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摘要:温度裂缝是大体积混凝土施工中的常见质量通病，它会影响到混凝土结构的安全和性能，因此，加强对大体积混凝土施工温度裂缝的控制具有重要意义。本文结合飞来峡水利枢纽工程，就大体积混凝土施工温度裂缝的影响因素进行了阐述，并采取了相应的温度裂缝控制措施，取得了较好的效果，为了类似工程的施工提供指导。
关键词:大体积混凝土；温度裂缝；影响因素；控制；养护
中图分类号：TV543文献标识码： A 文章编号：
随着建筑施工技术的不断发展，大体积混凝土在现代建筑工程中已得到广泛应用。但是与很多混凝土工程一样，温度裂缝始终是施工中难以解决的质量通病。这是因为大体积混凝土硬化期间水泥水化过程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，变化受到约束，当约束应力或约束变形超过混凝土的抗拉强度或极限拉伸时，导致混凝土产生温度裂缝。因此，在大体积施工中如何控制混凝土浇筑块体因水化热引起的温升、混凝土浇筑块体的内外温差及降温速度而出现有害的温度裂缝是保证工程质量的首要问题。
1 工程概况
飞来峡水利枢纽位于中国广东省清远市东北约40公里的北江河段上，是广东省目前最大的综合性水利枢纽工程。它主要以防洪为主，同时兼有发电、航运、供水和改善生态环境等作用，是北江流域综合治理的关键工程。该枢纽工程由厂房坝段、溢流坝段、船闸、土坝和副坝组成，主坝总长2358m，其中溢流坝段为重力坝，最大坝高52.3m，坝长285m。电站装机14万kW，水库总库容19亿m3。其中进出口渐变段水平投影长135m、进出口闸室水平投影长39m、倒虹吸管身水平投影长80m，倒虹吸管身横向共4孔，分为2联，1联2孔。采用箱形钢筋混凝土结构，为大体积混凝土，1联结构断面如图1所示。
图1 倒虹吸结构1联断面示意图
2 产生温度裂缝的影响因素
大体积混凝土贯穿性或深进性的裂缝，主要是由于平均温差和收缩差引起的温度应力而造成的。一般情况下，现浇大体积混凝土在升温阶段出现裂缝的可能性较小；在降温阶段，因内部温度慢慢要与外界气温相平衡，从表面开始慢慢深入到内部，当温度收缩变形受到外部边界条件约束时，将引起较大的温度应力，若拉应力超过混凝土的抗拉强度，即产生裂缝。
3 混凝土原材料及其配合比设计
3.1 水泥
为降低大体积混凝土的水化热，减少水泥用量，尽量选择低水化热或中水化热、凝结时间长的水泥，同时比表面积不要过大，避免使用高强或早强水泥。该工程所选水泥为P.O42.5低碱普通硅酸盐水泥，根据试验结果，该水泥的比表面积、凝结时间、安定性和胶砂强度均符合水工混凝土施工规范的要求。
3.2 骨料
对于大体积混凝土而言，应优先考虑使用破碎骨料，含泥量不要超过1%，且尽量选用粒径较大、级配良好的粗骨料，可保證混凝土较好的和易性和较高的抗压强度，同时可减少水泥浆的用量，从而使水泥水化热减少，降低混凝土温升。该工程所选用的粗骨料为粒径5～40mm的碎石，含泥量为0.3%左右，级配良好，针片状颗粒较少。选择的细骨料为机制砂，能够减小混凝土的收缩，细度模数为2.4～2.8，石粉含量和泥块含量满足规范的要求。
3.3 掺合料
掺粉煤灰能减少水泥用量并有效降低水化热，不影响混凝土后期强度。优质粉煤灰的需水量小，可降低混凝土单方用水量和水泥用量，还可减少混凝土自身体积收缩，利于防裂；同时还可改善混凝土的和易性，增强混凝土的工作性能。该工程所用粉煤灰性能:45μm筛细度为14.6%，烧失量4.3%，需水量比98.6%，三氧化硫含量0.65%，含水率0.3%。
3.4 外加剂
为了减少水泥用量，降低水灰比，减小混凝土的水化热，改善混凝土的和易性，并提高混凝土的抗冻、抗渗性能，在混凝土中掺入一定量的DH13羧酸系高性能减水剂(HPWR)和DH9引气剂(AE)。
3.5 混凝土配合比
在保证混凝土具有良好工作性能的情况下，应尽可能降低混凝土的单位用水量，采用“三低(低砂率、低坍落度、低水胶比)、二掺(掺高性能减水剂和高性能引气剂)、一高(高粉煤灰掺量)”的设计原则，采用“双掺”(掺外加剂和掺粉煤灰)技术，生产出高强、高韧性、高极限拉伸值和低热的抗裂混凝土。该工程根据混凝土设计强度等级，在对混凝土原材料进行优选的基础上，经多组对比试验，确定的配合比见表1。
表1混凝土配合比
4 混凝土入仓温度控制
混凝土的温度升降速度及内外温差对混凝土的开裂有较大影响，因此做好施工过程中的温度控制至关重要。
4.1 出机口温度
混凝土的出机口温度取决于混凝土的原材料温度，因此，要严格控制原材料的温度。该工程浇筑过程中原材料温度和混凝土温度控制见表2。
表2 不同气温下采取措施与混凝土出机口温度℃
一般情况下，砂石骨料的温度应每隔4h检测1次。在空气温度较高时应加密测试，并采取措施控制砂石骨料的温度，比如采用地下井水为拌和用水，并在拌合用水的水池中加冰块降温，并延长混凝土搅拌时间，使其不少于90s。砂、石骨料堆高不宜低于6m，并应搭设遮阳棚，必要时应提前1d对石子用水喷淋降温，砂子宜采用风冷降温，采用喷水降温时，应及时检测骨料含水率并从用水量中扣除。水泥和粉煤灰的温度也不宜过高。一方面要求在大体积混凝土开盘之前，搅拌站必须提前将水泥和粉煤灰料仓储满；另一方面对后续入场的每一车水泥和粉煤灰应由试验人员进行温度检测，控制水泥和粉煤灰入场温度不大于50℃方可入罐，既起到降低胶凝材料温度的作用，同时也避免由于水泥温度过高，造成混凝土假凝现象。
4.2 入仓温度
1)采取措施降低运输过程中混凝土温度回升，混凝土运输车辆采用保温措施，搭设活动遮阳蓬，以减少混凝土温度回升。必要时，混凝土运输车辆用水冲洗降温。
2)合理安排开仓时间，宜尽量安排在早晚和夜间施工，以避开白天高温时段浇筑混凝土。
3)合理安排施工工序，尽量缩短各工序时间，加快混凝土入仓速度和仓面收浆速度。确保混凝土浇筑温度不大于28℃。
4.3 运输和入仓速度
为在浇筑过程中加快运输和入仓速度，采用3个罐车运输，并采用1个皮带机和2个吊车罐入仓，减少待罐时间，保证了混凝土的浇筑速度，减少了混凝土在运输和浇筑过程中的温度回升。
5 混凝土浇筑质量控制
5.1 浇筑方法
根据试验结果，混凝土现场初凝时间在6h左右，因此必须控制每层混凝土在5h入模完毕。本工程管身段底板厚度为1.3m，为防止混凝土出现冷缝，分3层浇筑，浇筑分层自下向上依次为:0.40，0.45，0.45m。采用台阶法进行浇筑，沿平行于建筑物轴线方向进行浇筑。由于皮带机较长，计划从皮带机的远端向近端铺料，每段分3层向前推进，并形成明显的台阶，台阶宽度在0.40～0.45m之间，为加快入仓速度，防止混凝土初凝，采用2个吊罐辅助入仓。
5.2 浇筑施工要点
1)严格控制第2层和第3层的混凝土摊铺长度，斜坡分层处振捣要密实，不得漏振，但也不可过振。
2)以最快的速度覆盖上层混凝土，最大限度缩短混凝土面暴露的时间。
3)浇筑中如因机械故障和停电等而中止浇筑时，要做好停仓准备，必须在混凝土初凝之前，把接头处特别是钢筋附近的混凝土振捣密实。但要注意避免振动模板及碰撞钢筋、预埋件等。
关键词:大体积混凝土；温度裂缝；影响因素；控制；养护
中图分类号：TV543文献标识码： A 文章编号：
随着建筑施工技术的不断发展，大体积混凝土在现代建筑工程中已得到广泛应用。但是与很多混凝土工程一样，温度裂缝始终是施工中难以解决的质量通病。这是因为大体积混凝土硬化期间水泥水化过程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，变化受到约束，当约束应力或约束变形超过混凝土的抗拉强度或极限拉伸时，导致混凝土产生温度裂缝。因此，在大体积施工中如何控制混凝土浇筑块体因水化热引起的温升、混凝土浇筑块体的内外温差及降温速度而出现有害的温度裂缝是保证工程质量的首要问题。
1 工程概况
飞来峡水利枢纽位于中国广东省清远市东北约40公里的北江河段上，是广东省目前最大的综合性水利枢纽工程。它主要以防洪为主，同时兼有发电、航运、供水和改善生态环境等作用，是北江流域综合治理的关键工程。该枢纽工程由厂房坝段、溢流坝段、船闸、土坝和副坝组成，主坝总长2358m，其中溢流坝段为重力坝，最大坝高52.3m，坝长285m。电站装机14万kW，水库总库容19亿m3。其中进出口渐变段水平投影长135m、进出口闸室水平投影长39m、倒虹吸管身水平投影长80m，倒虹吸管身横向共4孔，分为2联，1联2孔。采用箱形钢筋混凝土结构，为大体积混凝土，1联结构断面如图1所示。
图1 倒虹吸结构1联断面示意图
2 产生温度裂缝的影响因素
大体积混凝土贯穿性或深进性的裂缝，主要是由于平均温差和收缩差引起的温度应力而造成的。一般情况下，现浇大体积混凝土在升温阶段出现裂缝的可能性较小；在降温阶段，因内部温度慢慢要与外界气温相平衡，从表面开始慢慢深入到内部，当温度收缩变形受到外部边界条件约束时，将引起较大的温度应力，若拉应力超过混凝土的抗拉强度，即产生裂缝。
3 混凝土原材料及其配合比设计
3.1 水泥
为降低大体积混凝土的水化热，减少水泥用量，尽量选择低水化热或中水化热、凝结时间长的水泥，同时比表面积不要过大，避免使用高强或早强水泥。该工程所选水泥为P.O42.5低碱普通硅酸盐水泥，根据试验结果，该水泥的比表面积、凝结时间、安定性和胶砂强度均符合水工混凝土施工规范的要求。
3.2 骨料
对于大体积混凝土而言，应优先考虑使用破碎骨料，含泥量不要超过1%，且尽量选用粒径较大、级配良好的粗骨料，可保證混凝土较好的和易性和较高的抗压强度，同时可减少水泥浆的用量，从而使水泥水化热减少，降低混凝土温升。该工程所选用的粗骨料为粒径5～40mm的碎石，含泥量为0.3%左右，级配良好，针片状颗粒较少。选择的细骨料为机制砂，能够减小混凝土的收缩，细度模数为2.4～2.8，石粉含量和泥块含量满足规范的要求。
3.3 掺合料
掺粉煤灰能减少水泥用量并有效降低水化热，不影响混凝土后期强度。优质粉煤灰的需水量小，可降低混凝土单方用水量和水泥用量，还可减少混凝土自身体积收缩，利于防裂；同时还可改善混凝土的和易性，增强混凝土的工作性能。该工程所用粉煤灰性能:45μm筛细度为14.6%，烧失量4.3%，需水量比98.6%，三氧化硫含量0.65%，含水率0.3%。
3.4 外加剂
为了减少水泥用量，降低水灰比，减小混凝土的水化热，改善混凝土的和易性，并提高混凝土的抗冻、抗渗性能，在混凝土中掺入一定量的DH13羧酸系高性能减水剂(HPWR)和DH9引气剂(AE)。
3.5 混凝土配合比
在保证混凝土具有良好工作性能的情况下，应尽可能降低混凝土的单位用水量，采用“三低(低砂率、低坍落度、低水胶比)、二掺(掺高性能减水剂和高性能引气剂)、一高(高粉煤灰掺量)”的设计原则，采用“双掺”(掺外加剂和掺粉煤灰)技术，生产出高强、高韧性、高极限拉伸值和低热的抗裂混凝土。该工程根据混凝土设计强度等级，在对混凝土原材料进行优选的基础上，经多组对比试验，确定的配合比见表1。
表1混凝土配合比
4 混凝土入仓温度控制
混凝土的温度升降速度及内外温差对混凝土的开裂有较大影响，因此做好施工过程中的温度控制至关重要。
4.1 出机口温度
混凝土的出机口温度取决于混凝土的原材料温度，因此，要严格控制原材料的温度。该工程浇筑过程中原材料温度和混凝土温度控制见表2。
表2 不同气温下采取措施与混凝土出机口温度℃
一般情况下，砂石骨料的温度应每隔4h检测1次。在空气温度较高时应加密测试，并采取措施控制砂石骨料的温度，比如采用地下井水为拌和用水，并在拌合用水的水池中加冰块降温，并延长混凝土搅拌时间，使其不少于90s。砂、石骨料堆高不宜低于6m，并应搭设遮阳棚，必要时应提前1d对石子用水喷淋降温，砂子宜采用风冷降温，采用喷水降温时，应及时检测骨料含水率并从用水量中扣除。水泥和粉煤灰的温度也不宜过高。一方面要求在大体积混凝土开盘之前，搅拌站必须提前将水泥和粉煤灰料仓储满；另一方面对后续入场的每一车水泥和粉煤灰应由试验人员进行温度检测，控制水泥和粉煤灰入场温度不大于50℃方可入罐，既起到降低胶凝材料温度的作用，同时也避免由于水泥温度过高，造成混凝土假凝现象。
4.2 入仓温度
1)采取措施降低运输过程中混凝土温度回升，混凝土运输车辆采用保温措施，搭设活动遮阳蓬，以减少混凝土温度回升。必要时，混凝土运输车辆用水冲洗降温。
2)合理安排开仓时间，宜尽量安排在早晚和夜间施工，以避开白天高温时段浇筑混凝土。
3)合理安排施工工序，尽量缩短各工序时间，加快混凝土入仓速度和仓面收浆速度。确保混凝土浇筑温度不大于28℃。
4.3 运输和入仓速度
为在浇筑过程中加快运输和入仓速度，采用3个罐车运输，并采用1个皮带机和2个吊车罐入仓，减少待罐时间，保证了混凝土的浇筑速度，减少了混凝土在运输和浇筑过程中的温度回升。
5 混凝土浇筑质量控制
5.1 浇筑方法
根据试验结果，混凝土现场初凝时间在6h左右，因此必须控制每层混凝土在5h入模完毕。本工程管身段底板厚度为1.3m，为防止混凝土出现冷缝，分3层浇筑，浇筑分层自下向上依次为:0.40，0.45，0.45m。采用台阶法进行浇筑，沿平行于建筑物轴线方向进行浇筑。由于皮带机较长，计划从皮带机的远端向近端铺料，每段分3层向前推进，并形成明显的台阶，台阶宽度在0.40～0.45m之间，为加快入仓速度，防止混凝土初凝，采用2个吊罐辅助入仓。
5.2 浇筑施工要点
1)严格控制第2层和第3层的混凝土摊铺长度，斜坡分层处振捣要密实，不得漏振，但也不可过振。
2)以最快的速度覆盖上层混凝土，最大限度缩短混凝土面暴露的时间。
3)浇筑中如因机械故障和停电等而中止浇筑时，要做好停仓准备，必须在混凝土初凝之前，把接头处特别是钢筋附近的混凝土振捣密实。但要注意避免振动模板及碰撞钢筋、预埋件等。