层塑料布,一层草袋,再覆盖一层塑料布,当测温结果证明还不足以控制里外温差在25℃以内时,再增盖草袋或用碘钨灯加热。测试方自混凝土终凝后开始进行混凝土温度测定，每隔2h测温一次；在降温稳定期，每隔4h测一次。并及时向委托方通报测温情况，为委托方调整保温控温措施提供依据。
3.4 温控指标和测温结果
温控指标宜符合下列规定：混凝土浇筑块体的里表温差(不含混凝土收缩的当量温度)不宜大于25℃。表3列出了各测轴的最高温度、混凝土温升值的及里外最大温差的情况。
表3 测温数据
备注：1.平均入模温度18.8℃；2.监测期间环境温度最高为30.7℃，最低为10.8℃；3.各测轴砼里外温差均未超标。
3.5 温控变化规律
以C轴为例,将C测轴监测所得数据绘成混凝土最高温度及里外温差曲线(以时间为X轴，最高温度及里外温差为Y轴)，见图2。
图2 C 轴温升温差
从图2升温曲线可以看出混凝土浇筑1～2d为升温期，升溫速度较快，要特别注意加强此期间内的混凝土保温工作，2d后达到最高温度74.6℃，这与之前估算的混凝土3d后的内部中心温度76.9℃相当接近，证明了在大体积混凝土施工前进行温度估算的可行性。稳定8h左右开始降温，降温速度较升温要慢，近乎匀速降温。从图2里外温差曲线可以看出整个温度监测期内，里外温差都控制在25℃以内，证明了此次保温已达到预期效果。里外温差最大值出现在第3d，较混凝土中心温度达到最高点有个滞后，这是因为当混凝土内部温升到稳定阶段散热较表面散热慢，拉大了里外温度差。里外温差是温度控制的一个主要标准,里外温差超过标准就有可能产生表面裂缝。由里外温差过程曲线可看出,内部平均温度T中心降温均匀,曲线平滑；里外温差的变化与表面温度则相关性很强,二者总呈反方向变化,即里外温差随表面温度的升高而减小,随表面温度的下降而增加,这说明表面保温是控制内表温差的关键。
4 结论
综上所述，基础底板大体积混凝土裂缝产生的原因主要是温度变化的原因。因此，为了确保基础底板大体积混凝土施工的质量，我们要仔细分析基础底板大体积混凝土的结构特点，熟练掌握温度变化的规律，进行准确的温度计算，做好温度监控工作，进而采取相应的控制措施，保证混凝土的浇筑效果，减少和避免温度裂缝的产生。
参考文献：
[1] 陈辉.地下室底板大体积混凝土施工监理控制[J].城市建设理论研究.2012(04)
[2] 杜泽星.某大厦地下室底板大体积混凝土施工防裂措施[J].广东土木与建筑.2005(07)