摘要：编者结合十多年来的工作经验，以大体积砼出现温度裂缝的原因出发，从原材料、配合比、砼的拌制、施工工艺、温度控制、养护等方面探讨了大体积砼施工的温控和防裂，对同仁们具有重要的参考意义。
关键词：大体积砼 温度控制 防裂措施
中图分类号：C35 文献标识码： A
随着国民经济和建筑技术的飞速发展，大型的构筑物或技术设施不断增多，而砼结构以其价廉物美、施工方便、承载力大、可装饰性强的特点，受到普遍应用，于是大体积砼逐渐成为大型设施或构筑物主体的重要组成部分，如高层楼房基础、大型设备基础、水利水坝、大型桥梁的承台、墩台身、塔座、塔身、锚碇等。我国《大体积砼施工规范》GB50496-2009里规定：砼结构物最小几何尺寸不小于1m的大体量砼，或预计会因砼中的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砼称之为大体积砼。它主要特点是体积大，表面系数比较小，水泥水化热释放比较集中，内部升温比较快。砼内外温差比较大时，会使砼产生温度裂缝，严重影响结构安全与使用。美国砼学会（ACI）也有规定“任何就地浇筑的大体积砼，其尺寸之大，必须要求解决水化热及随之引起的体积变形问题，以最大减少开裂”。所以我们就要从根本上分析它，采取有效措施防止大体积砼的开裂，来保证施工质量。
1、施工中大体积砼温度裂缝产生的原因
1.1水泥的水化热造成内表温差过大
水泥在水化反应是放热反应，此时会释放出大量的热，而大体积砼结构断面较厚，表面系数相对较小，所以水泥水化产生的热量聚集在砼内部不易散失，以至于越积越高；而砼表面直接与空气接触，散热较好，表面温度上升较小，这样就形成了较大的温度梯度，引起较大的表面拉应力而超过砼极限抗拉强度而产生表面裂纹。一般来说，内部和表面温差小于25℃时，其所产生的温度应力将会小于砼本身的抗拉强度，不会造成砼的开裂。当差值大于25℃时，其所产生的温度应力有可能大于砼本身的抗拉强度，造成砼的开裂。这也是各种专业结构施工规范中常常规定内表温差不超过25℃的原因。
砼拌和物是由多种材料组成的混合物，含有大量的空隙、粗孔与毛细孔，空隙中存在很多水分，而水的活动会影响到砼的一系列性质，这种由于湿度而引起的变形，与砼的收缩与裂纹的产生存在较大的关系。砼的收缩主要包括干燥收缩、自身收缩、塑性收缩、碳化收缩等几种形式。
砼硬化时，在干燥的环境下，砼内部的水分不断向外散失，引起砼由外向内的干缩变形裂缝。
砼硬化过程中由于化学作用引起的收缩，是化学结合水与水泥的化合结果，也称为硬化收缩，这种收缩与外界湿度变化无关。自生收缩可能是正的变形，也可能是负的变形（膨胀）。
砼在浇注后4-15h左右，水泥水化反应激烈，分子链逐渐形成，出现泌水和水份急剧蒸发现象，引起失水收缩变形，是在砼初凝过程中发生的收缩。此时骨料与胶合料之间也产生不均匀的沉缩变形，都发生砼终凝前，即塑性阶段，故称为塑性收缩。收缩量级可达1%左右，因此大体积砼经常在浇筑4-15h内，表面上养护不良的部位出现龟裂，裂缝无规则、既宽且密。由于沉降作用，这些裂纹往往沿钢筋分布。
水灰比过大，水泥用量大，外加剂保水性差，粗骨料少，用水量大，振捣不良，环境气温高，表面失水大（养护不良及用水砧模）等都能导致塑性收缩表面开裂。
大气中的二氧化碳与水泥的水物发生化学反应引起的收缩变形为碳化收缩。
1.3外界气温变化引起的开裂
大体积砼施工期间，外界气温的变化对大体积砼的开裂有重大影响。砼内部温度是由浇注温度、水化热的绝热温度和砼的散热温度三者的叠加。外界温度越高，砼的浇筑温度也越高。外界温度下降，尤其是骤降，大大增加砼内部与表层的温度梯度，产生温差应力，造成大体积砼出现裂纹。
2、防止裂缝的措施
综合以上原因分析，得出砼裂缝产生主要由温差与收缩引起。所以我们就要以最大限度的降低温差和减少砼的收缩入手，从原材料、配合比、砼的拌制、施工工艺、温度控制、养护等方面探讨大体积砼施工的温控和防裂。具体措施如下：
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1、优选原材料
2.1.1水泥
严禁使用早强水泥，要优先选用质量稳定且早期水化热低、凝结时间长的水泥，要求C3A、C3S含量较低、C2S含量相对较高的水泥，要优先选用中热硅酸盐水泥、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。另外在不影响水泥活性的情况下，要尽量使水泥细度减小，减小放热速度。
粗骨料：根据施工条件，尽量采用级配良好、粒径较大、级配良好、含泥量少的优质石子，因为骨料粒径越大，级配越好，孔隙率越小，总表面积越小，每立方米的水泥砂浆量和水泥用量就越小，水化热就随之降低，同时还可以减小砼的收缩和泌水现象，就越有利于防止裂纹发生。
细骨料：采用平均粒径较大、含泥量少的中粗砂，其细度模数宜大于2.3，从而降低砼的干缩，减少水化热量，对砼的裂缝控制有重要作用。
2.1.3掺合料
为了降低水化热，就要尽量减少水泥用量，采用粉煤灰或磨细复合矿粉来单掺或双掺代替部分水泥，是现在常用的方法。这既可以降低水泥用量，减少水化热，且由于粉煤灰的水化反应较慢，就可推迟放热高峰的出现时间；同时掺加粉煤灰也能提高砼的工作性，减少泌水和离析现象，减少孔隙率，改善砂浆与石子界面强度，提高密实性和耐久性，无疑对防止裂缝的发生是非常有益的。
2.1.4外加剂
应采用高效缓凝减水剂。减水剂主要作用是改善砼的和易性，减低水灰比，提高强度或在保证砼强度的情况时减少水泥用量，而水泥用量的减少、水灰比的降低对防止开裂是十分有利的。缓凝剂的作用一是推迟放热高峰出现的时间，而砼强度会随龄期的增长而增大，所以当放热高峰值出现时，砼强度也增大了，从而减少裂缝出现的几率，二是能改善和易性，减少运输过程中的坍落度损失。 2.
2、优化配合比设计。
大体积砼配合比的设计除应符合设计强度、耐久性、抗渗性、体积稳定性等要求外，尚应符合大体积砼施工工艺的要求，并应符合合理使用材料和外加剂、降低砼绝热温升值的原则。优选低热或中热水泥配制砼；选用优质及级配良好的集料；掺加外加剂来改善和易性，降低水灰比，控制坍落度，减少水泥用量，降低水化热。
近年来已经成功采用的高性能砼，就是在采用中低热水泥的基础上，通过掺加粉煤灰、矿渣粉来大幅减少水泥用量，从而对裂缝控制起到了良好的作用。在砼的配合比设计中，减水剂起到了非常重要的作用，外加剂的选择对砼裂缝控制以及耐久性起了关键作用。不同矿物的掺量应根据砼的性能通过试验确定。一般情况下，矿物料掺量不宜小于胶凝材料的20%。
大体积砼配合比还应符合下列规定：拌和物在浇筑面的坍落度不宜大于160mm，拌和水用量不宜大于170kg/m3，粉煤灰掺量应适当增加，但是不宜超过水泥用量的40%；矿粉掺量不宜超过水泥用量的50%，两种掺和物的总量不宜超过砼中水泥重量的50%；水胶比不宜大于0.55。当设计有要求时，可在砼中填放片石（包括经破碎的大漂石）。C30及以下砼的胶凝材料总量不宜高于400kg/m3，C35-C40砼不宜高于450kg/m3，C50及以上不宜高于500kg/m3。
2.3砼的拌制
2.3.1除了使用优质的原材料和外加剂外，拌和过程中要严格计量，确保各项原材料计量误差在允许的范围内；
2.3.2夏季施工时水泥进入搅拌机温度不宜大于40℃，可采用冰水拌和、砂石料场遮阳或喷水降温、运输工具加盖防晒、输送管道全程覆盖撒冷水等措施可以降低拌和物的出机与入模板温度。宜尽可能在棚内或气温较低的晚上或夜间搅拌砼，以保证砼入模板温度满足设计要求。当设计未规定时，砼入模板温度不宜高于30℃。
2.3.3冬季拌和要采用热水拌和、加热骨料等措施提高原材温度，砼入模板温度不宜低于5℃。
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4、大体积砼的浇筑与拆模
2.4.3尽量减少浇筑层厚度，以便加快砼散热速度。当采用泵送砼时，每层浇筑摊铺层厚度不宜大于500mm；当采用非泵送砼时，摊铺层厚度不宜大于300mm。
2.4.4加强砼振捣，提高密实度，增加其本身的抗拉强度，防止过振、漏振，减少收缩，保证施工质量。采取二次投料法，二次振捣法，即在浇筑上层砼前先把振动棒卧倒对初凝前的下层砼均匀振捣一次，立即浇筑砼；在振捣上层砼时，将振动棒再插入下层砼约5cm深振捣，使上下层在砼初凝前结合良好。浇筑达到设计标高后及时排除表面泌水，安排专人找平并进行二次收浆抹面，防止表面出现收缩裂缝。
2.4.5大风天气浇筑砼，在作业面应采取挡风措施，降低表面风速，并增加表面抹压遍数，及时覆盖塑料薄膜和保温材料，保持表面湿润，防止风干。
2.4.7雨天不宜浇筑砼，当需要施工时，应采取有效措施，确保质量。浇筑过程中突遇大雨或大雪天气时，应及时在结构合理部位留置施工缝，尽快中止砼浇筑；对还没有硬化的砼立即进行覆盖，严禁雨水直接冲刷新浇筑的砼。
2.4.8砼的拆模
砼的拆模时间除了要考虑拆模时的砼强度要满足规范要求外，还要考虑拆模时的砼温度（由水化热引起）不能过高，以免砼接触空气时降温过快而开裂，更不能在此时浇注凉水养护。砼内部开始降温前以及砼内部温度最高时不得拆模。一般情况下，内表温差、表面与环境温差大于20℃（截面较为复杂时，温差大于15℃）时不宜拆模。大风或气温急剧变化时不宜拆模。在寒冷季节，若环境温度低于5℃时不宜拆模。在炎热和大风干燥季节，应采取逐段拆模、边拆边盖的拆模工艺。
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5、砼的温度控制
对大体积砼的温度控制，最关键的是要掌握大体积砼的温升与降温的变化规律和将温度应力控制在砼的允许范围内。在测量过程中，随时控制砼内的温度变化，及时调整保温及养护措施，使砼内表温差、表面与大气温差均不超过25℃。
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6、砼的养护
这是大体积砼施工中一项十分关键的工作，主要是保持适宜的温度和湿度条件。做好砼养护，适当延长拆模时间，能有效提高砼强度，较少表面温度梯度；降温时采取保温保湿养护，能使砼缓慢降温，充分发挥砼的徐变松弛效应，消减温度收缩应力，促进强度的正常发展及防止裂缝的产生和发展。
大体积砼除了按照常规的洒水覆盖养生外，还有常用的养护方法是：降温法、保温法、蓄水法。
2.6.2保温法：对于裸露的砼表面和侧面模板周边覆盖保温材料（塑料薄膜、麻袋、土工布等），以免砼内表温差大于规范要求。保温材料的覆盖层数应根据砼的测温结果来确定，同时保证砼内表温差不大于25℃。要注意保温材料有足够的搭接长度，以免水分和温度从搭接处散失。
2.6.3蓄水法：水具有一定的隔热保温效果，可以减缓砼内部的水化热温度的迅速散失，这样可以在指定的日期内控制内表温差，使砼具有较高的抗裂性。
3、结束语
综上所述，影响大体积砼裂缝的主要原因是温度应力，所以我们要以预防为主，了解砼内部的变化规律，合理选择水泥，严格控制水泥用量，适当掺加掺合料和外加剂，优化配比，合理施工，实时监测温差，加强养护，是控制和预防大体积砼开裂的重要手段。
