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大體積混凝土相關知識
現代建筑中時常涉及到大體積混凝土施工，如高層樓房基礎、大型設備基礎、水利大壩等。下面為大家整理了關于大體積混凝土的文章，歡迎大家閱讀!
特點
結構厚實，混凝土量大，工程條件復雜(一般都是地下現澆鋼筋混凝土結構)，施工技術要求高，水泥水化熱較大(預計超過25度)，易使結構物產生溫度變形。大體積混凝土除了最小斷面和內外溫度有一定的規定外，對平面尺寸也有一定限制。因為平面尺寸過大，約束作用所產生的溫度力也愈大，如采取控制溫度措施不當，溫度應力超過混凝土所能承受的拉力極限值時，則易產生裂縫。
在建筑施工中常碰到大體積砼，為幫助項目部施工技術人員學習了解大體積砼防裂和溫度控制方面的問題，加強施工技術方面的交流，本人根據自己的認識所及，參考了一些相關書籍，文章以問答的形式，先提出問題，再用通俗的語言和科學道理解答，問題解答也側重于技術要領和做法，主要從實際出發，以實用為主，所提出的問題都是實際施工中常碰到的，目的是使項目部施工技術人員既知道大體積應該如何控制質量，又懂得為什么要進行防裂和溫度控制的道理。
遇到對大體積砼防裂和溫度控制方面問題不懂的地方，大家可帶著問題翻閱，從中找到答案，增長學識，相信對提高實際工作能力有所幫助。
大體積砼指的是最小斷面尺寸大于1m以上的砼結構，其尺寸已經大到必須采用相應的技術措施妥善處理溫度差值，合理解決溫度應力并控制裂縫開展的砼結構。(該定義摘錄自建筑施工手冊 縮印版第二版 建筑施工手冊第三版編寫組 1999年1月第二版中國建筑工業出版社)
裂縫
大體積混凝土內出現的裂縫按深度的不同，分為貫穿裂縫、深層裂縫及表面裂縫三種。貫穿裂縫是由混凝土表面裂縫發展為深層裂縫，最終形成貫穿裂縫。它切斷了結構的斷面，可能破壞結構的整體性和穩定性，其危害性是較嚴重的;而深層裂縫部分地切斷了結構斷面，也有一定危害性;表面裂縫一般危害性較小。
但出現裂縫并不是絕對地影響結構安全，它都有一個最大允許值。處于室內正常環境的一般構件最大裂縫寬度≤0.3mm;處于露天或室內高濕度環境的構件最大裂縫寬度≤0.2mm。
對于地下或半地下結構，混凝土的裂縫主要影響其防水性能。一般當裂縫寬度在0.1～0.2mm時，雖然早期有輕微滲水，但經過一段時間后，裂縫可以自愈。如超過0.2～0.3mm，則滲漏水量將隨著裂縫寬度的增加而迅速加大。所以，在地下工程中應盡量避免超過0.3mm貫穿全斷面的裂縫。如出現這種裂縫，將大大影響結構的使用，必須進行化學灌漿加固處理。
大體積混凝土施工階段所產生的溫度裂縫，一方面是混凝土內部因素：由于內外溫差而產生的;另一方面是混凝土的外部因素：結構的外部約束和混凝土各質點間的約束，阻止混凝土收縮變形，混凝土抗壓強度較大，但受拉力卻很小，所以溫度應力一旦超過混凝土能承受的抗拉強度時，即會出現裂縫。這種裂縫的寬度在允許限值內，一般不會影響結構的強度，但卻對結構的耐久性有所影響，因此必須予以重視和加以控制。
產生裂縫的主要原因有以下幾方面：
1、水泥水化熱
水泥在水化過程中要釋放出一定的熱量，而大體積混凝土結構斷面較厚，表面系數相對較小，所以水泥發生的熱量聚集在結構內部不易散失。這樣混凝土內部的水化熱無法及時散發出去，以至于越積越高，使內外溫差增大。單位時間混凝土釋放的水泥水化熱，與混凝土單位體積中水泥用量和水泥品種有關，并隨混凝土的齡期而增長。由于混凝土結構表面可以自然散熱，實際上內部的最高溫度，多數發生在澆筑后的最初3～5天。
2、外界氣溫變化
大體積混凝土在施工階段，它的澆筑溫度隨著外界氣溫變化而變化。特別是氣溫驟降，會大大增加內外層混凝土溫差，這對大體積混凝土是極為不利的。
溫度應力是由于溫差引起溫度變形造成的;溫差愈大，溫度應力也愈大。同時，在高溫條件下，大體積混凝土不易散熱，混凝土內部的最高溫度一般可達60～65℃，并且有較長的延續時間。因此，應采取溫度控制措施，防止混凝土內外溫差引起的溫度應力。
3、混凝土的收縮
混凝土中約20℅的水分是水泥硬化所必須的，而約80℅的水分要蒸發。多余水分的蒸發會引起混凝土體積的收縮。混凝土收縮的主要原因是內部水蒸發引起混凝土收縮。如果混凝土收縮后，再處于水飽和狀態，還可以恢復膨脹并幾乎達到原有的體積。干濕交替會引起混凝土體積的交替變化，這對混凝土是很不利的。
影響混凝土收縮，主要是水泥品種、混凝土配合比、外加劑和摻合料的品種以及施工工藝(特別是養護條件)等。
配制
大體積混凝土所選用的原材料應注意以下幾點：
1、粗骨料宜采用連續級配，細骨料宜采用中砂。
2、外加劑宜采用緩凝劑、減水劑;摻合料宜采用粉煤灰、礦渣粉等。
3、大體積混凝土在保證混凝土強度及坍落度要求的前提下，應提高摻合料及骨料的含量，以降低單方混凝土的水泥用量。
4、水泥應盡量選用水化熱低、凝結時間長的水泥，優先采用中熱硅酸鹽水泥、低熱礦渣硅酸鹽水泥、大壩水泥、礦渣硅酸鹽水泥、粉煤灰硅酸鹽水泥、火山灰質硅酸鹽水泥等。
但是，水化熱低的礦渣水泥的析水性比其它水泥大，在澆筑層表面有大量水析出。這種泌水現象，不僅影響施工速度，同時影響施工質量。因析出的水聚集在上下兩澆筑層表面間，使混凝土水灰比改變，而在掏水時又帶走了一些砂漿，這樣便形成了一層含水量多的夾層，破壞了混凝土的粘結力和整體性。混凝土泌水量的大小與用水量有關，用水量多，泌水量大;且與溫度高低有關，水完全析出的時間隨溫度的提高而縮短;此外，還與水泥的成分和細度有關。所以，在選用礦渣水泥時應盡量選擇泌水性的品種，并應在混凝土中摻入減水劑，以降低用水量。在施工中，應及時排出析水或拌制一些干硬性混凝土均勻澆筑在析水處，用振搗器振實后，再繼續澆筑上一層混凝土。
區別
大體積混凝土與普通混凝土的區別表面上看是厚度不同，但其實質的區別是由于混凝土中水泥水化要產生熱量，大體積混凝土內部的熱量不如表面的熱量散失得快，造成內外溫差過大，其所產生的溫度應力可能會使混凝土開裂。因此判斷是否屬于大體積混凝土既要考慮厚度這一因素，又要考慮水泥品種、強度等級、每立方米水泥用量等因素，比較準確的方法是通過計算水泥水化熱所引起的混凝土的溫升值與環境溫度的差值大小來判別，一般來說，當其差值小于25℃時，其所產生的溫度應力將會小于混凝土本身的抗拉強度，不會造成混凝土的開裂，當差值大于25℃時，其所產生的溫度應力有可能大于混凝土本身的抗拉強度，造成混凝土的開裂，此時就可判定該混凝土屬大體積混凝土。
高層建筑的箱形基礎或片筏基礎都有厚度較大的鋼筋砼底板，高層建筑的樁基礎則常有厚大的承臺，這些基礎底板和樁基承臺均屬大體積鋼筋砼結構。還有較常見的一些厚大結構轉換層樓板和大梁也屬大體積鋼筋砼結構。
大區別
不能以截面尺寸來簡單判斷是否大體積砼，實際施工中，有些砼厚度達到1m，但也不屬于大體積砼的范疇，有些砼雖然厚度未達到1m，但水化熱卻較大，不按大體積砼的技術標準施工，也會造成結構裂縫。
大體積砼與普通砼的區別表面上看是厚度不同，但其實質的區別是由于砼中水泥水化要產生熱量，大體積砼內部的熱量不如表面的熱量散失得快，造成內外溫差過大，其所產生的溫度應力可能會使砼開裂。因此判斷是否屬于大體積砼既要考慮厚度這一因素，又要考慮水泥品種、強度等級、每立方米水泥用量等因素，比較準確的方法是通過計算水泥水化熱所引起的砼的溫升值與環境溫度的差值大小來判別，一般來說，當其差值小于25℃時，其所產生的溫度應力將會小于砼本身的抗拉強度，不會造成砼的開裂，當差值大于25℃時，其所產生的溫度應力在可能大于砼本身的抗拉強度，造成砼的開裂，此時就可判定該砼屬大體積砼，并應按條文中規定的措施進行施工，以確保砼不致開裂，造成工程滲漏水的隱患。
有裂縫
大體積砼由于其水化熱產生溫差形成溫差應力，表面裂縫容易產生，這些裂縫對于結構正常使用一般不會有影響。但是，工程實踐中普遍采用大體積砼不允許裂縫的標準，導致保養和溫度控制措施復雜，額外費用較大。
基礎大體積混凝土施工應合理選擇混凝土配合比，宜選用水化熱低的水泥、摻入適當的粉煤灰和外加劑、控制水泥用量，并應作好養護和溫度測量。混凝土內部溫度與表面溫度的差值、混凝土外表面和環境溫度差值均不應超過25℃。
4.1.23條
大體積防水混凝土的施工，應采取以下措施：
1 在設計許可的情況下，采用混凝土60d強度作為設計強度;
2 采用低熱或中熱水泥，摻加粉煤灰、磨細礦渣粉等摻合料;
3 摻入減水劑、緩凝劑、膨脹劑等外加劑;
4 在炎熱季節施工時，采取降低原材料溫度、減少混凝土運輸時吸收外界熱量等降溫措施;
5 混凝土內部預埋管道，進行水冷散熱;
6 采取保溫保濕養護。混凝土中心溫度與表面溫度的差值不應大于25℃，混凝土表面溫度與大氣溫度的差值不應大于25℃。養護時間不應少于14d。
《混凝土結構工程施工及驗收規范》GB50204—2002：
第4.4.17條 大體積混凝土的澆筑應合理分段分層進行，使混凝土沿高度均勻上升;澆筑應在室外氣溫較低時進行，混凝土澆筑溫度不宜超過28℃。
注：混凝土澆筑溫度系指混凝土振搗后，在混凝土50㎜～100㎜深處的溫度。
第4.5.3條 對大體積混凝土的養護，應根據氣候條件采取控溫措施，并按需要測定澆筑后的混凝土表面和內部溫度，將溫差控制在設計要求的范圍以內;當設計無具體要求時，溫度不宜超過25℃。
澆筑溫度
澆筑溫度是指砼出罐后，經運輸、振搗后的溫度。《混凝土結構工程施工及驗收規范》GB50204—2002對澆筑溫度作了規定：“不宜超過28℃”。此規定沒有考慮到全國地方差異，例如上海、南京、武漢等我國南方地區高溫季節施工大體積砼，若不采取特殊措施是很難達到這一要求的，若采取措施就得花較大的費用。那么澆筑溫度超過28℃是否一定開裂呢?江蘇常州某些工程澆筑溫度達到35℃，由于保溫降溫措施得力，也沒有出現溫差裂縫。南京。上海、武漢等地的某些大體積砼工程澆筑溫度超過28℃，個別工程達到41℃，也沒有出現危害結構安全和影響使用功能問題。因此，在《混凝土結構工程施工質量驗收規范》GB50204—2002中，對于澆筑溫度無不宜超過28℃的限制。
控制澆筑溫度是有好處的，要降低澆筑溫度必須從降低砼出機溫度入手，其目的是降低大體積砼的總溫升值和減小結構的內外溫差。降低砼出機溫度最有效的方法是降低石子的溫度，由于夏季氣溫較高，為防止太陽的直接照射，可要求商品砼供應商在砂、石堆場搭設簡易遮陽裝置，必要時向骨料噴射水霧或使用前作淋水沖洗。在控制砼的澆筑溫度方面，通過計算砼的工程量，做到合理安排施工流程及機械配置，調整澆筑時間為以夜間澆筑為主，少在白天進行，以免因暴曬而影響質量。
降溫速率
大體積砼的溫度變化曲線一般如圖所示。先是一個升溫過程，升到最高點后就慢慢降溫，升溫的速度要比降溫的速度大。
那么大體積砼何時達到最高點呢?主要決定于配合比、幾何尺寸、現場條件等因素，根據工程統計，一般的大體積砼澆筑后3～4d出現最高點。
國家規范對于溫度控制有前述規定，但對于降溫速率未提出明確要求。如大體積砼升溫時內表溫差過大，會造成表面裂縫;那么降溫速率過快，會造成貫穿性冷縮縫，也是絕對不允許的。
理論上，任何材料的允許溫差與材料的極限值有關。對于大體積砼而言，如果降溫過快，雖然內表溫差仍然控制在規范要求之內，但由于砼內部溫差過大，溫差應力達到砼的極限抗拉強度時，理論上就會出現裂縫，而且此裂縫出現在大體積砼的內部，如果相差過大，就會出現貫穿裂縫，影響結構使用，因此，降溫速率的快慢直接關系到大體積砼內部拉應力的發展。
那么，降溫速率到底取多大值呢?理論上要求溫差應力必須小于同一時間的砼抗拉極限強度。目前有的工程采用降溫速率取2～3℃/d，跟蹤后也未見貫穿裂縫，但是對于大多數施工單位來說，由于沒有全面可靠的數據資料，為安全起見仍采用≤1～1.5℃/d。
砼養護可遵循降溫速率“前期大后期小”的原則。因養護前期砼處于升溫階段，彈性模量、溫度應力較小，而抗拉強度增長較快，在保證砼表面濕潤的基礎上應盡量少覆蓋，讓其充分散熱，以降低砼的溫度，亦即養護前期砼降溫速率可稍大。養護后期砼處于降溫階段，彈性模量增加較快，溫度應力較大，應加強保溫，控制降溫速率。
裂縫原因
(1)水泥水化熱
水泥在水化過程中要產生大量的熱量，是大體積砼內部熱量的主要來源。由于大體積砼截面厚度大，水化熱聚集在結構內部不易散失，使砼內部的溫度升高。砼內部的最高溫度，大多發生在澆筑后的3～5d，當砼的內部與表面溫差過大時，就會產生溫度應力和溫度變形。溫度應力與溫差成比，溫差越大，溫度應力也越大。當砼的抗拉強度不足以抵抗該溫度應力時，便開始產生溫度裂縫。這就是大體積砼容易產生裂縫的主要原因。
(2)約束條件
大體積鋼筋砼與地基澆筑在一起，當早期溫度上升時產生的膨脹變形受到下部地基的約束而形成壓應力。由于砼的彈性模量小，徐變和應力松弛度大，使砼與地基連接不牢固，因而壓應力較小。但當溫度下降時，產生較大的拉應力，若超過砼的抗拉強度，砼就會出現垂直裂縫。
(3)外界氣溫變化
大體積砼在施工期間，外界氣溫的變化對大體積砼的開裂有重大影響。砼內部溫度是由澆筑溫度、水泥水化熱的絕熱溫度和砼的散熱溫度三者的疊加。外界溫度越高，砼的澆筑溫度也越高。外界溫度下降，尤其是驟降，大大增加外層砼與砼內部的溫度梯度，產生溫差應力，造成大體積砼出現裂縫。因此控制砼表面溫度與外界氣溫溫差，也是防止裂縫的重要一環。
(4)砼的收縮變形
砼的拌合水中，只有約20%的水分是水泥水化所必需的，其余80%要被蒸發。砼中多余水分的蒸發是引起砼體積收縮的主要原因之一。這種收縮變形不受約束條件的影響，若存在約束，就會產生收縮應力而出現裂縫。
溫度控制
大體積砼養護時的溫度控制一般有兩種方法：
一種是降溫法，即在砼澆筑成型后，通過循環冷卻水降溫，從結構物的內部進行溫度控制;
另一種是保溫法，即砼澆筑成型后，通過保溫材料、碘鎢燈或定時噴澆熱水、蓄存熱水等辦法，提高砼表面及四周散熱面的溫度，從結構物的外部進行溫度控制。保溫法基本原理是利用砼的初始溫度加上水泥水化熱的溫升，在緩慢的散熱過程中(通過人為控制)，使砼獲得必要的強度。
養護作用
大體積砼養護主要是保持適宜的溫度和濕度條件。
保溫養護作用：
1、減少砼表面的熱擴散，減小砼表面的溫度梯度，防止產生表面裂縫。
2、延長散熱時間，充分發揮砼的潛力和材料的松弛特性。使砼的平均總溫差所產生的拉應力小于砼抗拉強度，防止產生貫穿裂縫。
保濕養護的作用：
1、剛澆筑不久的砼，尚處于凝固硬化階段，水化的速度較快，適宜的潮濕條件可防止砼表面脫水而產生干縮裂縫。
2、砼在潮濕條件下，可使水泥的水化作用順利進行，提高砼的極限拉伸強度。
防水混凝土的養護是至關重要的。在澆灌后，如混凝土養護不及時，混凝土內水分將迅速蒸發，使水泥水化不完全。而水分蒸發造成毛細管網彼此連通，形成滲水通道;同時混凝土收縮增大，出現龜裂，使混凝土抗滲性急劇下降，甚至完全喪失抗滲能力。若養護及時，防水混凝土在潮濕的環境中或水中硬化，能使混凝土內的游離水分蒸發緩慢，水泥水化充分，水泥水化生成物堵塞毛細孔隙，因而形成不連通的毛細孔，提高了混凝土的抗滲性。
砼測溫點的布置、測溫時間頻率、測溫工具的選用
為了掌握大體積砼的溫升和降溫的變化規律，以及各種材料在各種條件下的溫度影響，需要對砼進行溫度監測控制。
(1)測溫點的布置——必須具有代表性和可比性。沿澆筑的高度，應布置在底部、中部和表面，垂直測點間距一般為500～800㎜;平面則應布置在邊緣與中間，平面測點間距一般為2.5～5m。當使用熱電偶溫度計時，其插入深度可按實際需要和具體情況而定，一般應不小于熱電偶外徑的6～10倍，測溫點的布置，距邊角和表面應大于50㎜。
采用預留測溫孔洞方法測溫時，一個測溫孔只能反映一個點的數據。不應采取通過沿孔洞高度變動溫度計的方法來測豎孔中不同高度位置的溫度。
(2)測溫制度——在砼溫度上升階段每2～4h測一次，溫度下降階段每8h測一次，同時應測大氣溫度。
所有測溫孔均應編號，進行砼內部不同深度和表面溫度的測量。
測溫工作應由經過培訓、責任心強的專人進行。測溫記錄，應交技術負責人閱簽，并作為對砼施工和質量的控制依據。
(3)測溫工具的選用——為了及時控制砼內外兩個溫差，以及校驗計算值與實測值的差別，隨時掌握砼溫度動態，宜采用熱電偶或半導體液晶顯示溫度計。采用熱偶測溫時，還應配合普通溫度計，以便進行校驗。
在測溫過程中，當發現溫度差超過25℃時，應及時加強保溫或延緩拆除保溫材料，以防止砼產生溫差應力和裂縫。
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