第一章大体积混凝土施工第一节概述在现代工业与民用建筑中，大体积混凝土的工程规模日趋扩大，结构型式也日趋复杂。

大型工业与民用建筑中的一些基础，其体积达几千m3以上者已屡见不鲜，而一些超高层的民用建筑的筏式基础混凝土的体积有的竟达1万m3以上，厚度达2～3m，长度超过lOOm，这些都属于大体积混凝。

对于大体积混凝土的定义：美国混凝土学会有过这样的规定：“任何就地浇筑的大体积混凝土，必须要求采取措施解决水化热及随之引起的体积变形问题，以最大限度地减少开裂。

”日本建筑学会标准的定义是：“结构断面最小尺寸在80cm以上，同时水化热引起的混凝土内最高温度与外界气温之差预计超过25℃的混凝土，称之为大体积混凝土。

”我国《混凝土结构工程施工及验收规范》认为，建筑物的基础最小边尺寸在1～3m范围内就属大体积混凝土。

大体积混凝土施工过程中，由于混凝土中水泥的水化作用是放热反应，大体积混凝土自身又具有一定的保温性能，因此其内部温升幅度较其表层的温升幅度要大得多，而在混凝土升温峰值过后的降温过程中，内部降温速度又比其表层慢得多，在这些过程中，混凝土各部分的热涨冷缩(称为温度变形)及由于其相互约束及外界约束的作用而在混凝土内产生的应力(称为温度应力)，是相当复杂的。

一旦温度应力超过混凝土所能承受的拉力极限值时，混凝土就会出现裂缝。

大体积混凝土的裂缝控制问题是一项国际性的技术难题，许多国家都成立了专门的研究机构，理论成果颇多，但在工程实践中仍然缺乏成熟和实用的理论依据，一些规范和规程尚不能完全解决现实设计和施工中提出的问题。

大体积混凝土结构的施工技术和施工组织都较复杂，施工时应十分慎重，否则易出现质量事故，造成不必要的损失。

组织大体积混凝土结构施工，在模板、钢筋和混凝土工程方面有许多技术问题要逐个解决。

此处着重介绍大体积混凝土的裂缝控制和混凝土浇筑。

第二节大体积混凝土结构的裂缝控制一、裂缝产生的主要原因及裂缝的形式结构物在施工及使用过程中承受两大类荷载，有各种外荷载和变形荷载，统称为广义荷载。

第一类荷载，包括永久荷载、可变荷载、风载和雪载等；第二类荷载，包括温度、收缩及不均匀沉陷等。

裂缝产生的主要原因不外乎由以上两种荷载引起。

据统计，在工程实践中结构物的裂缝原因，由第二类荷载(变形荷载)引起的裂缝约占80%～85%。

而由第—类荷载(各种外荷载)引起的裂缝只占15%～20%。

裂缝按其形状分为表面的、贯穿的、纵向的、横向的、上宽下窄、下宽上窄、枣棱形、对角线形、斜形、外宽内窄的和纵深的等等。

裂缝宽度在一条裂缝上是不均匀的，控制裂缝宽度是较宽区段的平均宽度。

裂缝又可分为愈合、闭合、运动、稳定及不稳定的等。

地下防水工程或其它防水工程结构，在水压头不高(水位在10m以下)的情况下，产生0.1～0.2mm的裂缝时，开始有些渗漏，水通过裂缝同水泥结合，形成氢氧化钙和硫铝酸钙，生成胶凝物质胶合了裂缝，使原裂缝被封闭，裂缝仍然存在，但渗漏停止，这种现象称为裂缝的自愈现象，这种裂缝不影响结构的耐久性，是稳定的。

结构的初始裂缝，在后期荷载作用下，有可能在压应力作用下闭合，裂缝仍然存在。

但是稳定的。

结构上的任何裂缝。

在周期性温差和周期性反复荷载作用下产生周期性的扩展和闭合，称为裂缝的运动，但这是稳定的运动，有些裂缝产生不稳定性的扩展，应视其扩展部位，考虑加固措施。

二、温度裂缝大体积混凝土结构，浇筑后水泥的水化热很大，由于混凝土体积大，聚积在内部的水泥水化热不易散发，混凝土的内部温度将显著升高。

而混凝土表面则散热较快，这样形成较大的内外温差，使混凝土内部产生压应力，表面产生拉应力。

如果在混凝土表面附近存在较大的温度梯度，就会引起较大的表面拉应力，同时，此时混凝土的龄期很短，抗拉强度很低，如果温差产生的表面拉应力，超过此时的混凝土极限抗拉强度，就会在混凝土表面产生表面裂缝。

这种裂缝多发生在混凝土浇筑后的升温阶段。

如果此时混凝土表面不能保持潮湿的养护环境，则混凝土表面由于水份蒸发较快而使初期的混凝土产生干缩，将加剧裂缝的产生。

这是混凝土浇筑后由于温升影响产生的第一种裂缝。

由于温升影响产生的第二种裂缝是收缩裂缝。

这种裂缝产生在混凝土的降温阶段，即当混凝土降温时，由于逐渐散热而产生收缩；再加上混凝土硬化过程中，由于混凝土内部拌合水的水化和蒸发，以及胶质体的胶凝等作用，促使混凝土硬化时收缩。

这两种收缩，在收缩时由于受到基底或结构本身的约束，会产生很大的收缩应力(拉应力)，如果产生的收缩应力超过当时的混凝土极限抗拉强度，就会在混凝土中产生收缩裂缝，这种收缩裂缝有时会贯穿全断面，成为结构性裂缝，带来严重的危害。

图1-1 温度裂缝（a）表面裂缝；(b)、（c）收缩裂缝表面裂缝虽然不属于结构性裂缝，但是，在混凝土收缩时，由于表面裂缝处断面削弱而且产生应力集中，促使混凝土收缩裂缝的开展。

因为这两种裂缝有其内在的联系，所以在大体积混凝土施工中都是不容忽视的。

总结过去大体积混凝土裂缝产生的情况，有下述—些规律:1.温差和收缩越大、温度变化和收缩的速度越快，越容易开裂，裂缝越宽、越密；2.基底对结构的约束作用越大，越容易开裂；3.温度梯度越大、承受均匀温差收缩的厚度越小，越容易开裂；4.在一般情况下，结构的几何尺寸越大，越容易开裂。

三、防止大体积混凝土的表面裂缝混凝土浇筑后，混凝土因水泥水化热升温而达到的最高温度，等于混凝土成型时温度与水泥水化热引起的混凝土温升峰值之和。

对于大体积混凝土，因其自身具有保温性能，内部散热比其表面散热要缓慢得多，因此内部温度在浇筑后的一段时间里，将比其表面温度要高得多。

混凝土内部与其表面的温差如果能控制在一定范围内，则混凝土将不致产生表面裂缝。

根据国内外工程实践和理论研究，我国规范确定这个温差限值为250c。

如果采取措施，降低混凝土的成型时温度，采用低水化热水泥或限制水泥用量，即可降低混凝土内部的最高温度；或者在施工时采取保温的养护措施，不使表面混凝土散热太快，使混凝土表面保持较高的温度。

这两种措施皆可使混凝土内部与表面的温差减小。

避免产生表面裂缝。

水泥水化热引起的混凝土内部实际最高温升，与混凝土的绝热温升有关。

混凝土的绝热温升按下式计算：（1-1）式中——混凝土的绝热温升(℃)；——每m3混凝土的水泥用量(kg／m3)；Q0——单位水泥28d的累积水化热。

由于矿渣硅酸盐水泥的水化热低，对于大体积混凝土宜用矿渣硅酸盐水泥。

水泥的水化热Q0如表1—1所示。

表1-1 水泥的水化热28d发热量Q0 （J／kg）水泥标号325 425 525普通硅酸盐水泥矿渣硅酸盐水泥288700376560334720 460240C——混凝土的比热，993.7J／(kg，K)；γ——混凝土的密度，2400kg／m3；t——混凝土龄期(d)；m一常数，与水泥品种、浇筑时温度有关。

求混凝土最高绝热温升Tmax时，令e-mt=0所以：（1-2）根据混凝土的最高绝热温升，即可求出混凝土内部实际最高温升对于不同混凝土浇筑厚度(H)和浇筑后不同龄期的温度变化，通过大量实测，得到的结果如图1－2所示。

根据图1—2即可求出各种龄期时混凝土内部的实际最高温升Tt。

由图可看出，对于浇筑厚度H＝1.0～2.5m的混凝土，实际最高温度皆发生在第3天。

因此：(1—3)式中 TH——混凝土浇筑后内部的最高温度(℃)；图1-2 与龄期t的关系曲线Tt——混凝土内部实际最高温升(℃) ；T0——混凝土的成型时温度(℃)。

为了避免大体积混凝土出现表面裂缝，要使其内部温度与其表面温度之差尽量减小，满足我国规范规定的温差限值25℃的要求，需采取三个方面的措施：1.降低混凝土成型时的温度混凝土成型时的温度可由混凝土拌合物的温度、混凝土拌合物的出机温度及混凝土拌合物运输及浇筑时的温度增量等计算确定。

(1)混凝土拌合物的温度］(1-4)式中—混凝土拌合物的温度—水、水泥、砂、石的用量（㎏）；—水、水泥、砂、石的温度（℃）；—砂、石的含水率（％）—水的比热容（KJ/(㎏.K)）及溶解热（KJ／㎏）。

当骨料温度＞0℃时，C1＝4.2，C2＝0；≤0℃时, C1＝2.1，C2＝335；(2)混凝土拌合物的出机温度(1—5)式中 T1—混凝土拌合物的出机温度(℃)；Ti—搅拌机棚内温度(℃)。

(3)混凝土拌合物经运输至成型完成时的温度(1—6)式中 T2——混凝土拌合物经运输至成型完成时的温度(℃)；tt—混凝土自运输至浇筑成型完成的时间(h)；n——混凝土转运次数；Ta——运输时的环境气温(℃)；——温度损失系数(h-1)：当用混凝土搅拌输送车时a＝0.25；当用开敞式大型自卸汽车时a＝0.20；当用开敞式小型自卸汽车时，a＝0.30；当用封闭式自卸汽车时，a＝0.10当用手推车时,a＝0.50(4)考虑模板和钢筋吸热影响，混凝土成型完成时的温度(1-7)式中 T3—考虑模板和钢筋吸热影响，混凝土成型完成时的温度(℃)；CC、Cf、、CS—混凝土、模板材料、钢筋的比热容(kJ／(kg•K))；mc—每立方米混凝土的重量(kg)；mf、ms—与每立方米混凝土相接触的模板、钢筋的重量(kg)；Tf、、Ts—模板、钢筋的温度，末预热者可采用当时环境气温(℃)。

分析式(1—4)和混凝土配合比可知,石子比热容虽然较小，但每m3混凝土中石子所占重量达50％左右，水的重量在每m3混凝土中占的比例虽然不大，但比热容较大，因此影响混凝土拌合物温度的主要因素是石子和水的温度。

要想获得较低的混凝土拌合物温度，最有效的措施就是降低石子和水的温度。

夏季施工时，可用冰水搅拌，亦可将骨料堆场遮盖防止日晒，必要时尚须喷洒水雾降温。

2.降低水泥水化热引起的混凝土内部最高温升由式(1—2)、(1—3)及图1—2可知，影响混凝土内部最高温升的因素主要是每m3混凝土中水泥的用量及单位水泥的水化热。

因此，要降低混凝土内部的最高温升，就要在满足混凝土强度等技术指标的前提下降低每m3混凝土中的水泥用量及选用水化热较低的水泥。

要降低每m3混凝土中的水泥用量，可采取掺用减水剂及粉煤灰或沸石粉等措施；要选用低水化热的水泥，从表1—1可知，可选用矿渣硅酸盐水泥。

3.提高混凝土的表面温度对大体积混凝土表面实行保温潮湿养护，使其保持一定温度，或加热养护，是防止混凝土内部和外表面产生过大的温差而引起表面裂缝的有效措施。

对于采用钢模或木模浇筑的大体积混凝土，带模养护有一定的保温作用，还可在模板外面挂草帘，以加强混凝土外侧表面的保温。

有些工程采用一砖厚的永久性砖模(混凝土硬化后亦不拆除)，有较好的保温效果。

对于大体积混凝土基础底板的上表面，可铺土、铺砂、灌水养护，亦可铺盖黑色塑料薄膜加盖草袋进行保温保湿养护。