近年來，隨著國民經濟和建筑技術的發展，建筑規模不斷擴大和各項基礎設施建設的加快，大體積混凝土在工程中得到了廣泛應用。隨之而來的大體積混凝土的裂縫控制問題也越來越引起設計和施工人員的關注。一般當混凝土結構斷面尺寸大于1m時，就稱之為大體積混凝土。導致大體積混凝土開裂的主要因素有水化熱、溫差、混凝土收縮等，其中溫度應力是導致混凝土產生裂縫的主要原因。因此，在大體積混凝土施工中，如何有效的控制好混凝土溫度應力、 防止發生裂縫， 顯得非常重要。本文通過工程實例研究了大體積混凝土裂縫控制的方法及措施。

    1 工程概況

    該工程為天津某項目一期工程研發中心探傷室，設計要求采用商品混凝土，其強度等級為C30，密度不小于2500kg/m3。該項目長17.8m，寬27.0m，高14.5m，混凝土底板厚度1M-1.5M，墻體厚度在-0.20m到+10.36m標高范圍為2400mm和1600mm，在+10.36m到+14.50m標高范圍為1200mm和800mm，柱子為暗柱，頂板厚為1000mm。

    2 原材料選擇及配合比設計

    2.1 原材料選擇

    1）水泥選用金隅水泥股份有限公司（天津振興水泥廠）生產的正通牌普通硅酸鹽42.5型水泥，其特點是外加劑適應性良好，水化熱相對較低。

    2）外加劑選用復合緩凝高效減水劑，具有緩凝減水組分，適當延長混凝土的凝結時間，避免大體積混凝土水化熱過于集中，同時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）骨料選用中砂和鐵礦石，提高混凝土的密度。

    4）BM抗裂膨脹劑為天津豹鳴股份有限公司生產的，其性能穩定，在混凝土強度增長的過程中，產生微膨脹效果抵抗大體積混凝土內部溫升產生應力而造成開裂的傾向。

    5）摻合料為天津海得潤滋股份有限公司生產II級粉煤灰和S95級超細礦粉。

    2.2 配合比設計

    該工程室外平均溫度為-10℃，大體積混凝土設計密度為2400 kg/m3。配合比設計見表1所示。

   表1  配合比設計                        單位：kg/m3

    3 混凝土溫度及應力計算結果

    1、澆筑大體積混凝土溫度計算結果

    1）最大絕熱溫升

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

     式中：Th——混凝土最大絕熱溫升(℃)；

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

           F——混凝土活性摻合料用量(kg/m3)；

           K——摻合料折減系數。粉煤灰取0.25~0.30；

           Q——水泥28d水化熱(kJ/kg)，查表得375

           c——混凝土比熱、取0.97［kJ/(kg·K)］；

           ρ——混凝土密度、取2450(kg/m3)；

    2）混凝土中心計算溫度

    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齡期混凝土中心計算溫度(℃)；

          Tj——混凝土澆筑溫度(℃)；

          ξ（t）——t齡期降溫系數、查表得

    3）混凝土表層（表面下50~100mm處）溫度

    （1）保溫材料厚度

    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——所選保溫材料導熱系數[W/(m·K)]，查表得0.14

          T2——混凝土表面溫度(℃)；

          Tq——施工期大氣平均溫度(℃)；

          λ——混凝土導熱系數，取2.33W/(m·K)；

          Tmax——計算得混凝土最高溫度(℃)；計算時可取T2－Tq＝15~20℃，Tmax＝T2＝20~25℃

         Kb——傳熱系數修正值，取1.3~2.0，

    （2）混凝土表面模板及保溫層的傳熱系數

     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溫層等的傳熱系數[W/(m2·K)]；

           δi——各保溫材料厚度(m)；

           λi——各保溫材料導熱系數[W/(m·K)]；

           βq——空氣層的傳熱系數，取23[W/(m2·K)]。

    （3）混凝土虛厚度

      h'＝k·λ/β=2/3*2.33/12.8= 0.12

     式中：h'——混凝土虛厚度(m)；

           k——折減系數，取2/3；

          λ——混凝土導熱系數，取2.33[W/(m·K)]。

    （4）混凝土計算厚度

      H＝h＋2h'=2.4+0.12*2=2.64 (m)

      式中：H——混凝土計算厚度(m)；

            h——混凝土實際厚度(m)。

    （5）混凝土表層溫度

     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）——混凝土表面溫度(℃)；

          Tq——施工期大氣平均溫度(℃)；

          h'——混凝土虛厚度(m)；

          H——混凝土計算厚度(m)；

          T1（t）——混凝土中心溫度(℃)。

    4）混凝土內平均溫度

    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、澆筑大體積混凝土應力計算結果

    1）大體積混凝土瞬時彈性模量

    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混凝土彈性模量(N/mm2)

    2）混凝土干縮率和收縮當量溫差

    （1）混凝土干縮率

    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——標準狀態下混凝土極限收縮值，取3.24×10-4；

           M1·M2…M10——各修正系數，查表得

    （2）收縮當量溫差

     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——混凝土線膨脹系數，1×10-5(1/`C)。

    3）結構計算溫差

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

    4）各區段拉應力

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

    式中：——i區段平均彈性模量(N/mm2)；

          ——i區段平均應力松弛系數，查表得

          ——i區段平均地基約束系數；不考慮

    5）到指定期混凝土內最大應力

    = 1/(1-0.15)*0.486=0.57

    式中：ν——泊松比，取0.15。

    6）安全系數

    K＝ft/σmax =1.43/0.57= 2.5 ≥1.15

    式中：K——大體積混凝土抗裂安全系數，應≥1.15；

          ft——到指定期混凝土抗拉強度設計值(N/mm2)，查表得1.43。

     由溫度及應力計算結果可知：采用低水化水泥、粉煤灰、礦粉、減水劑及BM膨脹劑制備的混凝土，其澆筑時溫度及應力值均滿足大體積混凝土的要求。 

    4 質量控制措施

    1）混凝土生產過程控制

    （1）由于混凝土骨料密度較大，容易產生離析，因此建議現場施工混凝土入模坍落度為140±20mm；

    （2）在實際生產前，攪拌機組應對計量設備進行零點校核，保證計量的準確；

    （3）摻加BM抗裂膨脹劑混凝土比普通混凝土延長30s，但也不宜過長；

    （4）出廠混凝土進行坍落度和工作性的檢測，合格后方可出廠，并留置相應要求的試件。

    2）混凝土澆筑過程控制

    大體積混凝土施工環節的控制，對混凝土后期質量至關重要。施工單位應嚴格按照國家規范《大體積混凝土施工規范》（GB50496-2009）及其他有關施工規范的要求做好準備工作，此外特別注意以下幾點：

    （1）在施工工程中，因要求混凝土密度較大，為防止混凝土產生離析造成堵管，泵送距離不宜過長；

    （2）大體積混凝土應按照施工組織設計的安排，合理布設循環冷卻水管及測溫孔；

    （3）混凝土搗固必須密實，不能漏震、欠振、也不可過振。振搗時間以混凝土開始泛漿和不冒氣泡為準。振搗時，快插慢拔，振點布置要均勻。在預埋件處，加強振搗，以免振搗不實，振搗時應盡量不觸及模板、鋼筋，以防止其位移、變形；

    3）測溫及養護

    （1）測溫

    測溫時間：一般在混凝土終凝后開始，升溫過程每隔 4h~6h 測量一次，降溫過程每隔 8h 直至混凝土的內、表溫差和外溫差趨于(0～5)℃后結束。嚴格控制混凝土的內、表溫差和外溫差不超過 25℃。

    測溫方法：測溫時按測溫孔編號順序進行，使用測溫儀（溫度計）插入測溫孔進行測溫，仔細讀數，并匯入測溫記錄表，同時將測溫孔用保溫材料堵塞（覆蓋） 好，每次混凝土測溫完畢后，保溫材料要恢復原位并用塑料膠帶纏好防止養護水侵入。

    （2）養護

    大體積混凝土以適當延遲拆模時間為宜，并設專人負責混凝土養護工作，宜采取濕養和水淋相結合的方法。濕養護——松模后從上部淋水，拆模后養護14d；水淋養護——在混凝土澆注拆除模板后，在墻體頂端設置 PVC 管進行間斷性的噴淋，淋水養護至 14d。墻體淋水養護時都應覆蓋吸水性好的材料(土工布)防止混凝土污染。

    5 結論

    通過原材料選擇，優化配合比的設計，以及相應的保障措施，該工程大體積混凝土施工取得了良好的效果。根據該工程的實踐經驗可知，在滿足混凝土設計強度的前提下，從原材料、養護技術和施工工藝入手，堅持以預防為主，采用適宜的技術，在大體積混凝土結構的設計、 混凝土材料的選擇、配合比優化、拌制、運輸、澆筑、保溫養護以及施工過程中溫度應力的監測控制等環節，加強技術措施，能夠有效降低水化熱，減少溫度應力，增強大體積混凝土的抗裂性能，提高混凝土的耐久性能。

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