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摘要：在建筑施工过程中，我们经常会遇到基础底板体积及截面大（特厚、超长），混凝土标号高，一次性浇筑混凝土量大，往往还工期很紧，作业温度高等施工情况。这样水泥水化过程中将释放出大量的水化热，在混凝土内部产生很大的水化热升温。此期间，当基础受到外部地基的约束作用或内外较大的温度变化，会产生较大的温度应力，有可能导致箱形基础产生深进或贯穿性裂缝，影响基础结构的整体性、持久强度和防水性能。
关键字：混凝土结构 温差控制 温度裂缝
中图分类号：TU37
前言
大体积混凝土采取的温控措施、测温监控技术及保温养护。是保证大体积混凝土质量的关键。
一、 概述：
在混凝土施工过程中，为防止由于温度原因导致混凝土裂缝所采取的措施。混凝土是不良导体，由于水泥水化作用释放出大量水化热，大体积混凝土内部温度不断上升，在内外温差过大，由此而引起的热应力超过混凝土的抗裂能力时，将产生表面裂缝；在混凝土不断降温过程中，混凝土的收缩变形受到基础或老混凝土的约束，也将产生拉应力，导致基础混凝土产生裂缝；气温的急剧下降，表层混凝土收缩，也会产生裂缝，这种现象称冷击。水利工程中，多数是大体积混凝土结构，基础或边墙常受基岩约束，加以施工强度大，气温变化剧烈，处理不当，常会引起过大的热应力，导致混凝土开裂。因此，在混凝土施工中要严格实施混凝土溫度控制。
二、大体积混凝土的温度裂缝原因分析
混凝土裂缝按深度可分为表面裂缝、深层裂缝和贯穿裂缝。在一定条件下，表面裂缝会发展成深层裂缝，深层裂缝也会发展成贯穿裂缝，因此大体积混凝土的施工，要力求不产生裂缝。为防止产生裂缝，各国订有混凝土温差控制标准，对各种条件下的允许温差作了规定。对基础温差，中国和美国垦务局均根据浇筑块的长度和距基岩的高度规定了不同的允许温差。对内外温差，即中心温度与表面温度之差，苏联规定不大于20～25℃；中国规定当日平均气温在2～4天内连续下降6～9℃时，混凝土表面应有防护措施。对上下层温差，即老混凝土面上下各相当于1/4浇筑块长边的范围内，老混凝土上层平均温度与新混凝土开始浇筑时下层平均温度之差，中国规定允许为15～20℃。
混凝土温度裂缝的成因比较复杂，除了温差以外，与基岩的弹性模量和平整度，混凝土的施工质量和抗裂能力，自身体积变形以及骨料的品质等因素均有关。因此，上述规定的差别与各自条件不同有关。
三、混凝土温度控制
混凝土温度控制措施，大体从三方面着手：①降低热源，缩小温差。如选用低热或中热水泥，搭盖骨料凉棚，加高成品料堆，从廊道取料，降低原材料温度；水冷或风冷骨料；加冰或加冷水拌和；缩短运输时间并加遮阳措施，仓面喷雾，用以防范外界高气温影响等。②进行表面防护，延期脱模，或脱模后覆盖防护材料，以防因气温骤降造成冷击，并防止湿度骤降。③强迫冷却，当上述各项措施尚不能满足温度控制或坝体接缝灌浆要求时，可在坝块内部埋设冷却水管，通水冷却，削减温峰，迫使提前达到稳定温度。
在低温季节进行混凝土施工时，中国规定在温和地区混凝土浇筑温度不宜低于 3℃，在寒冷地区不宜低于5℃。达不到上述要求时，需采取以下措施：①加热砂石骨料及拌和用水。②在浇筑混凝土前，应将老混凝土面和基础加热成正温，深度不小于10cm。③混凝土在运输过程中，要注意保温。④浇筑后除采用保温模板外，顶面要及时覆盖。混凝土允许受冻临界强度，对于大体积内部混凝土应不低于5MPa，对于外部及钢筋混凝土不低于10MPa。⑤为了尽早达到临界强度，可掺用氯化钙等早强剂。当日平均气温低于-5℃时，需采用暖棚施工。
四、混凝土配合比设计
4.1原材料选择
（1）水泥：选用水化热低的建福牌42.5普通硅酸盐水泥。
（2）骨料：选用5-31.5mm碎石，针、片含量<10%，级配良好。砂为河砂，细度模数大于2.8。砂石含泥量均在1%以内。
（3）粉煤灰：掺加磨细的Ⅰ级粉煤灰取代水泥，降低水化热，减少干缩。
（4）外加剂：采用AEA膨胀剂与TW高效缓凝减水剂，可以产生膨胀效应，降低收缩应力。
4.2施工配合比
底板混凝土等级C45S10，不仅满足强度要求、抗渗要求，还需要考虑温升控制，降低水化热，防止温度裂缝的产生。实验室在原材料实验合格后进行多组试配，选择最优配合比。
五、混凝土温度计算
5.1混凝土绝热温升
Th=（Mc+K×F）Q/C×p
式中Mc、F为水泥和掺合料用量，本工程分别为410kg/m3、61kg/m3；K为掺合料折减系数取15%；水泥28d，水化热Q为375kg/m3；混凝土水化热C取0.96；混凝土密度ρ取2400kg/m3。
则Th=68.2℃
5.2混凝土收缩变形值
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式中：εy0取3.24×10-4；e为2.718；b取0.01；t为21d；M1、M2、M3、……Mn只考虑水灰比，养护时间和环境湿度影响，取M4=1.147，M6=0.93，M7=0.7
则εy（21）=0.46×10-4
5.3混凝土收缩当量温差（℃）
Ty=εy（21）/α
式中：εy（21）=0.46×10-4；混凝土线膨胀系数α取1.0×10-5
则Ty=4.6℃
5.4混凝土弹性模量
E（t）=Ec（1-e-0.09t）
式中E（t）取21d，混凝土弹性模量Ec取3.35×104则E（21）=2.84×104N/mm
5.5混凝土的最大综合温差
ΔT=T0+2/3Th+Ty-Tq
式中：本工程T0取20℃；各龄期大气平均温度Tq取15℃
计算得ΔT=20+2/3×68.2+4.6-15=55.1℃
5.6混凝土降温收缩应力
σ（21）=-E（21）αΔT/（1-uc）×S（t）R
式中：混凝土泊松比为0.2，徐变松弛系数S（t）取0.3：混凝土外约束系数R取0.32。
则降温收缩应力：σ（21）=1.878>0.75ft=0.75×1.8=1.35N/mm
结论：混凝土入模21d温度收缩应力为1.878N/mm>0.75ft=1.35N/mm
说明养护期间混凝土可能出现裂缝，故应采取降低综合温差，防止出现裂缝。规范规定，设计无具体要求时，大体积混凝土内外温差不宜超过25℃。
六、结束语：通过优化混凝土配合比，加强混凝土养生等温控措施，可以有效降低了大体积混凝土内部温升和内外温差，防止结构出现温度裂缝。
参考文献：
[1]张秋信，于水.高强大体积混凝土施工控制[J].公路，2004（9）
[2]吴文武， 瞿明等.阳逻长江大桥大体积混凝土温升有限元分析[J].武汉理工大学学报，2006（4）
[3]赵文觉，赵维汉.大体积混凝土水化热的控制方法及效果[J].公路，2007（2）
关键字：混凝土结构 温差控制 温度裂缝
中图分类号：TU37
前言
大体积混凝土采取的温控措施、测温监控技术及保温养护。是保证大体积混凝土质量的关键。
一、 概述：
在混凝土施工过程中，为防止由于温度原因导致混凝土裂缝所采取的措施。混凝土是不良导体，由于水泥水化作用释放出大量水化热，大体积混凝土内部温度不断上升，在内外温差过大，由此而引起的热应力超过混凝土的抗裂能力时，将产生表面裂缝；在混凝土不断降温过程中，混凝土的收缩变形受到基础或老混凝土的约束，也将产生拉应力，导致基础混凝土产生裂缝；气温的急剧下降，表层混凝土收缩，也会产生裂缝，这种现象称冷击。水利工程中，多数是大体积混凝土结构，基础或边墙常受基岩约束，加以施工强度大，气温变化剧烈，处理不当，常会引起过大的热应力，导致混凝土开裂。因此，在混凝土施工中要严格实施混凝土溫度控制。
二、大体积混凝土的温度裂缝原因分析
混凝土裂缝按深度可分为表面裂缝、深层裂缝和贯穿裂缝。在一定条件下，表面裂缝会发展成深层裂缝，深层裂缝也会发展成贯穿裂缝，因此大体积混凝土的施工，要力求不产生裂缝。为防止产生裂缝，各国订有混凝土温差控制标准，对各种条件下的允许温差作了规定。对基础温差，中国和美国垦务局均根据浇筑块的长度和距基岩的高度规定了不同的允许温差。对内外温差，即中心温度与表面温度之差，苏联规定不大于20～25℃；中国规定当日平均气温在2～4天内连续下降6～9℃时，混凝土表面应有防护措施。对上下层温差，即老混凝土面上下各相当于1/4浇筑块长边的范围内，老混凝土上层平均温度与新混凝土开始浇筑时下层平均温度之差，中国规定允许为15～20℃。
混凝土温度裂缝的成因比较复杂，除了温差以外，与基岩的弹性模量和平整度，混凝土的施工质量和抗裂能力，自身体积变形以及骨料的品质等因素均有关。因此，上述规定的差别与各自条件不同有关。
三、混凝土温度控制
混凝土温度控制措施，大体从三方面着手：①降低热源，缩小温差。如选用低热或中热水泥，搭盖骨料凉棚，加高成品料堆，从廊道取料，降低原材料温度；水冷或风冷骨料；加冰或加冷水拌和；缩短运输时间并加遮阳措施，仓面喷雾，用以防范外界高气温影响等。②进行表面防护，延期脱模，或脱模后覆盖防护材料，以防因气温骤降造成冷击，并防止湿度骤降。③强迫冷却，当上述各项措施尚不能满足温度控制或坝体接缝灌浆要求时，可在坝块内部埋设冷却水管，通水冷却，削减温峰，迫使提前达到稳定温度。
在低温季节进行混凝土施工时，中国规定在温和地区混凝土浇筑温度不宜低于 3℃，在寒冷地区不宜低于5℃。达不到上述要求时，需采取以下措施：①加热砂石骨料及拌和用水。②在浇筑混凝土前，应将老混凝土面和基础加热成正温，深度不小于10cm。③混凝土在运输过程中，要注意保温。④浇筑后除采用保温模板外，顶面要及时覆盖。混凝土允许受冻临界强度，对于大体积内部混凝土应不低于5MPa，对于外部及钢筋混凝土不低于10MPa。⑤为了尽早达到临界强度，可掺用氯化钙等早强剂。当日平均气温低于-5℃时，需采用暖棚施工。
四、混凝土配合比设计
4.1原材料选择
（1）水泥：选用水化热低的建福牌42.5普通硅酸盐水泥。
（2）骨料：选用5-31.5mm碎石，针、片含量<10%，级配良好。砂为河砂，细度模数大于2.8。砂石含泥量均在1%以内。
（3）粉煤灰：掺加磨细的Ⅰ级粉煤灰取代水泥，降低水化热，减少干缩。
（4）外加剂：采用AEA膨胀剂与TW高效缓凝减水剂，可以产生膨胀效应，降低收缩应力。
4.2施工配合比
底板混凝土等级C45S10，不仅满足强度要求、抗渗要求，还需要考虑温升控制，降低水化热，防止温度裂缝的产生。实验室在原材料实验合格后进行多组试配，选择最优配合比。
五、混凝土温度计算
5.1混凝土绝热温升
Th=（Mc+K×F）Q/C×p
式中Mc、F为水泥和掺合料用量，本工程分别为410kg/m3、61kg/m3；K为掺合料折减系数取15%；水泥28d，水化热Q为375kg/m3；混凝土水化热C取0.96；混凝土密度ρ取2400kg/m3。
则Th=68.2℃
5.2混凝土收缩变形值
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式中：εy0取3.24×10-4；e为2.718；b取0.01；t为21d；M1、M2、M3、……Mn只考虑水灰比，养护时间和环境湿度影响，取M4=1.147，M6=0.93，M7=0.7
则εy（21）=0.46×10-4
5.3混凝土收缩当量温差（℃）
Ty=εy（21）/α
式中：εy（21）=0.46×10-4；混凝土线膨胀系数α取1.0×10-5
则Ty=4.6℃
5.4混凝土弹性模量
E（t）=Ec（1-e-0.09t）
式中E（t）取21d，混凝土弹性模量Ec取3.35×104则E（21）=2.84×104N/mm
5.5混凝土的最大综合温差
ΔT=T0+2/3Th+Ty-Tq
式中：本工程T0取20℃；各龄期大气平均温度Tq取15℃
计算得ΔT=20+2/3×68.2+4.6-15=55.1℃
5.6混凝土降温收缩应力
σ（21）=-E（21）αΔT/（1-uc）×S（t）R
式中：混凝土泊松比为0.2，徐变松弛系数S（t）取0.3：混凝土外约束系数R取0.32。
则降温收缩应力：σ（21）=1.878>0.75ft=0.75×1.8=1.35N/mm
结论：混凝土入模21d温度收缩应力为1.878N/mm>0.75ft=1.35N/mm
说明养护期间混凝土可能出现裂缝，故应采取降低综合温差，防止出现裂缝。规范规定，设计无具体要求时，大体积混凝土内外温差不宜超过25℃。
六、结束语：通过优化混凝土配合比，加强混凝土养生等温控措施，可以有效降低了大体积混凝土内部温升和内外温差，防止结构出现温度裂缝。
参考文献：
[1]张秋信，于水.高强大体积混凝土施工控制[J].公路，2004（9）
[2]吴文武， 瞿明等.阳逻长江大桥大体积混凝土温升有限元分析[J].武汉理工大学学报，2006（4）
[3]赵文觉，赵维汉.大体积混凝土水化热的控制方法及效果[J].公路，2007（2）