大體積砼防裂和溫度控制方面問題的知識

　　在建筑施工中常碰到大體積砼，為幫助項目部施工技術人員學習了解大體積砼防裂和溫度控制方面的問題，加強施工技術方面的交流，本人根據(jù)自己的認識所及，參考了一些相關書籍，文章以問答的形式，先提出問題，再用通俗的語言和科學道理解答，問題解答也側重于技術要領和做法，主要從實際出發(fā)，以實用為主，所提出的問題都是實際施工中常碰到的，目的是使項目部施工技術人員既知道大體積應該如何控制質量，又懂得為什么要進行防裂和溫度控制的道理。

　　遇到對大體積砼防裂和溫度控制方面問題不懂的地方，大家可帶著問題翻閱，從中找到答案，增長學識，相信對提高實際工作能力有所幫助。

　　1、大體積砼的定義

　　大體積砼指的是最小斷面尺寸大于1m以上的砼結構，其尺寸已經大到必須采用相應的技術措施妥善處理溫度差值，合理解決溫度應力并控制裂縫開展的砼結構。（該定義摘錄自建筑施工手冊 縮印版第二版 建筑施工手冊第三版編寫組 1999年1月第二版 中國建筑工業(yè)出版社）

　　大體積混凝土與普通混凝土的區(qū)別表面上看是厚度不同，但其實質的區(qū)別是由于混凝土中水泥水化要產生熱量，大體積混凝土內部的熱量不如表面的熱量散失得快，造成內外溫差過大，其所產生的溫度應力可能會使混凝土開裂。因此判斷是否屬于大體積混凝土既要考慮厚度這一因素，又要考慮水泥品種、強度等級、每立方米水泥用量等因素，比較準確的方法是通過計算水泥水化熱所引起的混凝土的溫升值與環(huán)境溫度的差值大小來判別，一般來說，當其差值小于25℃時，其所產生的溫度應力將會小于混凝土本身的抗拉強度，不會造成混凝土的開裂，當差值大于25℃時，其所產生的溫度應力有可能大于混凝土本身的抗拉強度，造成混凝土的開裂，此時就可判定該混凝土屬大體積混凝土。(摘錄自《地下工程防水技術規(guī)范》gb50108-2001)

　　高層建筑的箱形基礎或片筏基礎都有厚度較大的鋼筋砼底板，高層建筑的樁基礎則常有厚大的承臺，這些基礎底板和樁基承臺均屬大體積鋼筋砼結構。還有較常見的一些厚大結構轉換層樓板和大梁也屬大體積鋼筋砼結構。

　　2、大體積砼與普通砼的區(qū)別

　　不能以截面尺寸來簡單判斷是否大體積砼，實際施工中，有些砼厚度達到1ｍ，但也不屬于大體積砼的范疇，有些砼雖然厚度未達到1ｍ，但水化熱卻較大，不按大體積砼的技術標準施工，也會造成結構裂縫。

　　大體積砼與普通砼的區(qū)別表面上看是厚度不同，但其實質的區(qū)別是由于砼中水泥水化要產生熱量，大體積砼內部的熱量不如表面的熱量散失得快，造成內外溫差過大，其所產生的溫度應力可能會使砼開裂。因此判斷是否屬于大體積砼既要考慮厚度這一因素，又要考慮水泥品種、強度等級、每立方米水泥用量等因素，比較準確的方法是通過計算水泥水化熱所引起的砼的溫升值與環(huán)境溫度的差值大小來判別，一般來說，當其差值小于25℃時，其所產生的溫度應力將會小于砼本身的抗拉強度，不會造成砼的開裂，當差值大于25℃時，其所產生的溫度應力在可能大于砼本身的抗拉強度，造成砼的開裂，此時就可判定該砼屬大體積砼，并應按條文中規(guī)定的措施進行施工，以確保砼不致開裂，造成工程滲漏水的隱患。

　　3、大體積砼是否允許有裂縫？

　　大體積砼由于其水化熱產生溫差形成溫差應力，表面裂縫容易產生，這些裂縫對于結構正常使用一般不會有影響。但是，目前工程實踐中普遍采用大體積砼不允許裂縫的標準，導致保養(yǎng)和溫度控制措施復雜，額外費用較大。

　　4、現(xiàn)行規(guī)范規(guī)程中有關大體積砼的條文有哪些及其具體內容？

　　《混凝土結構工程施工質量驗收規(guī)范》gb50204—2002：

　　7.4.7條注：5對大體積混凝土的養(yǎng)護，應根據(jù)氣候條件按施工技術方案采取控溫措施。

　　《高層建筑混凝土結構技術規(guī)程》jgj3—2002中：

　　13.7.11條　基礎大體積混凝土施工應合理選擇混凝土配合比，宜選用水化熱低的水泥、摻入適當?shù)姆勖夯液屯饧觿?、控制水泥用量，并應作好養(yǎng)護和溫度測量。混凝土內部溫度與表面溫度的差值、混凝土外表面和環(huán)境溫度差值均不應超過25℃。

　　《地下工程防水技術規(guī)范》gb50108—2001：

　　4.1.23條　大體積防水混凝土的施工，應采取以下措施：

　　1 在設計許可的情況下，采用混凝土60ｄ強度作為設計強度；

　　2 采用低熱或中熱水泥，摻加粉煤灰、磨細礦渣粉等摻合料；

　　3 摻入減水劑、緩凝劑、膨脹劑等外加劑；

　　4 在炎熱季節(jié)施工時，采取降低原材料溫度、減少混凝土運輸時吸收外界熱量等降溫措施；

　　5 混凝土內部預埋管道，進行水冷散熱；

　　6 采取保溫保濕養(yǎng)護?；炷林行臏囟扰c表面溫度的差值不應大于25℃，混凝土表面溫度與大氣溫度的差值不應大于25℃。養(yǎng)護時間不應少于14ｄ。

　　《混凝土結構工程施工及驗收規(guī)范》gb50204—92（2002年4月1日廢止）：

　　第4.4.17條　大體積混凝土的澆筑應合理分段分層進行，使混凝土沿高度均勻上升；澆筑應在室外氣溫較低時進行，混凝土澆筑溫度不宜超過28℃。

　　注：混凝土澆筑溫度系指混凝土振搗后，在混凝土50㎜～100㎜深處的溫度。

　　第4.5.3條　對大體積混凝土的養(yǎng)護，應根據(jù)氣候條件采取控溫措施，并按需要測定澆筑后的混凝土表面和內部溫度，將溫差控制在設計要求的范圍以內；當設計無具體要求時，溫度不宜超過25℃。

　　5、澆筑溫度問題

　　澆筑溫度是指砼出罐后，經運輸、振搗后的溫度?！痘炷两Y構工程施工及驗收規(guī)范》gb50204—92對澆筑溫度作了規(guī)定：“不宜超過28℃”。此規(guī)定沒有考慮到全國地方差異，例如上海、南京、武漢等我國南方地區(qū)高溫季節(jié)施工大體積砼，若不采取特殊措施是很難達到這一要求的，若采取措施就得花較大的費用。那么澆筑溫度超過28℃是否一定開裂呢？江蘇常州某些工程澆筑溫度達到35℃，由于保溫降溫措施得力，也沒有出現(xiàn)溫差裂縫。南京。上海、武漢等地的某些大體積砼工程澆筑溫度超過28℃，個別工程達到41℃，也沒有出現(xiàn)危害結構安全和影響使用功能問題。因此，在《混凝土結構工程施工質量驗收規(guī)范》gb50204—2002中，對于澆筑溫度無不宜超過28℃的限制。

　　控制澆筑溫度是有好處的，要降低澆筑溫度必須從降低砼出機溫度入手，其目的是降低大體積砼的總溫升值和減小結構的內外溫差。降低砼出機溫度最有效的方法是降低石子的溫度，由于夏季氣溫較高，為防止太陽的直接照射，可要求商品砼供應商在砂、石堆場搭設簡易遮陽裝置，必要時向骨料噴射水霧或使用前作淋水沖洗。在控制砼的澆筑溫度方面，通過計算砼的工程量，做到合理安排施工流程及機械配置，調整澆筑時間為以夜間澆筑為主，少在白天進行，以免因暴曬而影響質量。

　　6、降溫速率問題

　　大體積砼的溫度變化曲線一般如圖所示。先是一個升溫過程，升到最高點后就慢慢降溫，升溫的速度要比降溫的速度大。

　　那么大體積砼何時達到最高點呢？主要決定于配合比、幾何尺寸、現(xiàn)場條件等因素，根據(jù)工程統(tǒng)計，一般的大體積砼澆筑后3～4ｄ出現(xiàn)最高點。

　　國家規(guī)范對于溫度控制有前述規(guī)定，但對于降溫速率未提出明確要求。如大體積砼升溫時內表溫差過大，會造成表面裂縫；那么降溫速率過快，會造成貫穿性冷縮縫，也是絕對不允許的。

　　理論上，任何材料的允許溫差與材料的極限值有關。對于大體積砼而言，如果降溫過快，雖然內表溫差仍然控制在規(guī)范要求之內，但由于砼內部溫差過大，溫差應力達到砼的極限抗拉強度時，理論上就會出現(xiàn)裂縫，而且此裂縫出現(xiàn)在大體積砼的內部，如果相差過大，就會出現(xiàn)貫穿裂縫，影響結構使用，因此，降溫速率的快慢直接關系到大體積砼內部拉應力的發(fā)展。

　　那么，降溫速率到底取多大值呢？理論上要求溫差應力必須小于同一時間的砼抗拉極限強度。目前有的工程采用降溫速率取2～3℃/ｄ，跟蹤后也未見貫穿裂縫，但是對于大多數(shù)施工單位來說，由于沒有全面可靠的數(shù)據(jù)資料，為安全起見仍采用≤1～1.5℃/ｄ。

　　砼養(yǎng)護可遵循降溫速率“前期大后期小”的原則。因養(yǎng)護前期砼處于升溫階段，彈性模量、溫度應力較小，而抗拉強度增長較快，在保證砼表面濕潤的基礎上應盡量少覆蓋，讓其充分散熱，以降低砼的溫度，亦即養(yǎng)護前期砼降溫速率可稍大。養(yǎng)護后期砼處于降溫階段，彈性棋量增加較快，溫度應力較大，應加強保溫，控制降溫速率。

　　7、大體積砼裂縫產生的原因？

　?。?）水泥水化熱

　　水泥在水化過程中要產生大量的熱量，是大體積砼內部熱量的主要來源。由于大體積砼截面厚度大，水化熱聚集在結構內部不易散失，使砼內部的溫度升高。砼內部的最高溫度，大多發(fā)生在澆筑后的3～5ｄ，當砼的內部與表面溫差過大時，就會產生溫度應力和溫度變形。溫度應力與溫差成比，溫差越大，溫度應力也越大。當砼的抗拉強度不足以抵抗該溫度應力時，便開始產生溫度裂縫。這就是大體積砼容易產生裂縫的主要原因。

　　（2）約束條件

　　大體積鋼筋砼與地基澆筑在一起，當早期溫度上升時產生的膨脹變形受到下部地基的約束而形成壓應力。由于砼的彈性模量小，徐變和應力松馳度大，使砼與地基連接不牢固，因而壓應力較小。但當溫度下降時，產生較大的拉應力，若超過砼的抗拉強度，砼就會出現(xiàn)垂直裂縫。

　　（3）外界氣溫變化

　　大體積砼在施工期間，外界氣溫的變化對大體積砼的開裂有重大影響。砼內部溫度是由澆筑溫度、水泥水化熱的絕熱溫度和砼的散熱溫度三者的疊加。外界溫度越高，砼的澆筑溫度也越高。外界溫度下降，尤其是驟降，大大增加外層砼與砼內部的溫度梯度，產生溫差應力，造成大體積砼出現(xiàn)裂縫。因此控制砼表面溫度與外界氣溫溫差，也是防止裂縫的重要一環(huán)。

　　（4）砼的收縮變形

　　砼的拌合水中，只有約20%的水分是水泥水化所必需的，其余80%要被蒸發(fā)。砼中多余水分的蒸發(fā)是引起砼體積收縮的主要原因之一。這種收縮變形不受約束條件的影響，若存在約束，就會產生收縮應力而出現(xiàn)裂縫。

　　8、大體積砼溫度控制的方法？

　　大體積砼養(yǎng)護時的溫度控制一般有兩種方法：一種是降溫法，即在砼澆筑成型后，通過循環(huán)冷卻水降溫，從結構物的內部進行溫度控制；另一種是保溫法，即砼澆筑成型后，通過保溫材料、碘鎢燈或定時噴澆熱水、蓄存熱水等辦法，提高砼表面及四周散熱面的溫度，從結構物的外部進行溫度控制。保溫法基本原理是利用砼的初始溫度加上水泥水化熱的溫升，在緩慢的散熱過程中（通過人為控制），使砼獲得必要的強度。

　　9、大體積砼采用保溫、保濕養(yǎng)護的作用？

　　大體積砼養(yǎng)護主要是保持適宜的溫度和濕度條件。保溫養(yǎng)護作用：1、減少砼表面的熱擴散，減小砼表面的溫度梯度，防止產生表面裂縫。2、延長散熱時間，充分發(fā)揮砼的潛力和材料的松弛特性。使砼的平均總溫差所產生的拉應力小于砼抗拉強度，防止產生貫穿裂縫。保濕養(yǎng)護的作用：1、剛澆筑不久的砼，尚處于凝固硬化階段，水化的速度較快，適宜的潮濕條件可防止砼表面脫水而產生干縮裂縫。2、砼在潮濕條件下，可使水泥的水化作用順利進行，提高砼的極限拉伸強度。

　　防水混凝土的養(yǎng)護是至關重要的。在澆灌后，如混凝土養(yǎng)護不及時，混凝土內水分將迅速蒸發(fā)，使水泥水化不完全。而水分蒸發(fā)造成毛細管網彼此連通，形成滲水通道；同時混凝土收縮增大，出現(xiàn)龜裂，使混凝土抗?jié)B性急劇下降，甚至完全喪失抗?jié)B能力。若養(yǎng)護及時，防水混凝土在潮濕的環(huán)境中或水中硬化，能使混凝土內的游離水分蒸發(fā)緩慢，水泥水化充分，水泥水化生成物堵塞毛細孔隙，因而形成不連通的毛細孔，提高了混凝土的抗?jié)B性。

　　10、砼測溫點的布置、測溫時間頻率、測溫工具的選用

　　為了掌握大體積砼的溫升和降溫的變化規(guī)律，以及各種材料在各種條件下的溫度影響，需要對砼進行溫度監(jiān)測控制。

　?。?）測溫點的布置——必須具有代表性和可比性。沿澆筑的高度，應布置在底部、中部和表面，垂直測點間距一般為500～800㎜；平面則應布置在邊緣與中間，平面測點間距一般為2.5～5m。當使用熱電偶溫度計時，其插入深度可按實際需要和具體情況而定，一般應不小于熱電偶外徑的6～10倍，測溫點的布置，距邊角和表面應大于50㎜。

　　采用預留測溫孔洞方法測溫時，一個測溫孔只能反映一個點的數(shù)據(jù)。不應采取通過沿孔洞高度變動溫度計的方法來測豎孔中不同高度位置的溫度。

　　（2）測溫制度——在砼溫度上升階段每2～4h測一次，溫度下降階段每8h測一次，同時應測大氣溫度。

　　所有測溫孔均應編號，進行砼內部不同深度和表面溫度的測量。

　　測溫工作應由經過培訓、責任心強的專人進行。測溫記錄，應交技術負責人閱簽，并作為對砼施工和質量的控制依據(jù)。

　?。?）測溫工具的選用——為了及時控制砼內外兩個溫差，以及校驗計算值與實測值的差別，隨時掌握砼溫度動態(tài)，宜采用熱電偶或半導體液晶顯示溫度計。采用熱偶測溫時，還應配合普通溫度計，以便進行校驗。

　　在測溫過程中，當發(fā)現(xiàn)溫度差超過25℃時，應及時加強保溫或延緩拆除保溫材料，以防止砼產生溫差應力和裂縫。

　　(摘錄自《高層建筑施工手冊》 主編楊嗣信 中國建筑工業(yè)出版社 1992年12月第一版)

　　11、大體積砼施工時防止裂縫產生的有關技術措施？

　　大體積砼施工時，一是要盡量減少水泥水化熱，推遲放熱高峰出現(xiàn)的時間，如采用60ｄ齡期的砼強度作為設計強度（此點必須征得設計單位的同意），以降低水泥用量；摻粉煤灰可替代部分水泥，既可降低水泥用量，且由于粉煤灰的水化反應較慢，可推遲放熱高峰的出現(xiàn)時間；摻外加劑也可達到減少水泥、水的用量，推遲放熱高峰的出現(xiàn)時間；夏季施工時采用冰水拌和、砂石料場遮陽、砼輸送管道全程覆蓋灑冷水等措施可降低砼的出機和入模溫度。以上這些措施可減少砼硬化過程中的溫度應力值。二是進行保溫保濕養(yǎng)護，養(yǎng)護時間不應少于14ｄ，使砼硬化過程中產生的溫差應力小于砼本身的抗拉強度，從而可避免砼產生貫穿性的有害裂縫。三是采用分層分段法澆筑砼，分層振搗密實以使砼的水化熱能盡快散失。還可采用二次振搗的方法，增加砼的密實度，提高抗裂能力，使上下兩層砼在初凝前結合良好。四是做好測溫工作，隨時控制砼內的溫度變化，及時調整保溫及養(yǎng)護措施，使混凝土中心溫度與表面溫度的差值、混凝土表面與大氣溫度差值均不應超過25℃。

　　12、基礎底板測溫孔測完溫度后如何處理？

　　基礎底板測溫孔測完溫度后，每一孔都是一個薄弱部位，處理不好就很容易從孔處滲漏，因此每一個孔都必須采用堵漏靈或防水寶之類防水材料仔細填實。

　　13、拆除保溫層條件及測溫結束時間？

　　拆除保溫層條件和測溫結束時間：以砼溫度下降，砼中心溫度與表面溫度差小于20℃，且表面溫度與大氣溫度差小于20℃，逐層拆除。

　　測溫的延續(xù)時間與結構的厚度及重要程度有關，對厚度較大（2m以上）和重要工程，測溫延續(xù)時間不宜小于15d，最好積累28d的溫度記錄，以便與試塊強度一起，作為溫度應力分析時參考；對厚度較小和一般工程，測溫延續(xù)時間可為9～12d，測溫時間過短，達不到溫度控制和監(jiān)測的目的。

　　14、關于測溫記錄整理與分析

　　砼測溫記錄必須及時整理，根據(jù)測溫結果，繪制砼時間——溫度變化曲線，提出分析意見或結論，供今后類似工程參考。

　　15、介紹一種大體積混凝土的簡易測溫法

　　摘錄自《鋼筋混凝土工程技術》 《建筑工人》工人雜志編輯部編 1998年8月第一版

　　大體積混凝土的簡易測溫法，只需要采用較簡單的設備，就能直觀地測得混凝土內部溫度，而且精確度高，花費少。具體做法如下：

　　使用φ48的腳手架鋼管或其他無縫鋼管，管壁厚度以2㎜為宜，內徑為30～50㎜。按量取所需長度截斷，其一端用比鋼管外徑大10㎜的圓鋼板焊牢密閉，使其不能滲水，見圖1。

　　焊接好的鋼管呈正三角形，布置于綁扎好的底板鋼筋網架上，并焊牢，再用橡皮套管套于距鋼管底部50㎜處，管兩端用鐵絲扎牢，確保水不能滲入管內。鋼管口用木塊塞好。見圖2、3、4。圖2中a、b、c為鋼管平面布置點，兩點間距為600㎜；圖3中上管底距混凝土板面150㎜，中管底距板底為1／2板厚，下管底距板底面150㎜。

　　混凝土澆筑后，即向鋼管中裝入自來水，每隔一定時間用棒式溫度計伸入管中，即可知該鋼管下部混凝土溫度。將不同深度管中所測溫度相比較，即能得知該處混凝土上下點的溫差。從而能控制混凝土養(yǎng)護溫度，確保底板混凝土工程質量。

　　另附對上述簡易測溫法的補充說明：

　　為保證棒式溫度計的測溫精度，應注意以下幾點：1、測溫管的埋設長度宜比需測點深50～100㎜，測溫管必須加塞，防止外界氣溫影響。2、測溫管內應灌水，灌水深度為100～150㎜；若孔內灌滿水，所測得的溫度接近管全長范圍的平均溫度3、棒式溫度計讀數(shù)時要快，特別在混凝土溫度與氣溫相差較大和用酒精溫度計測溫時更應注意。4、采用預留測溫孔洞方法測溫時，一個測溫孔只能反映一個點的數(shù)據(jù)。不應采取通過沿孔洞高度變動溫度計的方法來測豎孔中不同高度位置的溫度。主要量測2個溫差，一是砼中心與表面的溫差，可通過同一測溫點的2支不同長度測溫管進行量測；二是砼表面與大氣的溫差，可用短的測溫管與空氣中的溫度對比而獲得。要控制以上2個溫差≯25℃，因大氣溫度與砼的中心溫度是無法調節(jié)的，故我們只能通過覆蓋或收起砼表面塑料薄膜來調節(jié)其表面溫度以達到調節(jié)溫差的目的，由于塑料薄膜的保溫效果非常明顯，故要根據(jù)測得的溫度及時進行調節(jié)。

　　16、轉換層的大體積砼施工與基礎大體積砼施工有什么區(qū)別？

　　主要區(qū)別如下：

　　砼收縮的外在約束不同，基礎大體積砼與地坪或墊層連在一起，這樣約束較大（有時可通過柔性分隔相對減少），而轉換層只有柱對它有較少的約束。

　　砼的環(huán)境溫度不同，空中轉換層由于沒有地基的圍護而需解決底模、側模的保溫問題。

　　多數(shù)地下大體積砼為抗?jié)B防水砼，較難采用礦渣水泥，而空中轉換層則不受限制，轉換層還需解決豎向荷載的支撐問題。