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摘 要：大体积混凝土在工程中应用广泛，但在施工过程中容易产生温度裂缝，给工程质量留下隐患。分析大体积混凝土温度裂缝产生原因，并根据现行工程施工过程中的一些预防措施做出总结，为大体积混凝土施工控制温度裂缝提供可借鉴方法。
关键词：大体积 施工 温度裂缝
中图分类号：TU755 文献标识码：A 文章编号：1007-3973（2013）004-013-02
1 引言
大体积混凝土是混凝土结构物断面最小尺寸不小于1m，或预计会因为水泥水化热引起混凝土内外温差过大而导致裂缝的混凝土。大体积混凝土早在大型工业厂房基础中的独立柱、大桥的桥墩、水利上混凝土重力坝、工业大型设备基础和各种大型烟筒基础等。早在上世纪六七十年美国就已经开始对温度裂缝研究，迄今为止，根据研究得出一些导致温度裂缝产生原因。在分析原因基础上，针对裂缝施工过程采取了很多预防措施，包括：材料选材上控制、施工中浇筑方法控制、各种材料的配合比调整、集料拌和前温度控制、浇筑后水管降温和对大体积混凝土表面保温等，在很大程度上降低了裂缝产生，保证了施工的质量。
2 导致温度裂缝产生因素
产生温度裂缝的原因主要包括内因和外因。内因是材料自身性质和在龄期增长时水泥水化放热；外因是大体积混凝土所处外界条件对自身变形的限制。
2.1 水化热是大体积混凝土产生温度裂缝的主要因素
水泥的水化过程是放热的化学反应过程，反应产生的热量在混凝土体内部向外扩散较慢，形成非线性的温度应力，而反应不断进行，使这种非线性温度应力值超出混凝土体所能承受应力时，产生开裂。一些施工资料表明，施工过程中，受水泥硬化龄期的影响，温度以指数关系升高，在3～5天达到最高温升。根据不同情况水泥水化所引起的温升高从15℃～60℃不等，可使混凝土内部最高温度到达80℃～90℃，造成较大应变值。原因很大程度上是由于材料导热性差，不能将产生热量及时散发。
2.2 受内外环境约束导致
根据约束来源可以分为两种形式：（1）内约束（自约束），是指大体积混凝土内部结构物变形差异导致的互相限制，主要是温度梯度所引起，表现是内部应力分布不均衡，这是内约束的一种形式。混凝土极限抗拉强度小于温度应力时就会引起裂缝。如果大体积混凝土而言在绝热状态下，内部温度将是均匀分布，而水泥水化产生的热量将只会使混凝土内部温度升高，不会产生温度应力；但是大体积混凝土的表面同其他介质接触，会将热量散发，而混凝土内部热量受导热系数小的影响，无法同表面一样散热。随着浇筑后龄期增长，一般3-5天，产热速度大超过混凝土的散热速度，故温度不断积聚；龄期继续增长，水化放热速度慢慢下降，散热大于产热，内部的温度会渐渐降低。但由于混凝土的导热系数小且体积较大，使混凝土体中心温度始终高于边缘温度而无法达到内外同温过程，使得混凝土内部和外部存在温度应力互相制约的关系；（2）外约束，是指结构物受边界所处外界因素的限制，约束结构物产生变形的作用。一般包括支座、地基、基础或其它情况。
3 大体积混凝土温度裂缝预防措施
根据大体积混凝土产生温度裂缝的内外因，可以在施工过程中有针对的采取一些措施，预防出现裂缝。减少损失，提高工程质量。
3.1 优化配合比，减少水泥用量
水泥掺量高，混凝土强度保证率增大，为得到较好的施工质量，一般将添加量增大。但对于大体积混凝土，水泥量大，出现的温度峰值偏高，不利于质量控制。对混凝土配合比实施优化，在保证制品具有要求性能的前提下，减少配合比中水泥的添加量。以降低水泥水化产热量，从根源上预防温度裂缝产生。但配合比变化，使混凝土的性能发生较大的波动，要在严密的试验评价之后才可以实施。
3.2 合理选材
（1）选择低热水泥。水泥需要满足低水化热和抗裂要求，同时为达到设计强度，要有高强度要求。选用水泥品种包括：中热硅酸盐水泥、掺加一定量粉煤灰的硅酸盐水泥和低热矿渣水泥。除基本要求外，为抵抗外部环境破坏，还要具备干缩较小、耐磨性好、抗蚀性和抗冻融性等，所以中热硅酸盐和较高标号的水泥比较适合。
（2）掺加混合材料或外加剂。采用一些具有活性的混合材料，可以起到减少水泥用量的目的，延长放热时间，降低绝热温升值，以减少温度裂缝。混合材料包括粉煤灰、矿渣、烧粘土等。一些外加剂的使用也可以降低绝热升温。
3.3 合理分缝分块浇筑
在施工前的设计阶段，除了考虑到大体积混凝土施工特点外，还应该综合考虑大体积混凝土结构的施工方法，采用增配钢筋和分层浇筑来控制水化热引起的温度裂缝。
分缝分块浇筑，考虑水泥水化产生的升温、控制大体积混凝土的一次浇筑量、合理分层促进热量散发、减少地基约束等方面。跟要慎重对待结构混凝土的结构配筋情况、底面约束情况及施工缝和变形缝的设置位置，分层浇筑如例图1。
3.4 降低混凝土内外温度梯度
方法包括冷却和保温两种。冷却是导出混凝土水化后所释放热量，来降低内部最高温度。这种减小混凝土的内外温度梯度方法是最有效的方法之一。可以采用在混凝土内部按所需分布密度布设冷却管，通过媒介物质将释放热量导出；保温是减小混凝土表面热量散失，以平衡水化过程中混凝土内外温差。采取的方法是在混凝土表面覆盖保温材料。冷却管布置如例图2。
图2 冷却管布置
3.5 降低混凝土的浇筑温度
这种方法简单易行，在工程中使用较广，有预冷骨料、加冰拌和以及冷却拌和水等来降低混合料温度降低石子的温度，拌和用水加冰块等方式。当施工季节气温较高时，为了减少浇筑过程中混凝土温度升高，采取优化施工组织，增加浇筑速度。阳光直射导致的，可以采取避光措施，降低施工环节中温度升高。对于季节不同，在冬季施工时要加以区分。冬季大体积混凝土可以持续施工，需注意冬季施工的防护；在夏季施工时，重点在于控制施工过程中混凝土的吸热。
3.6 合理规划施工前的准备工作并加强施工管理
重视混凝土温度控制方面的准备工作，加强技术层面的管理工作，加强施工管理以提高混凝土的施工建设质量。在混凝土浇筑进度安排上，尽量采用薄层浇筑、均匀上升、一次到顶、短间歇等措施来减小混凝土外暴露面积，避免一次性浇筑大体积混凝土，缩短浇筑时间，加快浇筑速度。
4 结语
随着大体积混凝土温度裂缝预防措施研究的不断深入，会有更多的方法供选择。分析大体积混凝土温度裂缝产生内外因，得出材料性质和水泥水化热的内因同大体积混凝土所处环境影响的外因的结论。然后根据一些大体积混凝土施工过程中对温度裂缝预防措施，总结了各种预防方法。从优化配合比，减少水泥用量、合理选择原材料、分缝分块浇筑、减少内外温度梯度以及合理规划施工前的准备工作并加强施工管理来预防大体积混凝土施工过程中产生温度裂缝问题。
参考文献：
[1]车文峰.大体积混凝土施工防裂措施[J].莆田学院学报，2005，12（2）：72-73.
[2]朱伯芳.大体积混凝土温度应力与温度控制[M].北京：中国电力出版社，1999.
[3]GB50496-2009 大体积混凝土施工规范[S].
关键词：大体积 施工 温度裂缝
中图分类号：TU755 文献标识码：A 文章编号：1007-3973（2013）004-013-02
1 引言
大体积混凝土是混凝土结构物断面最小尺寸不小于1m，或预计会因为水泥水化热引起混凝土内外温差过大而导致裂缝的混凝土。大体积混凝土早在大型工业厂房基础中的独立柱、大桥的桥墩、水利上混凝土重力坝、工业大型设备基础和各种大型烟筒基础等。早在上世纪六七十年美国就已经开始对温度裂缝研究，迄今为止，根据研究得出一些导致温度裂缝产生原因。在分析原因基础上，针对裂缝施工过程采取了很多预防措施，包括：材料选材上控制、施工中浇筑方法控制、各种材料的配合比调整、集料拌和前温度控制、浇筑后水管降温和对大体积混凝土表面保温等，在很大程度上降低了裂缝产生，保证了施工的质量。
2 导致温度裂缝产生因素
产生温度裂缝的原因主要包括内因和外因。内因是材料自身性质和在龄期增长时水泥水化放热；外因是大体积混凝土所处外界条件对自身变形的限制。
2.1 水化热是大体积混凝土产生温度裂缝的主要因素
水泥的水化过程是放热的化学反应过程，反应产生的热量在混凝土体内部向外扩散较慢，形成非线性的温度应力，而反应不断进行，使这种非线性温度应力值超出混凝土体所能承受应力时，产生开裂。一些施工资料表明，施工过程中，受水泥硬化龄期的影响，温度以指数关系升高，在3～5天达到最高温升。根据不同情况水泥水化所引起的温升高从15℃～60℃不等，可使混凝土内部最高温度到达80℃～90℃，造成较大应变值。原因很大程度上是由于材料导热性差，不能将产生热量及时散发。
2.2 受内外环境约束导致
根据约束来源可以分为两种形式：（1）内约束（自约束），是指大体积混凝土内部结构物变形差异导致的互相限制，主要是温度梯度所引起，表现是内部应力分布不均衡，这是内约束的一种形式。混凝土极限抗拉强度小于温度应力时就会引起裂缝。如果大体积混凝土而言在绝热状态下，内部温度将是均匀分布，而水泥水化产生的热量将只会使混凝土内部温度升高，不会产生温度应力；但是大体积混凝土的表面同其他介质接触，会将热量散发，而混凝土内部热量受导热系数小的影响，无法同表面一样散热。随着浇筑后龄期增长，一般3-5天，产热速度大超过混凝土的散热速度，故温度不断积聚；龄期继续增长，水化放热速度慢慢下降，散热大于产热，内部的温度会渐渐降低。但由于混凝土的导热系数小且体积较大，使混凝土体中心温度始终高于边缘温度而无法达到内外同温过程，使得混凝土内部和外部存在温度应力互相制约的关系；（2）外约束，是指结构物受边界所处外界因素的限制，约束结构物产生变形的作用。一般包括支座、地基、基础或其它情况。
3 大体积混凝土温度裂缝预防措施
根据大体积混凝土产生温度裂缝的内外因，可以在施工过程中有针对的采取一些措施，预防出现裂缝。减少损失，提高工程质量。
3.1 优化配合比，减少水泥用量
水泥掺量高，混凝土强度保证率增大，为得到较好的施工质量，一般将添加量增大。但对于大体积混凝土，水泥量大，出现的温度峰值偏高，不利于质量控制。对混凝土配合比实施优化，在保证制品具有要求性能的前提下，减少配合比中水泥的添加量。以降低水泥水化产热量，从根源上预防温度裂缝产生。但配合比变化，使混凝土的性能发生较大的波动，要在严密的试验评价之后才可以实施。
3.2 合理选材
（1）选择低热水泥。水泥需要满足低水化热和抗裂要求，同时为达到设计强度，要有高强度要求。选用水泥品种包括：中热硅酸盐水泥、掺加一定量粉煤灰的硅酸盐水泥和低热矿渣水泥。除基本要求外，为抵抗外部环境破坏，还要具备干缩较小、耐磨性好、抗蚀性和抗冻融性等，所以中热硅酸盐和较高标号的水泥比较适合。
（2）掺加混合材料或外加剂。采用一些具有活性的混合材料，可以起到减少水泥用量的目的，延长放热时间，降低绝热温升值，以减少温度裂缝。混合材料包括粉煤灰、矿渣、烧粘土等。一些外加剂的使用也可以降低绝热升温。
3.3 合理分缝分块浇筑
在施工前的设计阶段，除了考虑到大体积混凝土施工特点外，还应该综合考虑大体积混凝土结构的施工方法，采用增配钢筋和分层浇筑来控制水化热引起的温度裂缝。
分缝分块浇筑，考虑水泥水化产生的升温、控制大体积混凝土的一次浇筑量、合理分层促进热量散发、减少地基约束等方面。跟要慎重对待结构混凝土的结构配筋情况、底面约束情况及施工缝和变形缝的设置位置，分层浇筑如例图1。
3.4 降低混凝土内外温度梯度
方法包括冷却和保温两种。冷却是导出混凝土水化后所释放热量，来降低内部最高温度。这种减小混凝土的内外温度梯度方法是最有效的方法之一。可以采用在混凝土内部按所需分布密度布设冷却管，通过媒介物质将释放热量导出；保温是减小混凝土表面热量散失，以平衡水化过程中混凝土内外温差。采取的方法是在混凝土表面覆盖保温材料。冷却管布置如例图2。
图2 冷却管布置
3.5 降低混凝土的浇筑温度
这种方法简单易行，在工程中使用较广，有预冷骨料、加冰拌和以及冷却拌和水等来降低混合料温度降低石子的温度，拌和用水加冰块等方式。当施工季节气温较高时，为了减少浇筑过程中混凝土温度升高，采取优化施工组织，增加浇筑速度。阳光直射导致的，可以采取避光措施，降低施工环节中温度升高。对于季节不同，在冬季施工时要加以区分。冬季大体积混凝土可以持续施工，需注意冬季施工的防护；在夏季施工时，重点在于控制施工过程中混凝土的吸热。
3.6 合理规划施工前的准备工作并加强施工管理
重视混凝土温度控制方面的准备工作，加强技术层面的管理工作，加强施工管理以提高混凝土的施工建设质量。在混凝土浇筑进度安排上，尽量采用薄层浇筑、均匀上升、一次到顶、短间歇等措施来减小混凝土外暴露面积，避免一次性浇筑大体积混凝土，缩短浇筑时间，加快浇筑速度。
4 结语
随着大体积混凝土温度裂缝预防措施研究的不断深入，会有更多的方法供选择。分析大体积混凝土温度裂缝产生内外因，得出材料性质和水泥水化热的内因同大体积混凝土所处环境影响的外因的结论。然后根据一些大体积混凝土施工过程中对温度裂缝预防措施，总结了各种预防方法。从优化配合比，减少水泥用量、合理选择原材料、分缝分块浇筑、减少内外温度梯度以及合理规划施工前的准备工作并加强施工管理来预防大体积混凝土施工过程中产生温度裂缝问题。
参考文献：
[1]车文峰.大体积混凝土施工防裂措施[J].莆田学院学报，2005，12（2）：72-73.
[2]朱伯芳.大体积混凝土温度应力与温度控制[M].北京：中国电力出版社，1999.
[3]GB50496-2009 大体积混凝土施工规范[S].