大体积C60HPC水化绝热温升与裂缝控制

大体积C60HPC水化绝热温升与裂缝控制
1、概述
大体积混凝土的施工技术难点在于：混凝土体积厚大，由于水泥水化热而引起的温度裂缝对工程的危害是十分巨大的。

在工程实际中，优化C60HPC配合比，采取“蓄热”法和冷凝管降温法等综合温控措施，基本控制了大体积混凝土温度裂缝。

混凝土在施工期间，水泥水化产生的大量水化热，混凝土为热的不良导体，内部温度急剧上升，外表散热较快；使得大体积混凝土内部产生较大的温度梯度，在地基或支座的约束下使混凝土内部产生较大的温度应力，进而使混凝土表面出现热裂缝或贯通裂缝，造成混凝土整体结构安全性下降。

因此，如何消除或减少内外温差应力是解决大体积混凝土水化开裂的一个至关重要的问题[1]。

由于大体积混凝土温度裂缝危害巨大，一旦出现影响结构的温度裂缝，不仅影响混凝土外观，同时存在者很大的安全隐患，况且进行修补十分复杂，费时费力，浪费巨大，修补后往往不尽人意。

防止大体积混凝土温度裂缝出现的方法主要有：
（1）消除内外温度应力，采取冷却骨料、降低水泥用量、采用火山灰质水泥、通冷凝循环水、保温等措施；
（2）（2）采用收缩补偿水泥或膨胀剂；
（3）（3）配制自愈合混凝土。

对于高强混凝土来说，采用收缩补偿水泥或膨胀剂，目前仍有很大争论〔2〕；配制自愈合混凝土目前仅在实验室研制出，远不能达到在工程中实际应用〔3〕；而综合采
用第一种方法，在实际中已有许多经验可以借鉴。

2、工程实例
某工程为二局重点工程，热带气候，炎热多雨，蒸发量大。

混凝土浇筑量大，每次达1200~1400m3，混凝土设计为C60，施工工艺为泵送，要求7天拆模，拆模时强度达到95%以上。

针对工程实际情况，我们利用复合超塑化剂和优质粉煤灰双掺技术已经解决了大体积混凝土配合比问题。

在配合比中处理好了早强与缓凝；高流动性与低收缩；低水泥用量与高强等三大对立又统一的技术指标；尽可能低的水泥用量、用水量、水胶比、坍落度损失、合适的缓凝时间及优良的工作性，为混凝土浇注后选择经济的温控方案奠定基础，避免温度裂缝的出现。

因此，控制混凝土浇注块体因水泥水化热引起的温升、混凝土浇注块体的里外温差及降温速度、防止混凝土出现有害的温度裂缝是施工技术的关键问题。

3、冷凝管降温法、混凝土“蓄热法”综合温控措施的提出。

大体积混凝土释放的水化热会产生较大温度变化和收缩作用，由此而产生的温度和收缩是导致混凝土出现裂缝的主要因素。

混凝土是热的不良导体，散热非常慢，浇注后，水泥很快水化，放出大量的热；使大体积混凝土内部温度较外部高，形成较高温差，内胀外缩，使外表面产生很大的拉应力而导致开裂。

大体积混凝土的抗裂问题，归根结底是控制混凝土从凝结硬化到结构发展各龄期的变形值的协调性[4]。

因此，处理好大体积混凝土绝热温升的协调性——即均匀升温，均匀降温，则防裂的主要问题便可迎刃而解。

而大体积混凝土内部的
最高温升，是由浇注温度、水泥水化热引起的绝热温升和混凝土的散热速率三部分决定，而水泥的水化热引起的绝热温升是主要因素。

水泥水化引起的水化绝热温升是不可阻挡的因素，但可以减弱。

进一步讲，如何消除混凝土内部的热能、从什么时间开始、怎样控制降温速度、混凝土内部温度降低到什么程度才不至于出现温度裂缝是我们重点解决的问题。

3.1 混凝土的基本性能基本计算
3.1.1 配合比及基本性能
表1：材料配合比表3：硬化后混凝土性能
水泥水砂石粉煤灰csp-7 标准立方体试件抗压强度(Mpa)
1 0.35 1.61 2.14 0.18 0.0294 1d 2d 3d 7d 28d 56d
表2：新拌混凝土基本性能36.7 50.3 56.4 65.0 69.4 73.4
初凝时间终凝时间初始坍落度两小时后坍落度抗渗等级＞S30
15h25min 23h26min 223mm 175mm
3.1.2 混凝土出料温度的测定
根据确定的配合比中原材料用量和搅拌前混凝土原材料总的热量与搅拌后总热量相等的原则，可计算混凝土的出机温度[1]。

但在实际中，离散性很大，我们以混凝土实测温度为准。

从2002年8月1日~8月30日我们统计的资料分析，混凝土平均入模温度为33.5℃。

3.1.3估算混凝土中心最高温升
大体积混凝土中心的最高温度的峰值经验公式[1]：
T0=T+Cα
式中：T0——混凝土中心的最高温度，℃。

；
T——混凝土浇注入模时的温度，℃；
C——每m3混凝土水泥用量，Kg/m3；
α——经验系数，采用普通水泥时α=0.105。

根据以上公式和配合比中的水泥用量，若混凝土入模温度为33.5℃，则混凝土中心最高温度为T0=T+Cα=33.5+452×0.105≈81℃。

通过上面的计算可以看出：混凝土内部绝热温升非常高，必须采取一定的温控措施。

由于热带气候，采用冰块或冰屑降温，成本太大，实际混凝土生产量大，可操作性太差，不可能采用；喷水冷却骨料效果不大，因为工程用水温度也在25℃以上；单方水泥冷却大量资料显示，虽然可明显降低混凝土出料温度，但与水泥的水化绝热温升相比也是杯水车薪，固而未被采用。

根据实际出发，决定采用预埋冷凝管降温法和“蓄热”法综合温
控法解决大体积混凝土绝热温升。

降温法，即在混凝土浇筑成型后，通过循环的冷却水进行降温，以减少混凝土内外的温差；蓄热法（双称隔热法），即在混凝土浇筑成型后，通过保温材料（如常用的模板、草袋、锯末、湿砂、油布、塑料布等）、碘钨灯或定时喷浇热水等方法。

采用保温法控制温度的原理，就是利用混凝土的初始温度加上水泥水化热的温升，使结构物在养护的过程中，降温速率减慢，这样就能控制混凝土的内外温差，从而防止混凝土因温差过大引起变形而产生的温度裂缝〔5〕。

3.2冷凝管降温法、混凝土“蓄热法”综合温控的过程控制〔6-8〕
（1）冷凝管为ф25，梅花型布置：混凝土表面采用两层稻草覆盖，每层厚度为75mm。

（2）通水时间：从通水时间来看，我们前面严格控制的混凝土通水时间，当混凝土初凝时，即刻通水，水量根据冷凝管出水口温度的测定而调节，先小后大；8小时交换进出水管，使混凝土内部温度逐渐减小，使混凝土内外温差减小，达不到出现温度裂缝所要求的应力，达到温控的目的。

（3）覆盖时间：采用“蓄热法”控制温度时，必须注意保温材料的覆盖时间。

应在混凝土初凝时即刻进行保温养护。

炎热夏季施工，在混凝土浇筑后6小时覆盖草袋，10小时后开始在草袋洒水养护，防止出现干缩裂缝。

（注意：千万不能喷水养护！）
（4）降温速度：混凝土表面裂缝的发生在浇筑初期，而初期的表面温度骤降是引起表面裂缝的外因，当日平均气温在2~4d内连续
下降6~9℃，未满28d龄期的混凝土表面（未加覆盖）可能产生裂缝。

因此，在保温法施工中，仍需要注意控制降温速度。

4、实际测温曲线的比较和分析及综合温控措施的效果
4.1实际测温曲线的比较和冷凝管作用机理
由图1实际测温曲线可以看出：
（1）混凝土浇注大约2-3天出现温度峰值，峰值最高温度为74.3℃，比理论计算值低8.7℃；
（2）随后在三天内温峰稍有下降，保持较高温度3~4天后，开始缓慢下降；
（3）继续冷凝通水10d后，混凝土内部温度下降到警戒线温度，即：混凝土表面温度与混凝土中心温度之差小于25℃；
（4）连续通水降温14d后，混凝土内部温度便可控制在40℃以下，停止通水后，跟踪测温两个月，混凝土内部温度保持在40℃左右浮动，基本达到温控目的。

便可放心拆模进行养护。

由于大体积混凝土水泥用量相对较大，水泥放出的热量远远大于冷凝管带走的热量；因此，在早期混凝土内部温升迅速，温度峰降低不明显；随着水泥水化进行，大部分水泥作用
图1:1#、2#、3#测温曲线，混凝土表面实测温度和环境温度随时间变化图
完毕，混凝土温度达到峰值后，此时冷凝管带出的热量与水泥水化放出的热量基本相当，混凝土内部温度不再上升，这样要保持3~4天；随着通水时间的进一步增加，水泥水化放出的热量比冷凝管带走的热量小，此时混凝土内部温度开始下降，这样又经过3~4的持续通水，混凝土内部温度便达到了40℃左右；继续通水2-3天，就可以停止通水。

可见，冷凝管的主要作用是带走
4.2 综合温控措施的效果
对浇注后的混凝土检查，发现在有些表面没有采取保温措施的混凝土表面出现裂缝，裂缝特点是顺钢筋方向严重，裂缝深度达30cm 以上，且许多属贯通性的。

其主要原因是：在没有采取保护措施的前提下，混凝土内外温差过大，而超出混凝土本身抗裂极限，故而导致温度裂缝；
而严格按照综合温控措施的混凝土浇注后，混凝土表面仅有极少数收缩裂纹。

采取保温的措施条件下，混凝土内外温差达不到破坏所需的应力，故而混凝土表面无温度裂缝出现。

大体积混凝土在施工阶段之所以会产生裂缝，是其内外矛盾发展的结果。

一方面由于水泥水化热引起的结构物内外温差大（即中心温度高，表面温度低）而产生的温度应力和温度变形，另一方面是结构的内外约束要阻止这种变形。

一旦温度应力超过混凝土所能承受的极限拉力值时，即会出现裂缝。

5、结语
本工程采用粉煤灰和复合超塑化剂“双掺”技术，结合综合温控措施，基本解决了高强大体积混凝土温度裂缝，此技术已在整个工程中全面应用。

对于大体积高强混凝土施工，我们有以下建议：（1）合理设计施工配合比，混凝土中尽可能使用火山灰质材料，采用有缓凝、保坍特性的复合超塑化剂。

（2）根据工程实际情况，从理论上计算出混凝土的绝热温升，选择合理的温控措施。

（3）大体积高强混凝土温控本质不外乎消除内外温差应力，因此，蓄热保温法成本低，易于在实际中实现。

总之，大体积混凝土的裂缝控制方法归根结底是控制混凝土内部与表面温差——即处理好绝热温升与降温的协调性。