近年来，随着国民经济和建筑技术的发展，建筑规模不断扩大和各项基础设施建设的加快，大体积混凝土在工程中得到了广泛应用。随之而来的大体积混凝土的裂缝控制问题也越来越引起设计和施工人员的关注。一般当混凝土结构断面尺寸大于1m时，就称之为大体积混凝土。导致大体积混凝土开裂的主要因素有水化热、温差、混凝土收缩等，其中温度应力是导致混凝土产生裂缝的主要原因。因此，在大体积混凝土施工中，如何有效的控制好混凝土温度应力、 防止发生裂缝， 显得非常重要。本文通过工程实例研究了大体积混凝土裂缝控制的方法及措施。

    1 工程概况

    该工程为天津某项目一期工程研发中心探伤室，设计要求采用商品混凝土，其强度等级为C30，密度不小于2500kg/m3。该项目长17.8m，宽27.0m，高14.5m，混凝土底板厚度1M-1.5M，墙体厚度在-0.20m到+10.36m标高范围为2400mm和1600mm，在+10.36m到+14.50m标高范围为1200mm和800mm，柱子为暗柱，顶板厚为1000mm。

    2 原材料选择及配合比设计

    2.1 原材料选择

    1）水泥选用金隅水泥股份有限公司（天津振兴水泥厂）生产的正通牌普通硅酸盐42.5型水泥，其特点是外加剂适应性良好，水化热相对较低。

    2）外加剂选用复合缓凝高效减水剂，具有缓凝减水组分，适当延长混凝土的凝结时间，避免大体积混凝土水化热过于集中，同时具有良好的混凝土保坍性，提高混凝土的和易性、可泵性和耐久性；

    3）骨料选用中砂和铁矿石，提高混凝土的密度。

    4）BM抗裂膨胀剂为天津豹鸣股份有限公司生产的，其性能稳定，在混凝土强度增长的过程中，产生微膨胀效果抵抗大体积混凝土内部温升产生应力而造成开裂的倾向。

    5）掺合料为天津海得润滋股份有限公司生产II级粉煤灰和S95级超细矿粉。

    2.2 配合比设计

    该工程室外平均温度为-10℃，大体积混凝土设计密度为2400 kg/m3。配合比设计见表1所示。

   表1  配合比设计                        单位：kg/m3

    3 混凝土温度及应力计算结果

    1、浇筑大体积混凝土温度计算结果

    1）最大绝热温升

       Th＝(mc＋k·F)Q/c·ρ=(200+0.25*120)*375/0.97*2450=36.29℃       

     式中：Th——混凝土最大绝热温升(℃)；

           mc——混凝土中水泥（包括膨胀剂）用量(kg/m3)；

           F——混凝土活性掺合料用量(kg/m3)；

           K——掺合料折减系数。粉煤灰取0.25~0.30；

           Q——水泥28d水化热(kJ/kg)，查表得375

           c——混凝土比热、取0.97［kJ/(kg·K)］；

           ρ——混凝土密度、取2450(kg/m3)；

    2）混凝土中心计算温度

    T1（3）＝Tj＋Th·ξ（3）＝15+36.29*0.65=38.6(℃)

    T1（6）＝Tj＋Th·ξ（6）＝15+36.29*0.62=37.5(℃)

    式中：T1（t）——t龄期混凝土中心计算温度(℃)；

          Tj——混凝土浇筑温度(℃)；

          ξ（t）——t龄期降温系数、查表得

    3）混凝土表层（表面下50~100mm处）温度

    （1）保温材料厚度

    δ＝0.5h·λx(T2－Tq)Kb/λ(Tmax－T2)＝0.5*2.4*0.14*20/2.33*20=0.07 (m)

    式中：λx——所选保温材料导热系数[W/(m·K)]，查表得0.14

          T2——混凝土表面温度(℃)；

          Tq——施工期大气平均温度(℃)；

          λ——混凝土导热系数，取2.33W/(m·K)；

          Tmax——计算得混凝土最高温度(℃)；计算时可取T2－Tq＝15~20℃，Tmax＝T2＝20~25℃

         Kb——传热系数修正值，取1.3~2.0，

    （2）混凝土表面模板及保温层的传热系数

     β＝1/[Σδi/λi＋1/βq]=1/[0.018/1.3+0.054/2.6+1/23]=12.8   

     式中：β——混凝土表面模板及保温层等的传热系数[W/(m2·K)]；

           δi——各保温材料厚度(m)；

           λi——各保温材料导热系数[W/(m·K)]；

           βq——空气层的传热系数，取23[W/(m2·K)]。

    （3）混凝土虚厚度

      h'＝k·λ/β=2/3*2.33/12.8= 0.12

     式中：h'——混凝土虚厚度(m)；

           k——折减系数，取2/3；

          λ——混凝土导热系数，取2.33[W/(m·K)]。

    （4）混凝土计算厚度

      H＝h＋2h'=2.4+0.12*2=2.64 (m)

      式中：H——混凝土计算厚度(m)；

            h——混凝土实际厚度(m)。

    （5）混凝土表层温度

     T2（3）＝Tq＋4·h'(H－h')[T1（3）－Tq]/H2 =-10+4*0.12*2.52*[38.6-4]/2.64²=-4(℃)

    T2（6）＝Tq＋4·h'（H－h'）[T1（6）－Tq]/H2 =-10+4*0.12*2.52*[37.5-4] =-4.19(℃)

    式中：T2（t）——混凝土表面温度(℃)；

          Tq——施工期大气平均温度(℃)；

          h'——混凝土虚厚度(m)；

          H——混凝土计算厚度(m)；

          T1（t）——混凝土中心温度(℃)。

    4）混凝土内平均温度

    Tm(3)＝[T1(3)＋T2(3)]/2 =(38.6-4)/2=17.3(℃)

    Tm(6)＝[T1(6)＋T2(6)]/2 =(37.5-4.19)/2=16.6(℃)

    2、浇筑大体积混凝土应力计算结果

    1）大体积混凝土瞬时弹性模量

    E（3）＝E0(1－e-0.09*3  )=3*104*(1-2.718-0.09*3 )=0.71 *104

    E（6）＝E0(1－e-0.09*6  )=3*104*(1-2.718-0.09*6)=1.25 *104

    式中：E0——28d混凝土弹性模量(N/mm2)

    2）混凝土干缩率和收缩当量温差

    （1）混凝土干缩率

    εY（3）＝ε0Y（l-e-0.01t）M1·M2…M10 =3.24*10-4*(1-2.718-0.09*3                 )*1*0.92*1*1.8*0.9*1.09*1.25*1.44*1*0.58=1.3*10-4

    εY（6）＝ε0Y(l-e-0.01*6)M1·M2…M10 =3.24*10-4*(1-2.718-                       0.09*6)*1*0.92*1*1.8*0.9*1.02*1.25*1.44*1*0.58=2.145*10-4

     式中：ε0Y——标准状态下混凝土极限收缩值，取3.24×10-4；

           M1·M2…M10——各修正系数，查表得

    （2）收缩当量温差

     TY（3）＝εY（3）/α =1.3*10-4/1×10-5=13(℃)

     TY（6）＝εY（6）/α =2.145*10-4/1×10-5=21.45(℃)

     式中：α——混凝土线膨胀系数，1×10-5(1/`C)。

    3）结构计算温差

    ΔTi＝Tm（i）―Tm（i+3）＋TY（i+3）―TY（i） =17.3-16.6+21.45-13=9.15

    4）各区段拉应力

    =(0.71+1.25)*104 /2* 1×10-5 *9.1*0.545=0.486

    式中：——i区段平均弹性模量(N/mm2)；

          ——i区段平均应力松弛系数，查表得

          ——i区段平均地基约束系数；不考虑

    5）到指定期混凝土内最大应力

    = 1/(1-0.15)*0.486=0.57

    式中：ν——泊松比，取0.15。

    6）安全系数

    K＝ft/σmax =1.43/0.57= 2.5 ≥1.15

    式中：K——大体积混凝土抗裂安全系数，应≥1.15；

          ft——到指定期混凝土抗拉强度设计值(N/mm2)，查表得1.43。

     由温度及应力计算结果可知：采用低水化水泥、粉煤灰、矿粉、减水剂及BM膨胀剂制备的混凝土，其浇筑时温度及应力值均满足大体积混凝土的要求。 

    4 质量控制措施

    1）混凝土生产过程控制

    （1）由于混凝土骨料密度较大，容易产生离析，因此建议现场施工混凝土入模坍落度为140±20mm；

    （2）在实际生产前，搅拌机组应对计量设备进行零点校核，保证计量的准确；

    （3）掺加BM抗裂膨胀剂混凝土比普通混凝土延长30s，但也不宜过长；

    （4）出厂混凝土进行坍落度和工作性的检测，合格后方可出厂，并留置相应要求的试件。

    2）混凝土浇筑过程控制

    大体积混凝土施工环节的控制，对混凝土后期质量至关重要。施工单位应严格按照国家规范《大体积混凝土施工规范》（GB50496-2009）及其他有关施工规范的要求做好准备工作，此外特别注意以下几点：

    （1）在施工工程中，因要求混凝土密度较大，为防止混凝土产生离析造成堵管，泵送距离不宜过长；

    （2）大体积混凝土应按照施工组织设计的安排，合理布设循环冷却水管及测温孔；

    （3）混凝土捣固必须密实，不能漏震、欠振、也不可过振。振捣时间以混凝土开始泛浆和不冒气泡为准。振捣时，快插慢拔，振点布置要均匀。在预埋件处，加强振捣，以免振捣不实，振捣时应尽量不触及模板、钢筋，以防止其位移、变形；

    3）测温及养护

    （1）测温

    测温时间：一般在混凝土终凝后开始，升温过程每隔 4h~6h 测量一次，降温过程每隔 8h 直至混凝土的内、表温差和外温差趋于(0～5)℃后结束。严格控制混凝土的内、表温差和外温差不超过 25℃。

    测温方法：测温时按测温孔编号顺序进行，使用测温仪（温度计）插入测温孔进行测温，仔细读数，并汇入测温记录表，同时将测温孔用保温材料堵塞（覆盖） 好，每次混凝土测温完毕后，保温材料要恢复原位并用塑料胶带缠好防止养护水侵入。

    （2）养护

    大体积混凝土以适当延迟拆模时间为宜，并设专人负责混凝土养护工作，宜采取湿养和水淋相结合的方法。湿养护——松模后从上部淋水，拆模后养护14d；水淋养护——在混凝土浇注拆除模板后，在墙体顶端设置 PVC 管进行间断性的喷淋，淋水养护至 14d。墙体淋水养护时都应覆盖吸水性好的材料(土工布)防止混凝土污染。

    5 结论

    通过原材料选择，优化配合比的设计，以及相应的保障措施，该工程大体积混凝土施工取得了良好的效果。根据该工程的实践经验可知，在满足混凝土设计强度的前提下，从原材料、养护技术和施工工艺入手，坚持以预防为主，采用适宜的技术，在大体积混凝土结构的设计、 混凝土材料的选择、配合比优化、拌制、运输、浇筑、保温养护以及施工过程中温度应力的监测控制等环节，加强技术措施，能够有效降低水化热，减少温度应力，增强大体积混凝土的抗裂性能，提高混凝土的耐久性能。

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