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【摘要】随着社会的快速发展，高层建筑物日益增多，大体积混凝土也被广泛采用，大体积混凝土结构的温度裂缝日益成为建筑工程技术人员面临的技术难题。本文将对大体积混凝土温度裂缝产生的影响因素分析及对控制技术进行分析，给出个人建设性的意见。
【关键词】大体积混凝土温度裂缝温度控制技术
中图分類号：TU37 文献标识码：A 文章编号：
引言
我国普通混凝土配合比设计规范规定：混凝土结构物中实体最小尺寸不小于1 m的部位所用的混凝土即为大体积混凝土；美国混凝土学会ACI则规定为：任何现浇大体积混凝土，必须要求解决水化热及随之引起的体积变形问题，以便最大限度地减少混凝土的开裂。日本建筑学会( JASSS) 标准的定义是：结构断面最小尺寸在80cm 以上， 同时水化热引起的混凝土内最高温度与外界气温之差预计超过25℃的混凝土称之为大体积混凝土。水泥在水化反应过程中释放的水化热所产生的温度变化和混凝土收缩的共同作用，会产生较大的温度应力和收缩应力，将成为大体积混凝土结构出现裂缝的主要因素。这些裂缝往往给工程带来不同程度的危害，温度裂缝作为长期困扰大体积混凝土的主要难题， 我们不仅要掌握温度应力的变化规律，还要在施工技术上、施工组织上采取一系列的综合性措施，才能防止产生温度裂缝，确保工程质量。
大体积混凝土温度裂缝研究的目的及意义
关于混凝土的研究和大量的工程实践所提供的经验都表明，混凝土结构物的裂缝是不可避免的，只能要求将其控制在允许的范围内。对于大体积混凝土，由于其在浇筑初期，水泥水化产生大量的热，因此温度是大体积混凝土产生裂缝的一个重要因素。混凝土结构因温度效应引起的裂缝相当普遍，大概占所有工程结构裂缝的80%左右。温度裂缝对混凝土结构会产生许多不良的影响：影响建筑物的使用功能、降低了建筑结构的刚度、降低结构的承载能力以及影响混凝土的耐久性等。
大体积混凝土的裂缝不论是对结构的使用寿命，还是对混凝土的耐久性都有极为不利的影响。因此在大体积混凝土结构的设计和施工过程中，要进行温控设计和采取适当的施工措施，减少温度裂缝的产生。国内外都有许多大体积混凝土结构出现严重的裂缝情况，影响工程的使用， 还可能危及建筑物的安全。其贯穿性裂缝就会大大降低大体积混凝土的强度、整体性、抗渗能力等，以致不得不采取补救措施，耗资巨大。因此，研究大体积混凝土结构温度问题具有重要工程意义。
大体积混凝土温度裂缝的成因及影响因素
大体积混凝土施工阶段产生的温度裂缝，主要是由于混凝土的内外温差产生的应力和应变超过了混凝土能承受的极限抗拉强度，在这种情况下，就会产生不同程度的裂缝。产生裂缝的主要原因有以下几个方面：
（1） 水泥水化热的影响。水泥在水化过程中要释放出一定的热量，使混凝土温度升高；对于大体积混凝土，由于混凝土结构断面较厚、表面系数相对较小，结构内部热量聚集而不易散失，最终使内外温差增大。水泥水化热是引起温度应力、产生裂缝的主要原因。通过实测，水泥水化热引起的温升，在水利工程中一般为15℃～25 ℃ ，而在建筑工程中一般为20 ℃～30℃ ，甚至更高。由于混凝土的导热性能较差，在浇筑初期，混凝土的强度和弹性模量都很低，对水化热引起的急剧温升约束不大，相应的温度应力也较小。随着混凝土龄期的增长，弹性模量增高，对混凝土内部降温收缩的约束也就愈来愈大，以致产生很大的拉应力。当混凝土的抗拉强度不足以抵抗这种拉应力时，便开始出现温度裂缝。降低水化热温度就必须降低混凝土强度等级，减少水泥用量，另外，掺加掺合料也可以有效降低水化的峰值温度，推迟水化温峰的出现时间。
（2） 混凝土的浇筑温度。混凝土的内部温度是由浇筑温度、结构散热降温，水热化的绝热温升等构成。其中浇筑温度与外界气温有密切关系，外界气温越高，浇筑温度也越高。大体积混凝土的温度应力是由于内外温差引起变形造成的；温差愈大，温度应力也愈大，降低混凝土的浇筑温度，从而降低混凝土的内部温度，减少内外温差，也是大体积混凝土浇筑过程中，不可缺少的技术措施。混凝土结构工程施工质量验收规范规定：混凝土表面和内部温差应控制在设计要求的范围内。当设计无具体要求时，温差不宜超过25℃。
（3） 混凝土体积收缩的影响。混凝土收缩的主要原因是水分的蒸发和后期的碳化收缩，另外，水泥的量、混凝土配合比、施工工艺等也会影响混凝土的收缩。在混凝土硬化初期，多余水分的蒸发会引起混凝土体积的收缩，形成不规则的塑性收缩性裂缝；混凝土硬化后期，混凝土也会产生碳化收缩。
3 大体积混凝土温度裂缝的控制方法
大量的研究表明，在大体积混凝土工程施工中，温度裂缝是不可避免的，重要的是采用合理的措施来防治和控制裂缝的发展。防止大体积混凝土出现温度裂缝应从两方面出发，一方面应从控制温度、改善约束， 即从减小温度应力着手； 另一方面应尽可能设法提高混凝土抗裂能力，改善混凝土自身性能。 但这些措施不是孤立的，而是相互联系、相互制约的，必须结合实际，全面考虑，合理采用。
3.1 材料选择
选择混凝土原材料，优化混凝土配合比的目的是使混凝土具有较强的抗裂能力。具体来说，就是要求混凝土的绝热温升较小，抗拉强度较大、极限拉伸变形能力较大、热强比较小，自生体积变形最好是微膨胀，至少是低收缩。根据国内外经验主要有以下几条：
（1）水泥。为了降低水泥的水化热、减小混凝土的体积变形，大体积混凝土一般采用中热硅酸盐水泥和低热矿渣水泥。另外，除采用水化热低的水泥外，要减少温度变形， 还应千方百计地降低水泥用量。
（2）掺合料。掺加掺合料可以有效降低水化的峰值温度，推迟水化温峰的出现时间，随掺合料掺量的增大，温峰出现的时间延迟，目前主要是粉煤灰掺的较多。
（3）外加剂。掺减水剂可有效地降低混凝土的单位用水量，从而降低水泥用量。缓凝型减水剂还有抑制水泥水化作用，可降低水化温升，有利于防裂。还可延迟水化热释放速度，热峰也有所降低。这种减水剂可以缓凝，在大体积混凝土中可以避免冷接缝，提高工作性及流动性，有利于泵送，对收缩及抗拉强度几乎没有什么影响。
（4）精心设计、调整混凝土的骨料粒径和级配。如尽可能采用大的骨料最大粒径。最大粒径越大，骨料的空隙率和表面积越小，混凝土的水泥浆及水泥用量就越小。严格控制砂石骨料的含泥量，在保证混凝土强度及流动条件下，尽量节省水泥，降低混凝土绝热温升。
合理进行温度控制
对于大体积混凝土的温度控制，主要考虑三个特征值：入模温度、最高温度及养护温度。
降低混凝土入模温度。
按照技术规范要求，当环境温度超过42℃或混凝土入模温度超过30℃，不得进行混凝土浇筑。
在混凝土组成的各种原材料中，对拌和温度影响最大的是石子的温度，其次是砂和水的温度，水泥的温度影响最小。因此，降低混凝土拌和温度最有效的办法是降低石子的温度。石子的温度每降低1℃，混凝土拌和温度约可降低0.439℃。在砂，石子温度一定的情况下，在混凝土拌和水中加以部分冰屑代替，也可有效降低混凝土的拌合温度。根据以往经验，拌合水的加冰率一般控制在25%~75%之间。
（2）最高温度控制：在混凝土内部预埋水管，利用冷却水管内流通的制冷水带走大体积混凝土内部积聚的水泥水化热，削减浇筑层水化热温升。这种方法因具有适用性和灵活性，以及能够控制整个结构物内部温度，所以在国内外得到广泛应用。
（3）养护温度控制：大体积混凝土的裂缝，特别是表面裂缝，主要是由于混凝土中产生了温度梯度。为了使大体积混凝土的内外温差降低，可采用混凝土表面保温的方法，使混凝土内外温差降低。常用的保温材料有模板、草袋、湿砂、锯末等。
混凝土振捣措施
高层建筑地下室大体积混凝土浇筑，应根据工程的实际情况，采用逐层分块浇筑法施工。结合混凝土泵送施工的特点，按一定厚度和范围分层浇筑。如有需要，还可进一步采用分层分块浇筑，在减轻约束作用的同时，也缩小了约束的范围，同时利用浇筑块的层面进行散热，降低混凝土内部的温度，上下层混凝土浇筑时间控制在2 h 内，上层混凝土振捣时应插入下层50 mm，以消除两层之间的接缝。
混凝土养护
防止混凝土内外温度差及混凝土表面梯度，防止表面裂缝；尽量设法使混凝土的施工期最低温度不低于混凝土的使用期的稳定温度；防止老混凝土过冷，以减少新老混凝土间的约束；混凝土浇筑后的最初几天是养护的关键时期，应采用塑料薄膜及麻袋覆盖，对混凝土进行保温、保湿。
综上所述，大体积混凝土温度裂缝问题是不可避免的，只有采取有效的综合性措施，才能防止产生温度裂缝。这就需要我们广大的工程技术研究人员不断地研究出新的控制技术，更好地解决温度裂缝问题，进一步确保工程质量。
【关键词】大体积混凝土温度裂缝温度控制技术
中图分類号：TU37 文献标识码：A 文章编号：
引言
我国普通混凝土配合比设计规范规定：混凝土结构物中实体最小尺寸不小于1 m的部位所用的混凝土即为大体积混凝土；美国混凝土学会ACI则规定为：任何现浇大体积混凝土，必须要求解决水化热及随之引起的体积变形问题，以便最大限度地减少混凝土的开裂。日本建筑学会( JASSS) 标准的定义是：结构断面最小尺寸在80cm 以上， 同时水化热引起的混凝土内最高温度与外界气温之差预计超过25℃的混凝土称之为大体积混凝土。水泥在水化反应过程中释放的水化热所产生的温度变化和混凝土收缩的共同作用，会产生较大的温度应力和收缩应力，将成为大体积混凝土结构出现裂缝的主要因素。这些裂缝往往给工程带来不同程度的危害，温度裂缝作为长期困扰大体积混凝土的主要难题， 我们不仅要掌握温度应力的变化规律，还要在施工技术上、施工组织上采取一系列的综合性措施，才能防止产生温度裂缝，确保工程质量。
大体积混凝土温度裂缝研究的目的及意义
关于混凝土的研究和大量的工程实践所提供的经验都表明，混凝土结构物的裂缝是不可避免的，只能要求将其控制在允许的范围内。对于大体积混凝土，由于其在浇筑初期，水泥水化产生大量的热，因此温度是大体积混凝土产生裂缝的一个重要因素。混凝土结构因温度效应引起的裂缝相当普遍，大概占所有工程结构裂缝的80%左右。温度裂缝对混凝土结构会产生许多不良的影响：影响建筑物的使用功能、降低了建筑结构的刚度、降低结构的承载能力以及影响混凝土的耐久性等。
大体积混凝土的裂缝不论是对结构的使用寿命，还是对混凝土的耐久性都有极为不利的影响。因此在大体积混凝土结构的设计和施工过程中，要进行温控设计和采取适当的施工措施，减少温度裂缝的产生。国内外都有许多大体积混凝土结构出现严重的裂缝情况，影响工程的使用， 还可能危及建筑物的安全。其贯穿性裂缝就会大大降低大体积混凝土的强度、整体性、抗渗能力等，以致不得不采取补救措施，耗资巨大。因此，研究大体积混凝土结构温度问题具有重要工程意义。
大体积混凝土温度裂缝的成因及影响因素
大体积混凝土施工阶段产生的温度裂缝，主要是由于混凝土的内外温差产生的应力和应变超过了混凝土能承受的极限抗拉强度，在这种情况下，就会产生不同程度的裂缝。产生裂缝的主要原因有以下几个方面：
（1） 水泥水化热的影响。水泥在水化过程中要释放出一定的热量，使混凝土温度升高；对于大体积混凝土，由于混凝土结构断面较厚、表面系数相对较小，结构内部热量聚集而不易散失，最终使内外温差增大。水泥水化热是引起温度应力、产生裂缝的主要原因。通过实测，水泥水化热引起的温升，在水利工程中一般为15℃～25 ℃ ，而在建筑工程中一般为20 ℃～30℃ ，甚至更高。由于混凝土的导热性能较差，在浇筑初期，混凝土的强度和弹性模量都很低，对水化热引起的急剧温升约束不大，相应的温度应力也较小。随着混凝土龄期的增长，弹性模量增高，对混凝土内部降温收缩的约束也就愈来愈大，以致产生很大的拉应力。当混凝土的抗拉强度不足以抵抗这种拉应力时，便开始出现温度裂缝。降低水化热温度就必须降低混凝土强度等级，减少水泥用量，另外，掺加掺合料也可以有效降低水化的峰值温度，推迟水化温峰的出现时间。
（2） 混凝土的浇筑温度。混凝土的内部温度是由浇筑温度、结构散热降温，水热化的绝热温升等构成。其中浇筑温度与外界气温有密切关系，外界气温越高，浇筑温度也越高。大体积混凝土的温度应力是由于内外温差引起变形造成的；温差愈大，温度应力也愈大，降低混凝土的浇筑温度，从而降低混凝土的内部温度，减少内外温差，也是大体积混凝土浇筑过程中，不可缺少的技术措施。混凝土结构工程施工质量验收规范规定：混凝土表面和内部温差应控制在设计要求的范围内。当设计无具体要求时，温差不宜超过25℃。
（3） 混凝土体积收缩的影响。混凝土收缩的主要原因是水分的蒸发和后期的碳化收缩，另外，水泥的量、混凝土配合比、施工工艺等也会影响混凝土的收缩。在混凝土硬化初期，多余水分的蒸发会引起混凝土体积的收缩，形成不规则的塑性收缩性裂缝；混凝土硬化后期，混凝土也会产生碳化收缩。
3 大体积混凝土温度裂缝的控制方法
大量的研究表明，在大体积混凝土工程施工中，温度裂缝是不可避免的，重要的是采用合理的措施来防治和控制裂缝的发展。防止大体积混凝土出现温度裂缝应从两方面出发，一方面应从控制温度、改善约束， 即从减小温度应力着手； 另一方面应尽可能设法提高混凝土抗裂能力，改善混凝土自身性能。 但这些措施不是孤立的，而是相互联系、相互制约的，必须结合实际，全面考虑，合理采用。
3.1 材料选择
选择混凝土原材料，优化混凝土配合比的目的是使混凝土具有较强的抗裂能力。具体来说，就是要求混凝土的绝热温升较小，抗拉强度较大、极限拉伸变形能力较大、热强比较小，自生体积变形最好是微膨胀，至少是低收缩。根据国内外经验主要有以下几条：
（1）水泥。为了降低水泥的水化热、减小混凝土的体积变形，大体积混凝土一般采用中热硅酸盐水泥和低热矿渣水泥。另外，除采用水化热低的水泥外，要减少温度变形， 还应千方百计地降低水泥用量。
（2）掺合料。掺加掺合料可以有效降低水化的峰值温度，推迟水化温峰的出现时间，随掺合料掺量的增大，温峰出现的时间延迟，目前主要是粉煤灰掺的较多。
（3）外加剂。掺减水剂可有效地降低混凝土的单位用水量，从而降低水泥用量。缓凝型减水剂还有抑制水泥水化作用，可降低水化温升，有利于防裂。还可延迟水化热释放速度，热峰也有所降低。这种减水剂可以缓凝，在大体积混凝土中可以避免冷接缝，提高工作性及流动性，有利于泵送，对收缩及抗拉强度几乎没有什么影响。
（4）精心设计、调整混凝土的骨料粒径和级配。如尽可能采用大的骨料最大粒径。最大粒径越大，骨料的空隙率和表面积越小，混凝土的水泥浆及水泥用量就越小。严格控制砂石骨料的含泥量，在保证混凝土强度及流动条件下，尽量节省水泥，降低混凝土绝热温升。
合理进行温度控制
对于大体积混凝土的温度控制，主要考虑三个特征值：入模温度、最高温度及养护温度。
降低混凝土入模温度。
按照技术规范要求，当环境温度超过42℃或混凝土入模温度超过30℃，不得进行混凝土浇筑。
在混凝土组成的各种原材料中，对拌和温度影响最大的是石子的温度，其次是砂和水的温度，水泥的温度影响最小。因此，降低混凝土拌和温度最有效的办法是降低石子的温度。石子的温度每降低1℃，混凝土拌和温度约可降低0.439℃。在砂，石子温度一定的情况下，在混凝土拌和水中加以部分冰屑代替，也可有效降低混凝土的拌合温度。根据以往经验，拌合水的加冰率一般控制在25%~75%之间。
（2）最高温度控制：在混凝土内部预埋水管，利用冷却水管内流通的制冷水带走大体积混凝土内部积聚的水泥水化热，削减浇筑层水化热温升。这种方法因具有适用性和灵活性，以及能够控制整个结构物内部温度，所以在国内外得到广泛应用。
（3）养护温度控制：大体积混凝土的裂缝，特别是表面裂缝，主要是由于混凝土中产生了温度梯度。为了使大体积混凝土的内外温差降低，可采用混凝土表面保温的方法，使混凝土内外温差降低。常用的保温材料有模板、草袋、湿砂、锯末等。
混凝土振捣措施
高层建筑地下室大体积混凝土浇筑，应根据工程的实际情况，采用逐层分块浇筑法施工。结合混凝土泵送施工的特点，按一定厚度和范围分层浇筑。如有需要，还可进一步采用分层分块浇筑，在减轻约束作用的同时，也缩小了约束的范围，同时利用浇筑块的层面进行散热，降低混凝土内部的温度，上下层混凝土浇筑时间控制在2 h 内，上层混凝土振捣时应插入下层50 mm，以消除两层之间的接缝。
混凝土养护
防止混凝土内外温度差及混凝土表面梯度，防止表面裂缝；尽量设法使混凝土的施工期最低温度不低于混凝土的使用期的稳定温度；防止老混凝土过冷，以减少新老混凝土间的约束；混凝土浇筑后的最初几天是养护的关键时期，应采用塑料薄膜及麻袋覆盖，对混凝土进行保温、保湿。
综上所述，大体积混凝土温度裂缝问题是不可避免的，只有采取有效的综合性措施，才能防止产生温度裂缝。这就需要我们广大的工程技术研究人员不断地研究出新的控制技术，更好地解决温度裂缝问题，进一步确保工程质量。