大体积混凝土的温度裂缝控制和防治方法

谢翔

《大体积混凝土施工规范》（GB 50496-2009）中对大体积混凝土给出的释义包含性质与体积两个维度：从体积上来说，大体积混凝土是指结构物实体最小几何尺寸不低于1m的混凝土；从性质上来说，指的是因含有胶凝材料水化引起的收缩和温度变化而造成的有裂缝的混凝土。随着社会经济的快速发展，现代各类建筑工程（如高层建筑、水利工程、大型设备基础等）中运用到大体积混凝土来进行施工的概率越来越高。大体积混凝土的主要特点在于体积大、内部温度升温迅速、水泥水化热释放比较集中，而当其内外温差较大时，很容易引发温度裂缝，这种裂缝轻则影响建筑项目的外观、重则影响其抗渗性能和整体安全，埋下诸多隐患，甚至诱发坍塌事故，造成难以预估的损失。基于此，我们必须慎重分析大体积混凝土温度裂缝生成的原因，并采取有效措施进行合理控制与防治，保证施工质量。

1 温度裂缝产生的原因

因为大型混凝土结构要求整体性，所以通常情况下，施工时一般要求一次性整体浇筑。完成浇筑后，水泥因为水化反应引起水化热，但是因混凝土体积较大，所以其内部与外部的散热率会明显不同（混凝土表面散热较快，但是内部因为水泥水化热不容易发散），进而致使内部与外部产生较大的温度差，表面产生拉应力（混凝土对使混凝土有拉伸趋势的外力的反作用力）。另一方面，浇筑初期混凝土的强度和弹性模量、对水化热急剧升温所引发的变形约束能力都比较低，温度应变能力也不大，但随着混凝土“年龄”的增长，其强度和弹性模量会相应提高，原本较小的温度应变能力会随之增强，会逐渐超过混凝土本有的抗拉强度，造成温度裂缝。

1.1 外界气温变化

大体积混凝土裂缝的产生受制于外界气温的变化。一方面混凝土的浇筑温度与外界气温有直接关系，而浇筑温度本身又影响着混凝土的内部温度；另一方面，大体积混凝土由于不易散热（部分施工项目在进行混凝土浇筑时，其内部温度甚至超过90℃），一旦外界发生降温（特别是骤然降温），会陡然间加剧混凝土的内外温差，且温差越大、温度应力也越大。这时混凝土的内部和外部会分别产生应压力和拉应力，而当应压力超过混凝土自身的抗压强度时，其表面就会产生裂缝。

1.2 内外约束力影响

大体积混凝土一般与地基整体浇筑在一起，因此混凝土的温度变化会因为受到地基的限制而产生外部约束应力。当混凝土刚开始升温时，其所产生的膨胀变形会因约束面的影响，产生一定的压应力，但此时混凝土的弹性模量小，徐变（物体在荷载作用下，随时间增长而增加的变形）和应力松弛反而大，外加与基层链接不够牢固，故而应压力较小；但温度下降时，将产生较大的拉应力——若这种拉应力超过混凝土自身的抗拉强度，则会产生垂直裂缝。多起工程实践证明，在混凝土内外温差小于25℃的情况下，温度裂缝产生的概率就会小很多。

1.3 水泥水化热影响所致

水泥水化热会导致混凝土内部的升温，而由于大体积混凝土本身界面的厚度大，这种热量一旦聚集、便不容易发散，随即引发与外界的巨大温差，从而产生温度裂缝。

除却上述三方面原因外，混凝土收缩变形也有可能诱发裂缝的产生。这是因为其在硬化过程中，受水化作用和水分蒸发因素的影响，体积变小，进而产生干缩、收缩，但结构边界和地基既定的条件促使其并不能自由的移动和收缩，最终产生温度裂缝。

2 大体积混凝土的温度裂缝的控制和防治

根据大体积混凝土的主要特征及温度裂缝生成的原因，裂缝的类型可以划分为微观裂缝（混凝土本身就存在的、肉眼不可见的极小裂缝）和宏观裂缝（肉眼可见）两类。大体积混凝土的施工技术要求颇为严格，尤其要注意混凝土因为水泥化热引发的温度差，为了确保施工进度与质量，工作人员要从材料、技术及养护多个方面，做好充分的准备工作。

2.1 原料控制

大体积混凝土施工过程中加强原料控制，能够实现抑制温差、控制成本，提高水泥表面应压力等多方面作用。更重要的是，其对于因温度等方面原因生成的裂缝，能起到一定的防护和控制作用。

巧用水泥，有效抑制温差。尽可能选择发热量低、初凝（水泥开始失去塑性）时间较长的水泥，因为降低混凝土中的水泥用量、就等于间接降低了水化反应所生成的热量，对于抑制混凝土内部温度的升高、控制温差，提升混凝土硬化后的稳定性具有一定的作用。而为了来保证减少水泥用量后不至于出现混凝土强度、坍落度受损的情况，还可在混凝土中添加一定比例的活性细掺料（如粉煤灰等）来代替水泥，但掺量不能超过30%。

级配良好的粗细骨料，提高混凝土抗压强度。在混凝土浇筑前，要通过实验选择合理的石砂级配，其要符合两方面原则：①满足混凝土的强度；②要严格控制石砂中的含泥量。此外在骨料的选择上，要尽可能选用粒径在5～40mm区间的颗粒；石砂中砂的含量要控制在2%以下，才能保证混凝土拥有较好的抗压强度，并且有力控制水泥和水的使用成本。

适用缓凝剂，推迟温峰。适当加入诸如木质素磺酸钙类的缓凝剂，既有助于延缓水化热的释放速度，还能有效推迟温峰、延长混凝土的凝结时间，对于改善混凝土的和易性，进而减少水泥及水的用量、降低水化热效果显著。

适度使用合成纤维，推动塑性冷缩。可以在混凝土当中掺入一定比例的合成纤维，让其均匀地分散在混凝土内部，从而让混凝土在塑形阶段冷缩及干缩产生的表面在接触到合成纤维后，便可以停止发展。

适用引气剂与减水剂，提高水泥质感。其对于减少大体积混凝土单位胶凝剂和用水量，改善新拌混凝土的质感，提高混凝土耐久、变形、热学及力学的各方面性能具有十分重要的作用。

巧用煤灰，提高混凝土的抗拉强度。大体积混凝土中适度加入煤灰，可以提升混凝土的耐久性、抗渗性，降低胶凝材料的水化热概率、减少收缩，有效提高混凝土的抗拉强度，进而减少新拌混凝土泌水等现象的发生。

墙板混凝土的选择。应选用非泵送混凝土，利用塔吊及人力推车连续进行，以防止施工过程中裂缝的出现。

原料校验。所有拌制大体积混凝土所使用的原料，均需经过严格的检验且合格后方可使用。

2.2 技术控制

大型混凝土在施工过程中自有其流程与实施要点，但若在以下几个方面予以把握，将对裂缝的产生起到很好的控制和防治作用。

夏季降温策略。①在夏季施工时，应提前一周（或更早）将水泥入库降温，并保证存储仓库拥有良好的通风条件；②避免阳光直接照射砂石堆，可以用耐热材料进行覆盖，必要时可直接喷洒冷水；③为了避免浇筑用搅拌机长时间在阳光下照射升温，可为其搭建凉棚；④混凝土浇筑现场一定要用冷水搅拌混凝土。

过程控温技术。①在正式进行混凝土浇筑前，一定要清理基槽内的杂物；②混凝土的浇筑不能连续进行（间歇时间以3～5h为宜）；③严格控制混凝土的入模温度（浇筑时温度不得超过28℃）；④浇筑过程中，要适时投入一定量的毛石（起节约混凝土及吸收热量的双重作用），也可以在浇筑混凝土内部事先埋入冷却管（利用循环的冷水来降温、延缓混凝土内部的升温）。

速度控制策略。一次浇筑的混凝土不宜过厚、过高，针对断面相差较大的工程结构（或剪力墙的洞、口、孔等部位），应采用现浇筑较深的部位，待静止1～2h、混凝土沉降后，再与断面或剪力墙的洞、口、孔等部位所需的混凝土一同浇筑。

过程校验策略。施工现场要对商品混凝土进行严格检查（测定混凝土的温度和坍落度），检验混凝土量是否符合计算值，同时逐车检查混凝土搅拌车，禁止其在施工现场临时加水。出于控制浇筑温度的需要，可以在混凝土搅拌车到达现场等待的间隙，向搅拌罐喷洒一定量的冷水。

工序控制策略。大体积混凝土浇筑过程中，要遵循“同时浇捣、分层推进，一次到位、循序渐进”的原则。从利于散热的视角出发，保证薄层浇捣，并且匀速上升。此外要尽可能扩大浇筑的横截工作面，秉承“分层浇捣、逐步推进”的原则，严格控制振捣的时间及插入的深度，防止过程中出现“漏振”（因多方面原因导致混凝土局部出现表层输送、缺损等状况）现象。

2.3 养护控制

养护也是大体积混凝土施工过程中需要把握的关键点，一方面其要考虑温度及湿度等外在因素，有效控制混凝土的内部及外部温差，确保混凝土的强度能够正常发展、并有效防控温度裂缝的产生；另一方面，结合具体的工程进度、施工周期及施工季节，养护要保证持续性——混凝土拆模后应立即以回填土或覆盖的方式进行保护，在遇到干旱、寒潮等情况时，要及时控制温差、防止干旱、寒冷引发的各种裂缝。

除此之外，养护工作还有这样几个技巧可以掌握：

（1）表层温度控制。大体积混凝土浇筑2h后，使用塑料膜覆盖表层，可以提升混凝土的表面温度（减少内外部的温差）；若在冬季施工，则可以在塑料膜上加一层草垫进行增温保护。

（2）带水养护。大体积混凝土浇筑且终凝（水泥完全失去可塑性）2h后，便要开始带水养护（养护期不得低于14d）。若在夏季施工，可以采用积“水养护法”，也就是通过在混凝土的表面用砖砌垒潜水池，放入300mm深的水——这样一种方式来达到养护和保护的双重目的。

3 结论

大体积混凝土在具体项目工程施工过程中，其原料的选择、技术的运用和养护措施的采纳都与后续的机构性能及项目质量有着重要关系。倘若不能洞悉大体积混凝土温度裂缝产生的原因并及时破解，其后续的施工质量就难以得到最为充分的保证。多起项目实践及诸多成功的工程案例充分表明，温度裂缝虽然容易产生，但也可以通过多种渠道进行预防，施工人员需要在具体操作中，做好记录、适时检验，以便为日后的其它项目工程积累宝贵的经验。

[1]丁朝辉.建筑大体积混凝土温度裂缝控制研究[J].门窗，2018（1）：52.

[2]谢景新.大体积混凝土水化热温控技术探讨[J].福建建材，2018（1）：25～28.

[3]彭家伟.设备技术大体积混凝土温度裂缝控制研究[J].石化技术，2017，24（03）：245～246.

[4]邓素琼.浅谈大体积混凝土施工中温度裂缝的控制[J].四川建筑，2017（06）：199～200.

[5]林鹏，李庆斌，周绍武，胡昱.大体积混凝土通水冷却只能温度控制方法与系统[J].水利学报，2013，44（08）：950～957.