摘要：受国家产业政策调整的影响，我国的化工装置正逐步向大型化集约化发展，产能小能耗高的小型化工装置正逐渐被淘汰，取而代之的是大型化工装置。伴随化工装置的增大我国在工业建筑设计、施工技术等方面都有了飞速的进展，出现了许多崭新的技术课题亟待解决，经常涉及到的大体积砼就是其中之一。由于大体积砼构件具有体积较大、结构厚、钢筋密等特点，因此对施工技术提出了更高的要求，只有高度重视，避免裂缝的产生，才能确保施工质量。鉴于此，本文结合近年来的工程实践对大体积砼的施工及温度裂缝的防治问题进行分析与阐述。
关键词：大体积砼 施工技术 温度裂缝
大体积混凝土在凝结硬化过程释放的水化热会产生较大的温度变化和收缩作用。由此而产生的温度和收缩应力是导致混凝土出现裂缝的主要因素，从而影响混凝土的整体性、防水性和耐水性，成为结构的隐患。
1 、大体积砼温度裂缝的产生原因
大体积砼是指混凝土结构物实体最小几何尺寸不小于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。混凝土是脆性材料，抗压能力较高，抗拉能力较低。抗拉强度仅为抗压强度的1/10左右，极限拉伸也很小。大体积混凝土温度变形受约束时产生的拉应力很容易超过其抗拉强度而产生裂缝。长期的工程实践表明，大体积砼结构在施工中容易产生裂缝，造成大体积砼出现裂缝的因素极其复杂而且是多方面的。主要有以下几个方面：
1.1、砼配合比设计上的问题：水泥用量大会造成砼水化热温升过高，温度急剧变化；水灰比大，灰浆量大，造成砼收缩量过大；原材料性能不良，造成砼本身抗裂能力低。混凝土开始初凝时，内部水泥发生水化反应，放出大量的热。当混凝土内部与表面温差过大时，就会产生温度应力和温度变形。温度应力与温差成正比，温差越大，温度应力也越大。当温度应力超过混凝土的抗拉极限强度时，混凝土表面即产生裂纹。
1.2、砼施工质量上的问题：下料不均匀，振捣不密实；浇筑施工顺序安排不善，砼内部形成冷缝。
1.3、砼养护上的问题：砼表面裸露干燥，风吹日晒，外界的湿度对混凝土的裂缝有很大的影响，外界的湿度降低会加速混凝土的干缩，导致混凝土裂缝的产生。
1.4、结构型式及构造上的问题：几何尺寸大，超长超厚；形状突变处未妥善处理；配筋不合理。
1.5、受约束，产生拉应力，产生裂缝：体积变化受约束会产生内应力。一般指基础或其他外界因素对结构物的约束，构件温度降低，体积收缩，受边界条件约束，产生拉应力。如现在比较常见的剪力墙结构受基础约束明显。
1.6、外界气温变化的影响：大体积混凝土结构在施工期间，外界气温的变化对其裂缝的产生有着很大的影响。混凝土内部的温度是由浇筑温度、水泥水化热的绝对温升和结构的散热温度等各种温度叠加之和组成。浇筑温度与外界气温有着直接关系，外界气温愈高，混凝土的浇筑温度也就会愈高；浇筑完成后外界温度降低则又会增加大体积混凝土的内外温度梯度。如果外界温度的下降过快，会造成很大的温度应力，极其容易引发混凝土的开裂。
1.7、化学收缩：一般水泥因水化产生的体积上的收缩作用是不可避免的，只有改变水泥的矿物组份或掺入膨胀剂等外掺物,改变水泥水化产物,才可能变化学收缩为微膨胀。
在上述众多因素当中。比较突出的问题之一是砼内部由于水泥水化热释放引起砼内部剧烈的温度变化，这也是导致砼开裂的主要原因。由于水泥的水化热释放主要集中在早期，使混凝土在浇筑后短短几天其内部温升就很快上升到最高峰，随后开始降温。混凝土温度的这种变化可能造成两种后果:首先，在混凝土升温期，砼表面散热条件好，热量向大气散发，温度上升较少，而内部则散热少，温度持续上升，这样形成的里表温差会在砼表层产生较大的拉应力。当该拉应力超过砼的抗拉强度时，砼表面将产生裂缝。其次，在砼后期降温过程，由于温度下降引起砼体积收缩变形，这种变形受到地基及结构边界约束时也会产生大的拉应力。当该拉应力超出砼的抗拉强度时，砼将在约束面开裂，严重时甚至形成贯穿性裂缝。大体积砼由于温度变化而产生的裂缝称为温度裂缝。因此，应当针对大体积砼自身的特点，对其温度及温度应力的变化规律、温度裂缝的控制技术等方面开展一系列的研究。
2 、防止大体积砼温度裂缝的施工技术
2.1、 合理选择原材料：合理选择原材料有利于大体积砼裂缝的控制。首先，选择水泥主要考虑抗裂性能好、兼顾低热和高强两方面的要求，一般采用低热矿渣水泥，中热硅酸盐水泥掺入一定量的粉煤灰。当环境水具有硫酸盐侵蚀时，应采用抗硫酸盐水泥。其次，掺用混合材料，适当掺用混合材可降低混凝土的绝热温升、提高混凝土抗裂能力，目前主要是粉煤灰掺得较多。加入外掺料如粉煤灰不仅能替代部分水泥的功能，还能够改善砼的可泵性。第三，掺加缓凝减水剂，在砼中掺加适量的缓凝剂，能够在一定程度上延缓水泥的水化作用，减缓水化热的释放速率。它的作用是推迟热峰出现的时间，同时也降低了温度峰值。一般地，砼浇筑后，水泥水化热释放与砼内部热量向外散发是同时进行的。在初期几天，水化热释放速率很快，它在1~3d内放出的热量是总热量的一半。混凝土内部的最高温度多发生在浇筑后的3~5d内，而散热速率小，因此砼的温度很快上升，接着，水化热释放速率逐渐变缓。水化热释放速率变缓后可以让更多的热量通过界面散失出去，用来升温的热量则大为减少，从而使砼的温度峰值得到削减，出现时间也相应延迟。第四，在浇筑大体积素混凝土时加入适量的毛石，能够吸收大量的热能，并且节约大体积砼的原材料，但是要注意在浇灌过程中，应严格控制毛石块的体积不超过总体积的25%。
2.2 、提高大体积砼施工质量
2.2.1、控制出机温度。对混凝土出机温度影响最大的是骨料及水的温度。为了降低出机温度，其最有效的办法是降低石子的温度。在温度较高的季节施工时，为了防止太阳直接照射，可在砂石堆场上搭设遮阳料篷，必要时也可在使用前冲洗骨料。也可在水中加入冰块，通过降低混凝土拌合用水温度来降低砼的出机温度。
2.2.2、控制混凝土入模温度：为了降低混凝土从搅拌机出料到卸料，泵送和浇灌振捣后的温度，减少结构的内外温差，一般按季节采取措施，如夏季施工时，则应以减少冷量损失，在浇灌混凝土时，采用一个坡度、薄层浇灌、循序推进、一次到顶等措施来缩小混凝土暴露面积以及加快浇灌速度，缩短浇灌时间。在冬季施工时，一般可利用混凝土本身散发的水化热养护自己，并要求在混凝土没有达到允许临界强度以前防止冻害。浇筑时必须严格控制砼的入模温度，混凝土入模温度宜控制在30℃以下；在浇筑砼时可投入适量毛石，以降低水化热并节约砼。浇筑时若外界气温过高，可采用在输送管上加盖草袋并喷冷水的方法。
2.2.3、改进搅拌工艺: 在传统的大体积砼搅拌过程中，水分会与湿润的石子表面直接接触，在砼逐渐成形或静置的过程中，水就会向水泥砂浆和石子的界面集中，最终在石子表面形成水膜层。在砼已经硬化后，由于存在水膜层，就会造成界面的过度层趋向疏松多孔化，减弱了硬化水泥砂浆和石子之间的粘结性，进而成为砼结构中最薄弱的环节，对砼的抗压力及其他物理学性能造成不良影响。改进大体积砼的搅拌方式，能有效提高砼的极限拉伸力，避免砼结构的收缩。即在搅拌的混凝土时，改变以往的投料程序，采取先把水、水泥和砂拌和后，再投放石子进行搅拌的新方法。这种搅拌工艺的主要优点是减少泌水现象，混凝土上下层强度差减少，可有效地防止水分向石子与水泥砂浆面的集中，从而使硬化后的界面过渡层的结构致密、粘结加强。
2.2.4、严格按技术规范施工 ：科学的施工方法既能满足节约施工成本的要求，又有效避免了大体积砼内外的温差问题，极大降低了产生裂缝的可能性，大体积砼浇筑时宜采用循序推进、全面分层、连续浇筑的方法，混凝土浇筑应满足整体连续性的要求，初凝时间按2h 控制，由专人统一指挥布料，避免出现施工冷缝。依据布料顺序分区分层振捣混凝土，并由专人根据布料统一指挥振捣，责任到人，避免混凝土的冷缝和振捣不密实，保证质量，在已浇筑的混凝土暴露面初凝前，覆盖上新浇混凝土，避免出现冷缝，在振捣上一层时，振动棒应插入下一层50～100mm，以消除两层之间的接缝，振动时间不宜过长，防止石子下沉造成混凝土结构不均匀。在浇筑完毕到混凝土初凝之前，粗抹面一次，混凝土接近终凝时，应用木模第二次抹光，消除混凝土表面的龟裂裂纹。
采用二次振捣技术，对提高砼的抗裂性具有重要作用，大量的施工实践表明，对已经完成浇筑但尚未初凝的砼加强二次振捣工作，能有效避免砼由于水平钢筋下部产生的水分及空隙等，以此提高钢筋与砼之间的握裹力，避免由于砼沉降而产生的裂缝，并能以此降低砼内微裂的现象，提高砼的密实度，有效防止裂缝产生。
2.3 、加强混凝土的温度控制和监测工作：首先，为了控制由温差导致的裂缝，大体积砼的浇灌工作应选在一天中气温比较低的时间进行，温度控制是大体积混凝土施工中的一个重要环节，也是防止温度裂缝的关键。而在引起裂缝产生的诸多因素中，混凝土内部水化热不能及时释放造成的构件内部温度应力是一个很主要的因素，为了控制裂缝的产生，这不仅要在混凝土成型之后，对混凝土的内部温度进行监测，而且应在一开始，就对原材料、混凝土拌和，入模和浇筑温度进行系统的实测。在平面上，测温点沿底板纵横方向间距约10m左右布置一点。在垂直方向上，每个测温点沿垂直高度在其表面、中部和板底分别埋没设测温管，垂直高度依次为宜为混凝土外表以内50mm处、混凝土中部、混凝土浇筑体底面上50mm处。每个测温点测温管间距100mm。测温管安装位置要准确，固定牢固。在混凝土温度上升阶段，每2小时测温一次，混凝土温度下降阶段每6小时测温一次。混凝土里表温差不宜大于25度；混凝土降温速率不宜大于2度；混凝土表面与大气温差不宜大于20度。在测温过程中，当发现砼内部温度差超过25℃时，测温人员要及时报告给有关人员根据实际情况及时采取措施加强保温或延缓撤除保温材料时间等来控制温差。测温的办法可以采用先进的测温方法，如有经验也可采用简易测温方法。及时提供信息反映大体积混凝土浇筑块体内温度变化的实际情况及所采取的施工技术措施效果。近年来国内外工程界在大体积砼结构裂缝控制方面，进行了深入的研究，检测设备的开发和使用方面取得了显着的成绩，在大体积水化热产生的温度及温度应力的定性定量分析方面均有明显成果。就我国现状而言，大部分大体积砼工程还采用较为落后的设备，工程中应用较多的是用玻璃管温度计插入预留孔洞直接测量，混凝土浇筑完成后，要在表面和内部进行分别测温，全部测温孔均应编号，并绘制测温孔布置图,用DN20钢管预埋到混凝土体内测温，从上而下3个点，进行上、中、下测温，每100m2设一个测温点，从底板往下深度分别为50mm、1500mm、2950mm，设专人从留出的测温孔内测量砼内部温度，待水化反应完成后，基础内温度正常后，才可停止测温。
用玻璃管温度计插入预留孔洞直接测量监测的效率和准确度都较低，因此在实际工程中，温控方案的制定还仅仅依靠施工技术人员的经验，无法实现信息化施工的目的。而八路温度巡检仪具有读数清晰直观，性能稳定可靠，精度高等特点，可广泛用于温室、大体积混凝土内部等需要多点测温的场所。
温度感应探头及八路温度自动巡检仪
八路温度自动巡回检测仪Gxp—8，可以测量八个通导的温度，在自动巡检状态下：每经过一个通导，停留3秒钟来显示该通导的被测温度值。仪表由二组高亮度红色数码管分别显示被测温度值和所处的通导位置。仪表也可用手动选择通导，此时自动与手动转换开关置于手动位置，按动选点微动开关即可选到需要的通导。仪表由大规模集成电路，LED高亮度红色数码管和PN结温度传感器所组成。
2.4、采用内部冷却降温、外部保温的措施来降低大体积混凝土内外温差，可以预埋冷却水管，用循环水进行人工导热，以降低混凝土的内部温度。在大体积砼砼浇筑收光凝结后,首先覆盖塑料薄膜一层用于保湿,然后在上部铺设5cm厚的棉被，养护用水直接通入薄膜内。在底板基础内布设循环水管，对底板内部采用循环水降温，从而形成表面覆盖、内部循环水降温的综合养护措施。
降温：采用冷却水方案，通过水循环冷却强制降低混凝土水化温度，减少内外温差从而减少温度应力对大体积混凝土造成裂缝。预埋冷却水管原理是通过将温度较低的水注入预埋在混凝土中的循环水管中，通过水的循环流动来降低混凝土内部温度，从而达到减少混凝土内外温差的目的。混凝土浇筑体在入模温度的基础上温升值不宜大于50度；若发现混凝土内部温度过高，应及时采取必要地措施。如加大循环水流量或在循环水内加入冰块，混凝土表面加强覆盖等措施。以下是某大体积设备砼施工采取的循环水降温措施：
冷却用水从现场已施工完的地坑里用一台100mm口径高扬程潜水泵连接消防带及钢管输送到进水口，出水口回水同样办法排至地坑里，利用地坑较大面积进行自然散热。
2.5、加强大体积砼的养护措施 养护是大体积砼施工中一项十分关键的工作，对浇筑后的砼加强养护，使之处于适宜的温湿环境，让水泥得到充分水化，从而提高砼的强度，提高它的抗裂性。浇筑后2h采用塑料膜对表面覆盖，可有效保持砼的表面湿度。若在冬季施工，需在塑料膜上加棉被或棉毡保温。有关研究表明，水泥的水化作用只有在充水的毛细管中才能进行，所以必须防止因蒸发而使毛细管失水。加强养护就是要不断地补充足够的水份，防止砼表面干燥。潮湿养护应当从砼凝结后即开始，一般应持续7－15天为宜。潮湿养护还能有效地减小砼的早期干缩，防止干缩裂缝的产生。养护时要保持适宜的温度和湿度，以便控制砼里表温差，促进砼强度的正常发展及防止砼温度裂缝的产生和发展。大体积砼的养护，不仅要满足强度增长的需要，还应通过人工的温度控制，防止因温度梯度引起砼开裂。在施工现场搭建遮阳蓬，防止烈日爆晒混凝土表面等。拆模后应立即回土或在覆盖保护，同时预防近期骤冷气候影响，以控制内表温差，防止混凝土早期和中期裂缝。
2.6、 对大体积砼裂缝进行修补
大体积砼裂缝不但会影响结构的整体性，还会引起钢筋的锈蚀，加速砼的碳化，降低砼的耐久性和抗疲劳、抗渗能力。因此要积极进行修补。方法主要有：
2.6.1、表面修补：即在裂缝表面涂抹水泥浆、环氧树酯胶泥或在砼表面涂刷油漆、沥青、防水剂等材料，为了防止继续开裂，通常可以采取在裂缝的表面粘贴玻璃纤维布等措施。
2.6.2、嵌缝法：这是裂缝封堵中最常用的一种方法。具体流程为，沿裂缝凿V形槽，在槽中嵌填塑性或刚性防水材料，以达到封闭裂缝的目的。常用的塑性材料有聚氯乙烯胶泥、塑料油膏、丁基橡胶等等：常用的刚性防水材料为聚合物水泥砂浆等。
2.6.3、结构加固法，这种方法的适用范围为：裂缝影响到砼结构的性能，加大砼结构的截面面积、在构件的角部外包型钢、采用预应力法加固、粘贴钢板加固、增设支点加固以及喷射砼补强加固等办法。
由上可见，大体积砼施工的技术十分复杂，为了有效避免裂缝的产生，从设计到施工，包括施工的环境与材料等多方面因素，都应提高注意。应从多方面加强对大体积砼施工的分析，并采取积极的防控措施，以实现综合治理原则，能够从根本上提高建筑工程的质量，保证建筑物使用功能的发挥。
