大體積混凝土溫度裂縫控制措施
1、概述
此次擬澆筑砼系華榮xx城D區(qū)基礎(chǔ)筏板。D區(qū)基礎(chǔ)砼等級(jí)為為C35P8，板的一般厚度為2.0m，集水井處最厚區(qū)域?yàn)?.35m；本區(qū)域一次澆筑砼方量約為2980m3；板內(nèi)配筋情況是：板上下部均為φ28@150雙向雙層網(wǎng)筋，第二層配有φ18@150雙向網(wǎng)筋一層，板中間配置構(gòu)造抗裂鋼筋網(wǎng)片φ16@200，D區(qū)柱下配置φ22@150。由此可見(jiàn)，該筏板確具有體形大、結(jié)構(gòu)厚、砼方量多，鋼筋密而工程條件較復(fù)雜和施工技術(shù)要求高等特點(diǎn)。
大體積混凝土是指最小斷面尺寸大于1m以上的混凝土結(jié)構(gòu)。與普通鋼筋砼相比，具有結(jié)構(gòu)厚，體形大、混凝土數(shù)量多、工程條件復(fù)雜和施工技術(shù)要求高的特點(diǎn)。
大體積混凝土在硬化期間，一方面由于水泥水化過(guò)程中將釋放出大量的水化熱，使結(jié)構(gòu)件具有“熱漲”的特性；另一方面混凝土硬化時(shí)又具有“收縮”的特性，兩者相互作用的結(jié)果將直接破壞混凝土結(jié)構(gòu)，導(dǎo)致結(jié)構(gòu)出現(xiàn)裂縫。因而在混凝土硬化過(guò)程中，必須采用相應(yīng)的技術(shù)措施，以控制混凝土硬化時(shí)的溫度，保持混凝土內(nèi)部與外部的合理溫差，使溫度應(yīng)力可控，避免混凝土出現(xiàn)結(jié)構(gòu)性裂縫。
2、大體積混凝土裂縫產(chǎn)生的原因
大體積混凝土墩臺(tái)身或基礎(chǔ)等結(jié)構(gòu)裂縫的發(fā)生是由多種因素引起的，各類裂縫產(chǎn)生的主要影響因素如下：
（1）收縮裂縫。混凝土的收縮引起收縮裂縫。收縮的主要影響因素是混凝土中的用水量和水泥用量，用水量和水泥用量越高，混凝土的收縮就越大。選用的水泥品種不同，其干縮、收縮的量也不同。
（2）溫差裂縫�；炷�土內(nèi)外部溫差過(guò)大會(huì)產(chǎn)生裂縫。主要影響因素是水泥水化熱引起的混凝土內(nèi)部和混凝土表面的溫差過(guò)大。特別是大體積混凝土更易發(fā)生此類裂縫。
大體積混凝土結(jié)構(gòu)要求一次性整體澆筑。澆筑后，水泥因水化熱，由于混凝土體積大，聚集在內(nèi)部的水泥水化熱不易散發(fā)，混凝土內(nèi)部溫度將顯著升高，而其表面則散熱較快，形成了較大的溫度差，使混凝土內(nèi)部產(chǎn)生壓應(yīng)力，表面產(chǎn)生拉應(yīng)力。此時(shí)，混凝土齡期短，抗拉強(qiáng)度很低。當(dāng)溫差產(chǎn)生的表面抗拉應(yīng)力超過(guò)混凝土極限抗拉強(qiáng)度，則會(huì)在混凝土表面產(chǎn)生裂縫。
（3）材料裂縫。材料裂縫表現(xiàn)為龜裂，主要是因水泥安定性不合格或骨料中含泥量過(guò)多而引起的。
3、大體積混凝土裂縫控制的理論計(jì)算
華榮.上海城D區(qū)，混凝土及其原材料各種原始數(shù)據(jù)及參數(shù)為：一是C35P8混凝土采用P.O42.5普通硅酸鹽水泥，其配合比為：水：水泥：砂：石子：粉煤灰：礦粉（單位Kg）=172：285：716：1070：60：100（每立方米混凝土質(zhì)量比），砂、石含水率分別為3%、0%，混凝土容重為2390Kg/m3。
二是各種材料的溫度及環(huán)境氣溫：水30℃，砂、石子35℃，水泥40℃，粉煤灰35℃，礦粉35℃，環(huán)境氣溫32℃。
3.1混凝土溫度計(jì)算
（1）混凝土拌和溫度計(jì)算：公式TO=∑Timici/∑mici可轉(zhuǎn)換為:TO=[0.9
（mcTc+msTs+mgTg+mfTf+mkTk）+4.2Tw(mw-Psms-Pgmg)+C1(PsmsTs+PgmgTg)-C2(Psms+Pgmg)÷[4.2mw+0.9(mc+ms+mg+mf+mk)]
式中：TO為混凝土拌和溫度；mw、mc、ms、mg、mf、mk—水、水泥、砂、石子、粉煤灰、礦粉單位用量（Kg）；Tw、Tc、Ts、Tg、Tf、Tk—水、水泥、砂、石子、煤灰、礦粉的溫度（℃）；Ps、Pg—砂、石含水率（%）；C1、C2—水的比熱容（KJ/Kg.K）及溶解熱（KJ/Kg）。
當(dāng)骨料溫度>0℃時(shí)，C1=4.2，C2=0；反之C1=2.1，C2=335.
本實(shí)例中的混凝土拌和溫度為：TO=[0.9(285*40+716*35+1070*35+60*35+100*35)+4.2*30(172-716*3%)+4.2*3%*716*35]÷4.2*172+0.9(285+716+1070+60+100)]=34.3℃.
（2）混凝土澆筑溫度計(jì)算：按公式TJ=TO-(α.Tn+0.032n)*(TO-YQ)
式中：TJ—混凝土澆筑溫度（℃）；TO—混凝土拌和溫度（℃）；TQ—混凝土運(yùn)送、澆筑時(shí)環(huán)境氣溫（℃）；Tn—混凝土自開(kāi)始運(yùn)輸至澆筑完成時(shí)間（h）；n—混凝土運(yùn)轉(zhuǎn)次數(shù)。
α--溫度損失系數(shù)（/h）本例中，若Tn取1/3，n取1，α取0.25，則：
TJ=34.3-（0.25×1/3+0.032×1）×（34.3-32）=34.0℃
3.2混凝土的絕熱溫升計(jì)算
Th=WO.QO/(C.ρ)
式中：WO—每立方米混凝土中的水泥用量（Kg/m3）;QO—每公斤水泥的累積最終熱量（KJ/Kg）；C—混凝土的比熱容取0.97（KJ/Kg.k）；ρ—混凝土的質(zhì)量密度（Kg/m3）
Th=（285*375）/（0.97*2390）=55.8℃
3.3混凝土的內(nèi)部實(shí)際溫度
Tm=TJ+ξ•Th
式中：TJ—混凝土澆筑溫度； Th—混凝土最終絕熱溫升；ξ—溫將系數(shù)查建筑施工手冊(cè)，若混凝土澆筑厚度4.0m，則：ξ3取0.74，ξ15取0.55，ξ21取0.37.
Tm(3)=34.0+0.74*55.8=75.3℃;        Tm(15)=34.0+0.55*55.8=64.7℃;
Tm(21)=34.0+0.37*55.8=54.6℃.
3.4混凝土表面溫度計(jì)算
Tb(T)=Tq+4h,(H- h,)△T(T)/H2式中：Tb(T)—齡期T時(shí)混凝土表面溫度（℃）；Tq--齡期T時(shí)的大氣溫度（℃）；H—混凝土結(jié)構(gòu)的計(jì)算厚度（m）。
按公式H=2h+ h,計(jì)算，h—混凝土結(jié)構(gòu)的實(shí)際厚度（m）;h,--混凝土結(jié)構(gòu)的虛厚度（m）;h ,=K•λ/Βk=--計(jì)算折減系統(tǒng)取0.666，λ—混凝土的導(dǎo)熱系數(shù)取2.33W/m•K
β—模板及保溫層傳熱系數(shù)（W/m2•K）；
β值按公式β=1/（∑δi/λi+1/βg）計(jì)算；δi—模板及各種保溫材料厚度（m）; λi—模板及各種保溫材料的導(dǎo)熱系數(shù)（W/m•K）；βg—空氣層傳熱系數(shù)可取23（W/m2•K）.
T(T)-- 齡期T時(shí)，混凝土中心溫度與外界氣溫之差（℃）：
T(T)= Tm(T)-Tq，
若保護(hù)層厚度取0.04m，混凝土灌注厚度為4m，則：
β=1/（0.003/58+0.04/0.06+1/23）=1.4：1 h,=K•λ/β=0.666×2.33/1.41=1.1;
H=2h+ h,=4.0+2×1.1=6.2(m)     若Tq取32℃，則：
T（3）=75.3-32=43.3℃
T(15)=64.7-32=32.7℃
T(21)=54.6-32=22.6℃
則：Tb(3)=32+4×1.1（6.2-1.1）×43.3/6.22=57.3℃
Tb(15)=32+4×1.1（6.2-1.1）×32.7/6.22=51.1℃
Tb(21)=32+4×1.1（6.2-1.1）×22.6/6.22=45.2℃
3.5混凝土內(nèi)部與混凝土表面溫差計(jì)算
  本工程中：
T(3)s=75.3-57.3=18℃
△ T(15)s=64.7-51.1=13.6℃
△ T(21)s=54.6-45.2=9.4℃
4、計(jì)算結(jié)果分析
從以上計(jì)算可以看出，混凝土3d齡期時(shí)內(nèi)外溫度差達(dá)到最大值18℃，符合混凝土內(nèi)外溫差小于25℃的技術(shù)要求。但必須看到計(jì)算結(jié)果是基于養(yǎng)護(hù)環(huán)境溫度為32℃，表面保溫措施得當(dāng)，入�；炷�土溫度為34℃條件下得出的。實(shí)際施工養(yǎng)護(hù)中有可能無(wú)法滿足以上條件要求。2008年8月19日實(shí)測(cè)C30混凝土拌和后溫度未36℃，當(dāng)時(shí)拌和水溫度為30℃，環(huán)境溫度為32℃，若養(yǎng)護(hù)環(huán)境溫度為夜間較低時(shí)的情況，假設(shè)為23℃，則△T(3)s=22.6℃，加上保溫措施有可能達(dá)不到要求，有產(chǎn)生溫度裂縫的可能，因此有必要采取一丁的措施防止溫度裂縫的產(chǎn)生。
5、大體積混凝土施工技術(shù)措施
（1）降低混凝土入模溫度。包括：澆筑大體積混凝土?xí)r應(yīng)選擇較適宜的氣溫，盡量避開(kāi)炎熱天氣澆筑�？刹捎脺囟容^低的地下水?dāng)嚢杌炷�土，或在混凝土拌和水中加入冰塊，同時(shí)對(duì)骨料進(jìn)行遮陽(yáng)保護(hù)、灑水降溫等措施，以降低混凝土拌和物的入模溫度，摻加相應(yīng)的緩凝型減水劑。
（2）加強(qiáng)施工中的溫度控制。包括：在混凝土澆筑之后，做好混凝土的保溫保濕養(yǎng)護(hù)，以使混凝土緩緩降溫，充分發(fā)揮其徐變特性，減低溫度應(yīng)力。應(yīng)堅(jiān)決避免曝曬，注意溫濕，采取長(zhǎng)時(shí)間的養(yǎng)護(hù)，確定合理的拆模時(shí)間，以延緩降溫速度，延長(zhǎng)降溫時(shí)間，充分發(fā)揮混凝土的“應(yīng)力松弛效應(yīng)”；加強(qiáng)測(cè)溫和溫度監(jiān)測(cè)�？刹捎脽崦魷囟扔�(jì)監(jiān)測(cè)或?qū)Ｈ硕帱c(diǎn)監(jiān)測(cè)，以隨時(shí)掌握與控制混凝土內(nèi)的溫度變化�；炷�土內(nèi)外溫差應(yīng)控制在25℃以內(nèi)，基面溫差和基底面溫差均控制在20℃以內(nèi)，并及時(shí)調(diào)整保溫及養(yǎng)護(hù)措施，使混凝土的溫度梯度和濕度不致過(guò)大，以有效控制有害裂縫的出現(xiàn)（養(yǎng)護(hù)措施詳見(jiàn)大體積砼澆筑方案）。
（3）提高混凝土的抗拉強(qiáng)度。包括：控制集料含泥量。砂、石含泥量過(guò)大，不僅增加混凝土的收縮而且降低混凝土的抗拉強(qiáng)度，對(duì)混凝土的抗裂十分不利，因此在混凝土拌制時(shí)必須嚴(yán)格控制砂、石的含泥量，將石子含泥量控制在1%以下，中砂含泥量控制在2%以下，減少因砂、石含泥量過(guò)大對(duì)混凝土抗裂的不利影響；改善混凝土施工工藝。加強(qiáng)早期養(yǎng)護(hù)，提高混凝土早期及相應(yīng)齡期的抗拉強(qiáng)度和彈性模量；在大體積混凝土基礎(chǔ)表面及內(nèi)部設(shè)置必要的溫度配筋，以改善應(yīng)力分部，防止裂縫的出現(xiàn)。