上海航环结构件工程有限公司
摘要：本文主要叙述通过对原材料的选择和应用、混凝土配合比优化，选择适宜的施工工艺，重视砼的浇筑养护，对现场混凝土施工工艺进行严格控制，狠抓后期管理。使混凝土外观质量达到优良，对裂缝这个工程中经常出现的通病，进行了有效控制。
关键词：大体积混凝土；温度控制；裂缝原因；防裂措施
1工程概述
长江南京以下12.5米深水航道治理工程福姜沙水道标段的400吨齿形构件高7米，宽6.5米，长8.65米，方量167m3/个，构件实体最小尺寸为1.15米，混凝土强度等级为C30。根据《水运工程混凝土施工规范》（JTS202-2011）中“由于胶凝材料水化等因素导致裂缝，混凝土结构断面的最小尺寸大于或等于1m的混凝土”的术语，该构件混凝土属于大体积混凝土。为此我们按大体积混凝土的要求进行混凝土施工，采取措施防止裂缝的产生。
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图1齿形构件模型 图2齿形构件实体
2 大体积混凝土裂缝产生的原因分析
大体积混凝土结构的裂缝是由多种因素引起的。在施工过程中由于大体积混凝土施工相对困难，出现裂缝的可能性很高，产生裂缝的主要原因有下面两点：
2.1混凝土表面干缩引起的裂缝
当混凝土表面变冷时，出现收缩然后形成裂缝。因为，混凝土表面的水分迅速散失，加速了混凝土的散热，表面硬化导致收缩，混凝土早期整体强度低，这时容易出现干缩裂缝。
2.2温差大引起的裂缝
大体积混凝土具有用量大以及强度高等特点，而且水泥在水化过程中释放出大量的内部热能。这时混凝土温度将继续上升，导致表面温度将下降。因此，形成了很大的温度差，大体积混凝土在应力拉时会发生内部膨胀，而表面则会出现较大裂缝。当混凝土的温度应力大于混凝土本身抗拉强度时，则会形成裂缝。所选基础或垫块比较硬，且不采取相应的松弛措施，混凝土容易产生较大的拉应力，这时就会出现温差裂缝的度差。
3大体积混凝土防裂技术措施
3.1原材料的选择和应用
水化热是大体积混凝土产生裂缝的原因之一，所以控制水化热的发展过程是防止裂缝产生的有效措施。
⑴要求配合比既要保证混凝土设计强度又要大幅度降低水化热，选择合适的水泥品种及标号水泥：原来使用P.O42.5R早强水泥，现在使用P.O42.5水泥；水泥用量由272 kg/m3降为257kg/m3。⑵在保证混凝土强度的前提下，尽量多掺粉煤灰，粉煤灰的掺量由68kg/m3增加为110kg/m3，占胶凝材料总量用量的30%。
表1 齿形构件配合比
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⑶避免使用高细度水泥。高细度水泥配置的混凝土耐久性差，细度增加早期水化反应激烈，用以调节C3A凝结时间的石膏用量增大，导致早期钙矾石生成量大，凝结时间不易控制。细度增加满足工作性的需水量增加导致干缩增加。水化速度增大，导致强度增长率及水化放热速度均较高。强度增长率高导致早期强度发展快，后期强度发展迟缓甚至停滞，水化放热速率高导致混凝土内部温度提高较快，进入降温阶段后不易平衡内外温差，容易引起裂缝。通过细度试验，“台泥”的细度是2.8%，“句容”的细度是3.5%，所以选用句容P.O42.5水泥。
⑷石子选用5～25mm连续级石子。砂子选用细度2.3～2.7的二区砂。含泥量和泥块含量应符合相关规范要求。⑸外加剂选用聚羧酸类高效减水剂，降低混凝土单方用水量。并对其选用的水泥进行匹配试验，掌握其特性。⑹选用合格的粉煤灰，其微细颗粒的填充效应和二次水化增强了混凝土结构的密实性，提高了抗渗效果，降低水化热，提高了混凝土的后期强度。⑺混凝土坍落度宜控制在120mm±30mm。
3.2提高混凝土极限抗拉强度
⑴合理控制砂石含泥量，以提高混凝土密实度以及抗拉强度，降低收缩变形。石子含泥量不大于1%，砂含泥量不大于3%。⑵控制石子中针片状颗粒含量，因为针片状颗粒含量大，用水量就大，混凝土就容易开裂。针片状颗粒含量不大于8%。⑶浇筑后及时排除表面积水，并及时复振，减少顶面松顶发生。⑷确定合理的分层厚度，根据经验齿形构件的分层厚度为40cm.。避免混凝土下料高度不均造成内部局部温度不均。⑸构件顶面混凝土人工添加聚丙烯纤维防裂。
⑹做好抹面工作，提高抹面质量。抹面的次数不少于三次，而且最后一次抹面一定要在混凝土表面硬化之前0.5～1小时内完成，过早和过晚抹面都会使混凝土产生表面裂缝的几率增加。⑺使用高频振动棒，高频振动棒的振动频率在200赫兹，有利于混凝土中气泡排出，混凝土密实性增加。⑻使用模板漆，使用模板漆后混凝土表面光滑至密，亦有利于混凝土抗拉强度提高。
3.3混凝土温度控制
混凝土内外温差是裂缝产生的重要因素，所以混凝土温度控制很重要。
3.3.1混凝土自约束裂缝控制计算
在大体积混凝土浇筑过程中，受水化热的影响，中心温度较高，与外界接触表面温度比较低。当混凝土表面受外界空气温度快速冷却收缩时，外部混凝土质点和混凝土内部质点相互制约，在表面产生拉应力，内部冷却缓慢，受自约束产生压应力。当表面拉应力小于该龄期混凝土的抗拉强度值，就不会产生表面裂缝，反之就会产生裂缝。
⑴基本参数:
混凝土强度等级 C35
混凝土截面表面温度 T1=30 ℃
混凝土截面中心温度 T2=50 ℃
混凝土龄期 t=28 d
⑵混凝土在任意龄期的弹性模量
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其中:Ec 混凝土最终弹性模量 Ec=31500 N/mm2
t 混凝土龄期 t=28 d
经计算得出:E(t)=31500×(1-2.718^((-0.09)×28))=28964.86 N/mm2
⑶不考虑徐变影响的混凝土的最大拉应力
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其中 E(t) 混凝土一定龄期的弹性模量 E(t)=28964.86 N/mm2
α 混凝土的热膨胀系数 α=6.75E-6 1/℃
△T1 混凝土截面中心与表面之间的温差 △T1=20 ℃
ν 混凝土的泊松比 ν=0.15
经计算得到:σt=2÷3×(28964.86×6.75E-6×20÷(1-0.15))=3.07 N/mm2
⑷不考虑徐变影响的混凝土的最大压应力
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其中 E(t) 混凝土一定龄期的弹性模量 E(t)=28964.86 N/mm2
α 混凝土的热膨胀系数 α=6.75E-6 1/℃
△T1 混凝土截面中心与表面之间的温差 △T1=20 ℃
ν 混凝土的泊松比 v=0.15
经计算得到:σc=(28964.86×6.75E-6×20÷(1-0.15))÷3=1.53 N/mm2
⑸混凝土的龄期抗拉强度
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其中 t 混凝土龄期 t=28 天
ft 混凝土抗拉强度设计值 ft=1.65 N/mm2
经计算得到:f(28)=0.8×1.65×lg(28)^(2÷3)=1.69 N/mm2
混凝土内部最大拉应力大于或等于龄期混凝土抗拉强度值，因此，其表面会出现裂缝，但是只要在施工过程中对混凝土进行养护，这就可以预防温度裂缝地产生。
3.3.2控制混凝土的入模温度
根据温度计算公式Tmax=Tj+△L （Tj—混凝土入模温度）得知，混凝土的最高温度和入模浇筑时的温度有很大关系，所以我们要控制混凝土入模时的温度，确保混凝土入模温度低于28度。方法：⑴砂石入料仓，不露天堆放，避免太阳直晒。 ⑵在气温超过30℃时尽量避免高温时间段浇筑混凝土。⑶当气温超过30℃时在搅拌用水水池中加入冰块，使水温低于25℃。
3.3.3加强测温和温度控制
使用自动温度记录仪对混凝土内部外表温度进行记录。然后对数据分析，对下一个构件提出需要整改的措施：如我们根据混凝土构件温度峰值出现的时间，确定在峰值前后四个小时内加大滴灌水的流量，通过流水带走构件的热量，以降低构件整体温度。
3.4养护控制
秋季土工布浇水保湿养护。冬季保温养护，内层覆盖土工布，外层油布。夏季顶面覆盖土工布，四周用遮荫布覆盖防止阳光直射。构件养护采用不间断滴灌流水养护，降低构件整体温度。根据采集的温度数据发现，当不采用滴灌降温措施时混凝土内部温度测得最高为65.3℃，产生时间在混凝土浇筑完成后的40～44小时。测得构件外表温度最低值为35.4℃，发生在早晨6点左右。内外温差为29.9℃，大于规范要求的不宜高于25度的要求，所以构件表面产生裂缝可能增加了。
而采用不间断滴灌养护后构件内部最高温度测得为60.6℃，此时构件外表温度最低值测得是36.4℃，内外温差为24.2℃，小于规范要求的不宜高于25度的要求，所以构件表面没有产生裂缝。我们认为滴灌的最大好处是有利于构件内部热量散发，构件内部早期产生的热量被养护水带走，减少了构件内部热量积聚，使构件整体温度下降，降低了构件内外温差，降低了产生裂缝的可能因素。养护时间：顶面，构件浇筑完成12小时后开始保湿养护。侧面，20小时拆模后开始滴灌流水养护5天，余下洒水养护。
4结语
虽然大体积混凝土产生裂缝发生的原因是多方面的，也是在一定条件下产生的。但只要通过严格规范施工，认真观察，通过大量的试验认证。从原材料的选择和优化配合比以及选择适宜的施工工艺，重视砼的浇筑养护，对全过程实施有效控制，大体积混凝土产生的裂缝是可以有效避免的。
参考文献：
[1]《混凝土结构工程施工质量验收规范》GB50204-2015[S]
[2]《大体积混凝土施工规范》GB50496-2009[S]
[3]《混凝土外加剂应用技术规范》GB50119-2013[S]
[4]大体积混凝土防裂控制[J].钱涛.建筑技术开发.2020-02-25