先杰 上海三航奔腾海洋工程有限公司

大体积混凝土温度裂缝的控制关键在于如何进行温差控制，然而大体积混凝土的温控措施繁多且复杂。本文通过一个工程实例，介绍大体积混凝土温控分析及防裂技术措施。

1.大体积混凝土规范中的定义

在《大体积混凝土施工标准》中规定，“混凝土结构物实体最小尺寸不小于1M的大体量混凝土，或预计会因混凝土中胶凝材料水化引起的温度变化和收缩而导致有害裂缝产生的混凝土”。

2.大体积混凝土温升分析

2.1 水泥水化热分析

大体积混凝土温升的主要因素来自于水化热。工程中常用的方法是通过混凝土绝热温升进行分析。

水泥水化热的速率与周围所处环境的温度有联系。经研究发现，当养护温度高时，水泥水化热效率也随之变大。养护温度的提高不能影响水化放热的总量，但可以促使水泥水化放热时间缩短。水泥水化热和混凝土龄期之间存在的数值关系可用公式（1）表示。

式中，Q(τ)为水泥水化热，kJ/kg；τ为龄期，d；Q0为最终水化热，kJ/kg；n为水泥水化放热量达到1/2时的龄期，d。

2.2 混凝土绝热温升分析

常用的混凝土绝热温升的测点方法是直接法。利用混凝土测温计按照规范要求直接测量其温度。这种测量方法直观简单，测出来的温度可用来绘制绝热温升曲线。从温升曲线上可得知影响绝热温升的因素主要有：混凝土材料类型、配合比和混凝土的浇筑温度。

无法直接测定温度，可以利用经验公式进行推算。用公式（2）表示。

式中，W为混凝土水泥含量；c为混凝土比热容；F为混凝土混合材用量；k为混凝土折减系数。

2.3 混凝土内部最高温度分析

影响混凝土内部温升的最大值、表面温升的最大值、内表温差的主要因素是控制好混凝土的入模温度。入模温度的大小决定了混凝土水化热反应的温度基础值。

用ANSYS软件进行混凝土浇筑的仿真分析，可以模拟出混凝土的浇筑过程。分析混凝土配合比和结构尺寸大小，混凝土入模温度控制在5℃到28℃之间。利用Midas Civil软件建立混凝土实体模型，让混凝土表面进行散热，在散热过程中不采取布置冷水管的措施，保持施工温度在20℃左右。利用浇筑的不同混凝土入模温度来分析混凝土内部及表面的温度变化情况。混凝土不同入模温度与内部温升的关系，详见图1、图2所示。

图2 入模温度-内部最高温曲线

由图1、图2可知，混凝土不同入模温度与混凝土绝热温升的最大值有关，二者基本呈线性关系。由图2可知，混凝土绝热温升越大，入模温度对混凝土结构内部温升的影响程度也随之增大，混凝土入模温度和绝热温升最大值二者呈斜率为1的线性关系。

3.温控技术应用

3.1 工程概况

位于浙江省绍兴市的曹娥江某船闸与航道工程，船闸主体采用坞式结构，基本为大体积混凝土，船闸主体总长223.5m，其中上闸首长度31m，下闸首27.5m，闸室165m，有效宽度23m，上、下游引航道各300m。闸首底板结构底板长31m，宽43m，厚3m，闸室底板结构单段长15m，宽23m，厚2m。设施工宽缝将其分为三段，中板尺寸最大，宽度为16m。

3.2 温控技术措施

为控制大体积混凝土施工质量，防止混凝土开裂，本工程主要从以下几个方面采取措施：

3.2.1 降低水化热温升

做好配合比设计。选用低水化热水泥，通过大掺加粉煤灰掺合料，将粉煤灰的掺量维持在25%～30%，可以减少水泥的使用量。当采用非泵送混凝土时，实验结果显示将坍落度控制在10±20cm，可以降低水泥的用量。同时施工时掺加缓凝剂，减缓混凝土水化热温升，进一步降低混凝土内部最高温度。

3.2.2 降低混凝土入模温度

原材料堆场采用封闭遮盖，以便控制原材料的温度。有条件的用井水加冰拌和，从而降低拌和料的温度。在混凝土运输过程中可以采取遮阳措施防止混凝土温升。

3.2.3 减小混凝土内外温差

大体积混凝土裂缝的主要因素是混凝土内外温度的差值，也就是内外温差。本工程采用塑料薄膜包覆保湿，土工布覆盖保温，彩条布覆盖保湿防水等措施。保温层厚度与层数须经计算确定，通过监测验证，再推广。在冷天施工时，要推迟拆模时间，防止混凝土受冷击，在混凝土拆除模板后要及时养护来控制内外温差。

3.2.4 减小约束应力

为减少约束力可以设置施工缝。施工缝的设置，要满足现行规范要求。对于大体积混凝土施工缝位置要通过温度应力计算来确定。控制间歇期，分层浇筑的间歇期要控制在7天以内。

3.2.5 提高混凝土施工质量

浇筑的分层厚度、浇筑方向及次序的安排，要提前制定好方案，并进行方案论证。确保混凝土施工质量满足要求。提前与商混拌合站沟通确定，保证混凝土供应能力，合理安排混凝土生产，精心组织施工，提高生产管理精细化水平，确保混凝土整体施工质量。

3.3 温控监测

3.3.1 监测方法

大体积混凝土温度监测通过预埋测温探头，持续间断测温，进行温度监测。测温探头呈矩形网格布置，竖向设置3道测温点，底板各面测温点距离混凝土面25cm布置。埋设时用扎丝固定钢筋或架立筋，再调试测温设备，同时浇筑过程中应尽量减少探头附近的振捣。测温线、测温点布置相对位置图可参见图3。

图3 测温线及测温点布置图

3.3.2 监测频率

混凝土浇筑完成后要按规范规定监测。在混凝土浇注后3天内，每2小时测一次。混凝土浇注后第4天到14天之间，每4小时需要测一次，监测不少于20天。当混凝土内外温差小于15℃时，应停止测温。混凝土监测温度变化曲线图如图4所示。

图4 下闸首东边板温度变化曲线图

3.4 温控成果

通过温控措施以及温控监测，监测结果显示，混凝土的内外温差≤25℃，混凝土最高温度≤70℃，且温度下降率≤2℃/d，温控技术措施较好。

保湿保温养护覆盖层拆除后，对大体积混凝土外观质量进行检查，其外观无裂缝，且细小龟裂同样稀少，外观质量较好，该现象表明通过保湿保温养护对大体积混凝土具有良好的防裂效果。

4.小结

本文通过一个工程实例，分析了大体积混凝土结构水化热效应及绝热温升。并提出相应的温控措施，分析了控制混凝土温控质量的措施及温控监测方法。经项目实践证明，大体积混凝土通过减少水化热，并通过保湿保温养护可达到温控效果。