浅谈大体积混凝土水化热裂缝的预防措施
广东华路交通科技有限公司 广东省 广州市 510420摘要：浅谈从大体积混凝土的原材料选择—配合比设计—施工与养护过程中采取措施来预防和保证由于混凝土水化热裂缝产生的一般方法。
关键词：大体积混凝土、水化热、裂缝、内表温差。
近几十年来，随着科学技术的发展、工业和国防建设以及人民生活水平不断提高的要求，需要建设许多大型、巨型工程，其中由于大体积混凝土能发挥着承担不同方向荷载的作用特点，便成为这些构筑物不可或缺的组成部分，更是建筑行业的一大亮点。
对于它的定义了解是：依据《公路桥涵施工技术规范》（JTG/T F50—2011）有了明确规定，就是现场浇筑的最小边尺寸大于或等于1m，且必须采取措施以避免因水化热引起的内表温差过大而导致裂缝的混凝土。相比对日本建筑学会标准规定与美国混凝土学会规定，大家的共通点都是在一定的混凝土体积上采取措施减少水化热导致的内部最高温度与外界气温差过大所引起的体积变形及开裂问题。究其可知，其技术难点即是预防和控制有害裂缝的产生。
相信熟悉大体积钢筋混凝土的广大技术人员都知道要想真正掌握这种生产技术，单是从某一方面或者是某一环节着重控制以达到质量目标是不理想的，其要求必须是贯穿整个施工流程一环扣一环的多举措综合控制其质量。
下面我们介绍大体积钢筋混凝土从原材料选择—配合比设计—施工过程中所要注意的几大问题：
一、原材料选择
1. 水泥
水泥是混凝土的胶结材料，其作用和水形成水泥浆，包裹在粗细骨料表面并填充骨料的空隙。水泥浆体在硬化前起润滑作用，使混凝土拌合物具有良好工作性能，硬化后将骨料胶结在一起，形成整体。
在满足强度和耐久性的前提下，水泥应尽量选用水化热低、凝结时间长的水泥，优先采用中热硅酸盐水泥、低热矿渣硅酸盐水泥、大坝水泥、矿渣硅酸盐水泥、粉煤灰硅酸盐水泥、火山灰质硅酸盐水泥等。
所用水泥其 7 天的水化热不宜大于 270kj/kg, 当混凝土有抗渗指标要求时，所用水泥的铝酸三钙（C3A）含量不应大于 8%。宜采用散装水泥，在工地拌合站入罐温度不应大于 60℃，在运输和储存过程中应采用水泥罐储存防止受潮。水泥的检验试验方法符合现行行业标准《公路工程水泥及水泥混凝土试验规程》（JTG E30）的规定。
2、集料
（1）混凝土的主要组成材料，集料在混凝土中既有技术上的作用，又有经济上的意义。它的主要作用是：
a、在经济上，它比水泥便宜的多，作为廉价的填充材料，降低混凝土的成本；
b、在技术上，集料的存在使混凝土比单纯的水泥浆具有更高的体积稳定性和更好的耐久性；
c、集料可以作为调节材料，减少水泥浆的发热、干缩等不良现象。
（2）宜优先采用级配良好的Ⅱ区中砂，质地坚硬，颗粒洁净且粒径小于 4.75mm 的河砂，因为使用中砂比细砂可减少水及水泥的用量。
（3）宜采用质地坚硬、洁净、粒形良好、吸水率小的碎石，级配宜采取改善的连续两级配或连续多级配，不宜采用单粒级或间断级配配制，以减少混凝土收缩变形。粗集料最大粒径宜按混凝土结构情况及施工方法选取，当骨料粒径增大时，其比表面积减小，混凝土的水泥用量也减少，故在满足技术要求的前提下，粗骨料的最大粒径应尽量选大一些，但最大粒径不得超过结构最小边尺寸的 1/4 和钢筋最小净距3/4；在两层或多层密布钢筋结构中，最大粒径不得超过钢筋最小净距的 1/2，同时不得超过 75.0mm。泵送混凝土时的粗集料最大粒径，除应符合上述规定外，对碎石不宜超过输送管径的 1/3。检验试验方法应符合现行行业标准《公路工程集料试验规程》（JTG E42）的规定。
3、水
水在混凝土中的作用就是激发并参加水泥（硅酸钙）的化合反应，符合国家标准的饮用水可直接作为混凝土的拌制和养护用水，其技术要求符合《公路桥涵施工技术规范》（JTG/T F50—2011）有关规定。
4、外加剂
混凝土外加剂是指为改善和调节混凝土的性能而掺加的物质，外加剂讲究的是与水泥、矿物参合料之间应具备良好的相容性。混凝土外加剂市面上主要是萘系、聚羧酸和脂肪族三大类别，工程项目上多采用聚羧酸类。大体积混凝土应掺用可降低混凝土早期水化热的缓凝剂、减水剂， 所采用的外加剂应是经过具备相关资质的检测机构检验并附有检验合格证明的产品，且其质量应符合现行国家标准《混凝土外加剂》（GB8076）的规定。
5、掺合料
混凝土掺合料可节约用水、水泥，提高混凝土工作性、强度、耐久性，调节混凝土强度等级，以达到改善混凝土性能的目的，并可显著降低大体积混凝土早期水化热。
掺合料可分为活性掺合料和非活性掺合料。大体积混凝土应选择产品品质稳定，来料均匀的活性矿物掺合料，因为其本身不硬化或者硬化速度很慢 , 但能与水泥水化生成氧化钙起反应 , 生成具有胶凝能力的水化产物 , 如粉煤灰 , 粒化高炉矿渣粉等。技术要求符合《公路桥涵施工技术规范》（JTG/T F50—2011）有关规定。
以上材料如在热天时储存、堆放过程中应采取适当措施降低温度，如集料场设置简易遮阳棚。
二、配合比设计
根据混凝土施工质量验收规范要求的规定，配合比设计应达到以下要求，○ 1 满足混凝土的强度和各种使用环境下的耐久性要求。○ 2 要使混凝土拌和物有适应施工要求的工作性。○ 3 对某些特殊要求的工程，还应满足抗冻性、抗渗性等要求。○ 4 要节约使用水泥和降低工程成本，以达到要求的技术经济效果。因此必须做好设计和试配工作。
在保证混凝土强度、和易性及坍落度要求的前提下，提高掺合料和粗集料的含量、降低水胶比等措施，减少单方混凝土的水泥用量，以减少水化热。进行配合比设计及质量评定时，可按 60d 龄期的抗压强度控制。
三、施工与养护
大体积混凝土施工前应做好各项施工前准备工作，并与当地气象局，电力局联系，掌握近期情况。
对大体积混凝土的温度要求就是从两方面控制，即是内部温度不大于 75℃，内表温差不大于 25℃ . 要达到这两项指标，除了从上述原材料选择和配合比设计入手外，还应根据环境条件，施工方案和施工工艺等因素进行温控设计和温控监测设计：
1、施工过程中混凝土内部降温法
1．1 浇筑
根据温控设计的要求及浇筑能力可合理进行分层、分块浇筑，此举在于防止水泥水化热集中、过大，产生温度裂缝。分层、分块浇筑可以降低水化热高峰，便于散热。结合界面必须凿毛处理，且前后层块的混凝土温差宜小于 20℃ .
大体积混凝土浇筑时，易使钢筋产生位移，因此浇筑混凝土过程中应随时复核钢筋的位置，并采取措施，以保证位置正确。对混凝土入模温度，一般宜选择在气温较低时入模，但不应低于 5℃，在热期时入模不宜高于 28℃，若高于此温度，可采取搅拌水中加冰块来搅拌，加冰量多少应通过计算、试验来确定。
1.2 预埋冷却水管
在混凝土内部通水降温时，应根据结构物特点遵循先简后易，从上到下，从高到低规则均匀布设水管。冷水从上到下，从底部流出，用冷水导出混凝土内部的热量。
2、养护
大体积混凝土浇筑完毕后，由于水泥水化热作用所放出的热量使混凝土内部的温度不断上升，混凝土表面和内部温差很大，表面与内部混凝土收缩不一致，产生很大的拉应力，而混凝土的早期抗拉强度和弹性模量很低，因此极易出现混凝土的表面裂缝。大体积混凝土的温度控制宜按照“内降外保”的原则养护，减少混凝土内外温差。大体积混凝土浇筑后，必须进行监测，专人检测表面温度与结构中心温度，测温时间不少于 14 天，前 7 天每隔 4 小时测温一次， 后 7 天每隔 8 小时测温一次。
进出口水的温差宜小于或等于 10℃，且水温与内部混凝土的温差宜不大于 20℃，降温速率宜不大于 2℃。测温过程中如发现温差大于 25° C时，立即通过调节进水口水温或在结构外露的混凝土表面以及模板外侧覆盖保温材料（如草袋、锯木、湿砂等），在缓慢的散热过程中，以控制混凝土的内外温差不大于 25℃，使混凝土获得必要的强度。
对混凝土内部采取设置冷却水管通循环水冷却，对混凝土外部采取保温养护的目的是创造条件使水泥充分水化，使砼硬化和采取措施防止砼成型过程中水化热、暴晒、风吹、寒冷等条件出现的不正常收缩、裂纹等破损现象。
结束语：
大体积混凝土开裂问题是在工程建设中带有一定普遍性的技术问题，裂缝一旦形成，特别是基础贯穿裂缝出现在重要结构部位，危害极大，它会降低结构的耐久性，消弱构件的承载力，同时可能危害到建筑物的安全使用。通过以上分析笔者认为在对原材料，以及施工过程中采用合理的方法，从每一个小的细节入手，可以有效的防止裂缝的发生。
