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宿迁苏商置业有限公司 223800
【摘 要】随着施工技术的突飞猛进，建筑工程中大体积混凝土的应用越来越多。笔者在施工现场多年的实践经验，下面谈谈个人的看法。
【关键词】建筑工程；混凝土；施工技术；控制措施
一.工程概况
苏商大厦总项目总投资约7.8亿元人民币，建设工期约36个月，占地面积13236平方米（约20亩），总建筑面积76483.78平方米，包括地上建筑面积59458.78平方米，地下建筑面积17025平方米。本建筑塔楼主体的建筑高度为99.60米，最大建筑高度为114.6米，属一类高层建筑。本工程的结构形式为带巨型钢支撑的框架剪力墙结构，内设大量的劲性混凝土柱及劲性混凝土梁，同时还设置有软钢阻尼墙消能减震设施。结构复杂，技术含量高。
其基础底板厚度最大处达到5.7米，基础底板混凝土标号为C40P8。累计混凝土用量为：约12000 立方；本工程地下室平面长度约130米，宽度约70米，为方便业主使用及地下人防的布置，地下室未设缝，属超长结构考虑地下结构使用期间受温度影响不大，按现行规范要求，结合沉降后浇带位置设置伸缩后浇带及加强带，释放部分施工期间混凝土的收缩应力；同时在混凝土中添加抗裂防水剂材料（如HEA，JM-Ⅲ或聚丙烯纤维）（单掺），要求限制膨胀率≥0.0002。
二.大体积混凝土裂缝分类
混凝土结构的裂缝可分为微观裂缝和宏观裂缝。
微观裂缝是指目测看不见的裂缝，相反，一眼就能看出的裂缝称为宏观裂缝，这类裂缝的范围一般不小于0.05mm。宏观裂缝是微观裂缝扩展而来的。因此在混凝土結构中裂缝是绝对存在的，只是应该将其控制在符合规范要求范围内，以不致发展成有害裂缝。
三.大体积混凝土裂缝产生的原因
大体积混凝土结构中，由于结构截面积大，水泥用量多，水泥水化所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，温度内外高低，形成了温度梯度，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抗拉强度而引起的。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和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时引起的拉应力，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。这两种裂缝不同程度上，都属于有害裂缝。
（一）水泥水化热的影响
水泥水化过程中放出大量的热，且主要集中在浇筑后的7d左右，一般每克水泥可以放出500J左右的热量，如果以水泥用量350kg/m3 ～550kg/m3来计算，每立方米混凝土将释放出17500KJ～27500的热量，从而使混凝土内部温度升高（可达70℃左右，甚至更高）尤其对大体积混凝土来讲，这种现象更加严重 因为混凝土内部和表面的散热条件不同，故混凝土中心温度很高，就会形成温度梯度，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的极限抗拉强度时混凝土表面就会产生裂缝。
（二）混凝土的收缩
混凝土在空气中硬结时体积减小的现象称为混凝土收缩。混凝土在不受外力的情况下的这种自发变形，受到外部约束时（支撑条件、钢筋等），将在混凝土中产生拉应力，使得混凝土开裂。引起混凝土的裂缝主要有塑性收缩、干燥收缩和温度收缩等三种。在硬化初期主要是水泥石在水化凝固结硬过程中产生的体积变化，后期主要是混凝土内部自由水分蒸发而引起的干缩变形。
（三）外界气温湿度变化的影响
大体积混凝土结构在施工期间，外界气温的变化对防止大体积混凝土裂缝的产生起着很大的影响。混凝土内部的温度是由浇筑温度、水泥水化热的绝热温度和结构的散热温度等各种温度叠加之和组成。浇筑温度与外界气温有着直接关系，外界气温愈高，混凝土的浇筑温度也就会愈高；如果外界温度降低则又会增加大体积混凝土的内外温差梯度。如果外界温度的下降过快，会造成很大的温度应力，极其容易引发混凝土的开裂。另外外界的湿度对混凝土的裂缝也有很大的影响，外界的湿度降低会加速混凝土的干缩，也会导致混凝土裂缝的产生。
四.大体积混凝土裂缝控制措施
（一）大体积混凝土配合比设计
1）原材料选用。由于水泥的用量直接影响着水化热的多少，大体积混凝土应选用水化热较低的水泥，如低热矿渣硅酸盐水泥、中热硅酸盐水泥等，并尽可能减少水泥用量。细骨料宜采用2区中砂，因为使用中砂比用细砂可减少水及水泥的用量。在可泵送情况下粗骨料，选用粒径5—20 mm连续级配石子，以减少混凝土收缩变形。使用掺合料，应用添加粉煤灰技术。在混凝土中掺用的粉煤灰不仅能够节约水泥，降低水化热，增加混凝土和易性，而且能够大幅度提高混凝土后期强度，推移温升峰值出现时间。
2）外加剂的使用。采用减水剂，如缓凝高效减水剂；采用膨胀剂，如广泛使用u型膨胀剂无水硫铝酸钙或硫酸铝。试验表明，在混凝土添加了膨胀剂之后混凝土内部产生的膨胀应力，可以抵消一部分混凝土的收缩应力，这样，相应地提高混凝土抗裂强度。
（二）温控措施及施工现场控制
1）温度预测分析。根据现场混凝土配合比和施工中的气温气候情况及各种养护方案，采用计算机仿真技术对混凝土施工期温度场和温差进行计算机模拟动态预测，提供结构沿厚度方向的温度分布及随混凝土龄期变化情况，制定混凝土在施工期内不产生温度裂缝的温控标准，进行保温养护优化选择。
2）混凝土浇筑方案。采用延缓温差梯度和降温梯度的措施，在浇筑前经详细计算安排分块、分层浇筑次序、流向、浇筑厚度、宽度、长度、前后浇筑的搭接时间；控制混凝土温度并加强振捣，严格控制振捣时间，移动距离和插入深度，保证振捣密实，严防漏振和过振，确保混凝土均匀密实；做好现场协调 组织管理，要有充足的人力、物力、保证施工按计划顺利进行，保证混凝土供应，确保不留冷缝；浇筑后对大体积混凝土表面较厚的水泥浆进行必要的处理，一般浇筑后3～4h内初步用木长刮尺刮平，初凝前用铁滚筒碾压2遍，再用木抹子搓平压实，以控制表面龟裂；混凝土浇灌完后，立即采取有效的保温措施并按规定覆盖养护。 3）混凝土温度监测。在混凝土内部外部设置温度测点，设置保温材料温度测点及养护水温度测点，现场温度监测数据由数据采集仪自动采集并进行整理分析。每一测点的温度值、各测位中心测点与表层测点的温差值，作为研究调整控温措施的依据，防止混凝土出现温度裂缝。
4）为反映温控效果可在少数混凝土层中埋设应变计进行温度应力检测，应变计沿水平方向布置检测水平方向应力分量。
5）通水冷却。采用薄壁钢管在一些混凝土浇筑分层中埋冷却水管，冷却水管使用前进行试水，防止管道漏水和阻塞，根据混凝土内部温度监测，控制冷却水管进水流量及溫度。
（三）构造设计上对大体积混凝土采取防裂措施
1）设计合理的结构形式，可以减少工程数量，减低水化热。如可根据悬索桥锚碇受力特点，设计挖空非关键受力部分混凝土体积，利用土方压重方案，来减少混凝土结构体积。
2）充分利用混凝土在基坑有侧限条件，在混凝土中掺加微膨胀剂，使其在基坑约束下形成一定的预压力，补偿混凝土内部温度 收缩产生的拉应力，从而有效的避免混凝土裂缝的产生。
3）大体积混凝土体积庞大，施工周期一般较长，依据结构受力情况可合理地确定混凝土评定验收龄期，打破正常标准28d的评定验收龄期，改为60d或更多天，评定验收龄期充分考虑混凝土的后期强度，从而降低设计标号，达到减少混凝土水泥用量降低水化热的目的。
4）由于边界存在约束才会产生温度应力，采用改善边界约束的构造设计，如遇有约束强的岩石类地基、较厚的混凝土垫层等时，可在接触面上设滑动层来减少温度应力。在外约束的接触面上全部设滑动层，则可大大减弱外约束。
5）还应重视合理有益作用，可采取增配构造钢筋。配筋应尽可能采用小直径、小间距，全截面含筋率控制在0.3%～0.5%之间。在混凝土表面增设金属扩张网等有效措施，有效地提高混凝土抗裂性能。
五.结束语
综上所述，在控制大体积混凝土温度裂缝时既要控制混凝土的内外温差又要防止混凝土表面温度的突然变化。重视温度监测，实际施工中应随时监测混凝土内部温度和内外温差的变化趋势，并据此来调整温控措施，确保混凝土不开裂。影响大体积混凝土开裂的因素很多，应从造成裂缝的各种原因着手，采取全面防治措施，并根据工程具体情况确定防裂重点。
【摘 要】随着施工技术的突飞猛进，建筑工程中大体积混凝土的应用越来越多。笔者在施工现场多年的实践经验，下面谈谈个人的看法。
【关键词】建筑工程；混凝土；施工技术；控制措施
一.工程概况
苏商大厦总项目总投资约7.8亿元人民币，建设工期约36个月，占地面积13236平方米（约20亩），总建筑面积76483.78平方米，包括地上建筑面积59458.78平方米，地下建筑面积17025平方米。本建筑塔楼主体的建筑高度为99.60米，最大建筑高度为114.6米，属一类高层建筑。本工程的结构形式为带巨型钢支撑的框架剪力墙结构，内设大量的劲性混凝土柱及劲性混凝土梁，同时还设置有软钢阻尼墙消能减震设施。结构复杂，技术含量高。
其基础底板厚度最大处达到5.7米，基础底板混凝土标号为C40P8。累计混凝土用量为：约12000 立方；本工程地下室平面长度约130米，宽度约70米，为方便业主使用及地下人防的布置，地下室未设缝，属超长结构考虑地下结构使用期间受温度影响不大，按现行规范要求，结合沉降后浇带位置设置伸缩后浇带及加强带，释放部分施工期间混凝土的收缩应力；同时在混凝土中添加抗裂防水剂材料（如HEA，JM-Ⅲ或聚丙烯纤维）（单掺），要求限制膨胀率≥0.0002。
二.大体积混凝土裂缝分类
混凝土结构的裂缝可分为微观裂缝和宏观裂缝。
微观裂缝是指目测看不见的裂缝，相反，一眼就能看出的裂缝称为宏观裂缝，这类裂缝的范围一般不小于0.05mm。宏观裂缝是微观裂缝扩展而来的。因此在混凝土結构中裂缝是绝对存在的，只是应该将其控制在符合规范要求范围内，以不致发展成有害裂缝。
三.大体积混凝土裂缝产生的原因
大体积混凝土结构中，由于结构截面积大，水泥用量多，水泥水化所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，温度内外高低，形成了温度梯度，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抗拉强度而引起的。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和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时引起的拉应力，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。这两种裂缝不同程度上，都属于有害裂缝。
（一）水泥水化热的影响
水泥水化过程中放出大量的热，且主要集中在浇筑后的7d左右，一般每克水泥可以放出500J左右的热量，如果以水泥用量350kg/m3 ～550kg/m3来计算，每立方米混凝土将释放出17500KJ～27500的热量，从而使混凝土内部温度升高（可达70℃左右，甚至更高）尤其对大体积混凝土来讲，这种现象更加严重 因为混凝土内部和表面的散热条件不同，故混凝土中心温度很高，就会形成温度梯度，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的极限抗拉强度时混凝土表面就会产生裂缝。
（二）混凝土的收缩
混凝土在空气中硬结时体积减小的现象称为混凝土收缩。混凝土在不受外力的情况下的这种自发变形，受到外部约束时（支撑条件、钢筋等），将在混凝土中产生拉应力，使得混凝土开裂。引起混凝土的裂缝主要有塑性收缩、干燥收缩和温度收缩等三种。在硬化初期主要是水泥石在水化凝固结硬过程中产生的体积变化，后期主要是混凝土内部自由水分蒸发而引起的干缩变形。
（三）外界气温湿度变化的影响
大体积混凝土结构在施工期间，外界气温的变化对防止大体积混凝土裂缝的产生起着很大的影响。混凝土内部的温度是由浇筑温度、水泥水化热的绝热温度和结构的散热温度等各种温度叠加之和组成。浇筑温度与外界气温有着直接关系，外界气温愈高，混凝土的浇筑温度也就会愈高；如果外界温度降低则又会增加大体积混凝土的内外温差梯度。如果外界温度的下降过快，会造成很大的温度应力，极其容易引发混凝土的开裂。另外外界的湿度对混凝土的裂缝也有很大的影响，外界的湿度降低会加速混凝土的干缩，也会导致混凝土裂缝的产生。
四.大体积混凝土裂缝控制措施
（一）大体积混凝土配合比设计
1）原材料选用。由于水泥的用量直接影响着水化热的多少，大体积混凝土应选用水化热较低的水泥，如低热矿渣硅酸盐水泥、中热硅酸盐水泥等，并尽可能减少水泥用量。细骨料宜采用2区中砂，因为使用中砂比用细砂可减少水及水泥的用量。在可泵送情况下粗骨料，选用粒径5—20 mm连续级配石子，以减少混凝土收缩变形。使用掺合料，应用添加粉煤灰技术。在混凝土中掺用的粉煤灰不仅能够节约水泥，降低水化热，增加混凝土和易性，而且能够大幅度提高混凝土后期强度，推移温升峰值出现时间。
2）外加剂的使用。采用减水剂，如缓凝高效减水剂；采用膨胀剂，如广泛使用u型膨胀剂无水硫铝酸钙或硫酸铝。试验表明，在混凝土添加了膨胀剂之后混凝土内部产生的膨胀应力，可以抵消一部分混凝土的收缩应力，这样，相应地提高混凝土抗裂强度。
（二）温控措施及施工现场控制
1）温度预测分析。根据现场混凝土配合比和施工中的气温气候情况及各种养护方案，采用计算机仿真技术对混凝土施工期温度场和温差进行计算机模拟动态预测，提供结构沿厚度方向的温度分布及随混凝土龄期变化情况，制定混凝土在施工期内不产生温度裂缝的温控标准，进行保温养护优化选择。
2）混凝土浇筑方案。采用延缓温差梯度和降温梯度的措施，在浇筑前经详细计算安排分块、分层浇筑次序、流向、浇筑厚度、宽度、长度、前后浇筑的搭接时间；控制混凝土温度并加强振捣，严格控制振捣时间，移动距离和插入深度，保证振捣密实，严防漏振和过振，确保混凝土均匀密实；做好现场协调 组织管理，要有充足的人力、物力、保证施工按计划顺利进行，保证混凝土供应，确保不留冷缝；浇筑后对大体积混凝土表面较厚的水泥浆进行必要的处理，一般浇筑后3～4h内初步用木长刮尺刮平，初凝前用铁滚筒碾压2遍，再用木抹子搓平压实，以控制表面龟裂；混凝土浇灌完后，立即采取有效的保温措施并按规定覆盖养护。 3）混凝土温度监测。在混凝土内部外部设置温度测点，设置保温材料温度测点及养护水温度测点，现场温度监测数据由数据采集仪自动采集并进行整理分析。每一测点的温度值、各测位中心测点与表层测点的温差值，作为研究调整控温措施的依据，防止混凝土出现温度裂缝。
4）为反映温控效果可在少数混凝土层中埋设应变计进行温度应力检测，应变计沿水平方向布置检测水平方向应力分量。
5）通水冷却。采用薄壁钢管在一些混凝土浇筑分层中埋冷却水管，冷却水管使用前进行试水，防止管道漏水和阻塞，根据混凝土内部温度监测，控制冷却水管进水流量及溫度。
（三）构造设计上对大体积混凝土采取防裂措施
1）设计合理的结构形式，可以减少工程数量，减低水化热。如可根据悬索桥锚碇受力特点，设计挖空非关键受力部分混凝土体积，利用土方压重方案，来减少混凝土结构体积。
2）充分利用混凝土在基坑有侧限条件，在混凝土中掺加微膨胀剂，使其在基坑约束下形成一定的预压力，补偿混凝土内部温度 收缩产生的拉应力，从而有效的避免混凝土裂缝的产生。
3）大体积混凝土体积庞大，施工周期一般较长，依据结构受力情况可合理地确定混凝土评定验收龄期，打破正常标准28d的评定验收龄期，改为60d或更多天，评定验收龄期充分考虑混凝土的后期强度，从而降低设计标号，达到减少混凝土水泥用量降低水化热的目的。
4）由于边界存在约束才会产生温度应力，采用改善边界约束的构造设计，如遇有约束强的岩石类地基、较厚的混凝土垫层等时，可在接触面上设滑动层来减少温度应力。在外约束的接触面上全部设滑动层，则可大大减弱外约束。
5）还应重视合理有益作用，可采取增配构造钢筋。配筋应尽可能采用小直径、小间距，全截面含筋率控制在0.3%～0.5%之间。在混凝土表面增设金属扩张网等有效措施，有效地提高混凝土抗裂性能。
五.结束语
综上所述，在控制大体积混凝土温度裂缝时既要控制混凝土的内外温差又要防止混凝土表面温度的突然变化。重视温度监测，实际施工中应随时监测混凝土内部温度和内外温差的变化趋势，并据此来调整温控措施，确保混凝土不开裂。影响大体积混凝土开裂的因素很多，应从造成裂缝的各种原因着手，采取全面防治措施，并根据工程具体情况确定防裂重点。