大体积混凝土

1. 大体积混凝土由于混凝土数量大，水泥的水化热积聚在混凝土内部不易散发，内部温度峰值常可达到45～60℃，而表面散热较快，使内外产生较大温差，在混凝土升温阶段受混凝土的自约束，易使混凝土产生表面温度裂缝；在混凝土降温阶段混凝土本身的收缩和外部基岩、厚大垫层、桩基等的约束，亦会产生内部裂纹，有的甚至会贯穿整个截面。因而在大体积混凝土浇灌时，应根据施工现场的具体条件，采取降低水泥水化热温度、降低混凝土浇灌入模温度、减少地基约束、加强温差控制以及提高混凝土极限拉伸强度等措施，以控制裂纹的出现。

确定要否按照大体积混凝土考虑施工控制措施是一个比较复杂的问题，目前对大体积混凝土也没有一个确切的定义，施工实践中主要通过验算其能否出现结构裂纹来确定，比较通行的方法是：对厚大结构的混凝土一般控制混凝土的内外温差不超过25℃；对超长、超宽或大面积结构一般从控制内外温差和控制极限拉应力不大于混凝土抗拉强度两方面考虑。

2、对厚大结构的混凝土的内外温差可按下列各式进行估算：  砼最终绝热温升：Th=WQ/CP 式中：W-每立方米混凝土用量(kg)

Q-每千克水泥水化热(kj∕kg),计算时可按下表取值

每公斤水泥发热量(Q)

品种 发热量(kj∕kg) 325 普通水泥 289 矿渣水泥 247 425 377 335 525 461 C-混凝土比热，计算时可取0.97（kj∕kg.K） P—混凝土密度,计算时可取2400(kg∕m)

3

 t龄期砼绝热温升： Tt=Th(1-e-mt) 式中：e-自然对数之底，e＝2.718

m-随水泥品种、比表面及浇筑温度变化的系数可按下表取值

计算水化热温升时的m值

浇筑温度（℃） 5 m(1∕d) 10 15 20 25 30 0.295 0.318 0.340 0.362 0.384 0.406

 混凝土内部(中心最高)温度： Tmax=Tj+Tt＊ξ

式中：ξ—不同浇筑块厚度的温降系数，计算时可按下表取值

不同浇筑块厚度与混凝土绝热温升的关系（ξ值）

浇筑块厚度（m） 1.0 ξ 1.5 2.0 3.0 5.0 6.0 0.36 0.49 0.57 0.68 0.79 0.82 注：1. ξ＝Tm∕Th Tm—混凝土由水化热引起的实际温升（℃）

2.本表仅在估算绝热温升时使用，当估算各龄期时的水化热温升 时应按下表取值：

不同龄期水化热温升与浇筑块厚度的关系

浇筑块厚 度（m） 3 1.00 1.25 1.50 2.50 3.00 4.00 6 9 不同龄期(d)时的（ξ）值 12 15 18 21 24 27 30 0.36 0.29 0.17 0.09 0.05 0.03 0.01 0.42 0.31 0.19 0.11 0.07 0.04 0.03 0.49 0.46 0.38 0.29 0.21 0.15 0.12 0.08 0.05 0.04 0.65 0.62 0.59 0.48 0.38 0.29 0.23 0.19 0.16 0.15 0.68 0.67 0.63 0.57 0.45 0.36 0.30 0.25 0.21 0.19 0.74 0.73 0.72 0.65 0.55 0.46 0.37 0.30 0.25 0.24  表面温度: Tb(t)=Tq+(4/H2)*h'(H-h')ΔT(t) 式中：Tq—龄期t时的大气平均温度（℃）

H—混凝土的计算厚度（H=h+2h’）(m) h-混凝土的实际厚度(m)

h’-混凝土虚铺厚度（m）h’=K*λ/β K-计算折减系数，一般取K=0.666 λ-混凝土导热系数，计算时取2.33W/m.k

β-保温层的传热系数（W/m2.k），β＝1/（∑δI/λI＋1/βq） δI-为各种保温层的分层厚度(m)

λI-为各种保温层的导热系数,计算时参考下表

各种保温材料的导热系数（λ）（W/m.k） 材料名称 木模 钢模 草袋 木屑 炉渣 干砂 湿砂 粘土 红粘土砖 灰砂砖 λ 0.23 58 0.14 0.17 0.47 0.33 1.31 1.38～1.47 0.43 0.69～0.79 材料名称 甘蔗板 沥青玻璃棉毡 沥青矿棉 油毡纸 泡沫塑料制品 普通混凝土 加气混凝土 泡沫混凝土 水 空气 λ 0.05 0.05 0.09～0.12 0.05 0.03～0.05 1.51～2.33 0.16 0.10 0. 58 0.03 βq—为空气层的传热系数，计算时取23 W/m2.k ΔT(t)—混凝土内最高温度与外界温度之差

 内外温差： δT(t)＝Tmax—Tb(t)

 混凝土内部各点的温度基本是以混凝土块厚度中心为顶点的抛物线分布，可

通过下式估算：

Tx(t)=Tq+(4/H2)*x'(H-x')ΔT(t)

式中：x=h’+x’ x’—为计算点距混凝土表面的距离（m）

3.对超长、超宽结构不仅应考虑内外温差的影响，还应考虑极限拉应力影响，实际施工中可通过估算实际结构的平均伸缩缝间距，并与实际结构的尺寸进行比较，平均伸缩缝间距可按下列步骤进行估算： ⑴计算极限拉伸值εP=0.5RL（1＋10μp/d）10-4

式中：RL—混凝土设计抗拉强度(MPa)（详见混凝土设计规范）

μp-配筋率 d—钢筋直径（mm）

⑵计算混凝土的收缩变形值：εy＝εy0（1-e-0.01τ）×M1×M2……×Mn 式中：εy0—混凝土在标准状态下的最终收缩值，取3.24×10-4/℃

τ—从混凝土浇筑到计算时的天数 M1、M2……Mn——各种修正系数，详见下表

混凝土收缩变形不同条件修正系数

水泥品种 M1 水泥细度 矿渣水泥 快硬水泥 低热水泥 石灰矿渣水泥 普通水泥 火山灰水泥 抗硫酸盐水泥 矾土水泥 τ （d） 1 2 1.11/1 1.11/1 M6 W (%) 25 30 1.25 1.18 0 0.1 0.54/0.21 0.76/0.78 机械振捣 手工振捣 1.0 1.1 0.00 0.05 1.0 0.85 M7 R M8 操作方法 M9 EaFa/EbFb M10 M2 骨料 M3 水灰比 M4 水泥浆% M5 1.25 1500 0.9 砂岩 1.9 1.0 0.2 0.3 0.4 0.5 0. 6 0.7 0.8 0.65 0.85 1.0 1.21 1.42 1.62 1.80 15 20 25 30 35 40 45 50 0.9 1.0 1.2 1.45 1.75 2.1 2.55 3.03 1.12 2000 0.93 砾砂 1.10 3000 1.0 1.0 1.0 无粗骨料 1.0 1.0 1.0 1.0 0.95 0.80. 4000 1.13 玄武岩 5000 1.35 花岗岩 1.00 6000 1.68 石灰岩 0.78 7000 2.05 白云岩 0.52 8000 2.42 石英岩 3 4 5 7 10 1.09/0.98 1.07/0.96 1.04/0.94 1/0.9 0.96/0.89 40 50 60 70 80 90 1.1 1.0 0.88 0.77 0.7 0.54 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 1/1 整齐养护 0.85 0.10 0.15 0.20 0.25 0.76 0.68 0.61 0.55 1.03/1.03 高压釜处理 0.54 1.2/1.05 1.31/- 1.4/- 1.43/- 14~180 0.93/0.84 注：分子为自然状态下硬化，分母为加热状态下硬化；

τ—混凝土浇灌后初期养护时间（d）；

W-环境相对湿度（%）；

r—水力半径的倒数（mm-1）,为构件截面周长与截面面积之比； EaFa/EbFb—混凝土配筋率 Ea—钢筋弹性模量（MPa） Fa—钢筋截面积(mm2) Eb—混凝土弹性模量（MPa） Fb--混凝土截面积(mm2)

⑶计算混凝土收缩当量温差：ΔT1 =εy/α

式中：α—混凝土的线膨胀系数，取10×10-6/℃ ⑷计算混凝土的平均温度差：ΔT2 =Tj＋（2T（τ）/3）-Tq 式中：Tj—混凝土的浇筑温度

T（τ）—混凝土在龄期τ时的水化热绝热温升 Tq—当地年平均温度

⑸计算混凝土综合温差： T＝ΔT1＋ΔT2 ⑹计算平均裂缝间距：

[L]cp=1.5（hE/Cx）arcosh(|αT|/(|αT |-|εP|)) 式中：h-混凝土块厚度(mm)

E-混凝土的弹性模量（详见混凝土设计规范） CX-地基水平刚度，计算时偏于安全的可按如下取值： 软粘土 0.01～0.03N/mm3 一般砂质粘土 0.03～0.06 N/mm3

1/2

特别坚硬粘土 0.06～0.10 N/mm3 风化岩、低标号素混凝土 0.6～1.0 N/mm3 底部为桩基 CX=Q/F

Q—桩产生单位位移所需的水平力（N/mm） 当桩与结构铰接时Q=2EI(KnD/4EI)3/4

当桩与结构固接时Q=4EI(KnD/4EI)3/4

F—每根桩分担的地基面积

Kn—地基水平侧移刚度（1＊10-2N/mm3） E—桩的弹性模量（MPa） I-—桩的惯性矩（mm4） D-桩的直径或边长

arcosh—反双曲余弦函数 其它符号同前

⑺计算混凝土各龄期的弹性模量：E（τ）＝E (1-e-0.09τ) ⑻计算混凝土的最大拉应力：

σ＝—E（τ）αTSh（τ）Rk/(1-μ)

式中：μ—混凝土的泊松比，取0.15

Rk—混凝土的外约束系数，计算时可按岩石地基Rk＝1,可滑动垫层Rk＝0,

一般地基Rk＝0.25～0.5取值。

Sh（τ）—考虑徐变影响的松弛系数，计算时可安下表取值：

混凝土的松弛系数Sh（τ）

τ（d） 0 Sh（τ）

0.5 1 2 3 7 10 1 0.626 0.617 0.59 0.57 0.502 0.462 20 28 40 60 90 ∞ τ（d） 15 Sh（τ） 0.411 0.374 0.336 0.306 0.288 0.284 0.28 ⑼验算混凝土的抗裂安全度：K=[σ] /σ≥1.15 ⑽计算裂缝宽度：U=αTL（tanhβ）/β

式中：L-取L=[L]cp

β—取β＝（Cx/HE）1/2 tanh—双曲正切函数 其它符号同前

4.常用的防裂技术措施有：

⑴选用中低热矿渣水泥、火山灰质水泥、粉煤灰质水泥或抗硫酸盐水泥配置混凝土，减少混凝土凝结时 的发热量；

⑵掺加减水剂，减少水泥用量，降低水化热量，减缓水化速度；或掺加缓凝型减水剂，除保持掺加减水剂的效果外，还可减缓浇灌速度和强度，利于散热； ⑶掺加粉煤灰，可减少单方水泥用量50～70kg，显著推迟和减少发热量，可降低闻声值20～25%；

⑷合理配料和优选混凝土配合比，提高混凝土的密实度，减少收缩；⑸合理利用混凝土的后期（60天、180天，360天）强度，可降低混凝土强度等级和水泥用量；热天施工，砂石堆场设遮阳装置，必要时喷冷水雾预降温，或利用冰水搅拌混凝土；运输工具加盖防止日晒，以降低混凝土初始温度；

⑹混凝土采用薄层浇筑，加强通风，以加速热量散发，降低浇灌入模温度和升温； ⑺在垫层上设置滑动层和缓冲层（涂刷3～5mm沥青玛啼脂后撒沙或贴二毡三油卷材）以减少约束作用；

⑻矿渣微粉等材料，配制高性能混凝土，控制砂石含泥量，以减少混凝土的收缩，提高极限拉伸强度；

⑼制定合理的温控指标，控制混凝土的表面与内部温差不大于25℃，内部温差不大于20℃，温度陡降不大于10℃；

⑽做好混凝土的养护，适当延长混凝土的拆模时间，提高混凝土强度，减少混凝土表面的温度梯度，必要时采取保温养护，使缓慢降温，充分发挥混凝土的徐变松弛效应，削减混凝土温度收缩应力；

⑾掺加混凝土膨胀剂，配置补偿混凝土收缩，以部分或全部抵消干缩和冷缩在结构中产生的约束应力，防止或减少温度与收缩裂缝的产生；

⑿对特别重要的结构，可在基础内预埋冷却水管，通循环低温水降温，但应通过细致严密的验算，慎重选用；

⒀加快基础回填土，避免结构侧面长期暴露；适时停止降水，避免降温收缩与干缩共同作用，导致应力累加；有条件时可在混凝土浇筑完成后尽快拆模回填土，满灌浇水养护，使混凝土温度与大地温度相融合，减缓升降温速度与梯度； ⒁加强混凝土表面处理，及时排除混凝土表面泌水，适当加强表面振捣，混凝土初凝前对混凝土表面反复摸压或用压辊碾压，⒂实行情报、信息化施工，加强测温监测与管理，及时进行研究分析，采取相应措施，使温差控制在允许的限度内。 ⒂基础的中部填充15～20%的毛石也能起到一定的减少水泥用量，从而降低水泥发热量的作用。 5.施工措施

一般对于混凝土块尺寸不超过规范规定伸缩缝间距的厚大混凝土结构，可仅根据温度验算结论，进行大体积混凝土的防裂控制；对于混凝土块尺寸超过规范规定伸缩缝间距的大尺寸混凝土结构，则应验算混凝土的极限拉应力，据此确定施工应采取的措施。上述的施工技术措施应根据施工当地的条件因地制宜。 5.1混凝土浇灌

混凝土浇筑采取全面分层、分段分层、或从一端向另一端斜面分层法连续浇筑完成，不留施工缝，分层厚度20～30 cm。分段分层采用踏步式分层推进，推进长度一般为1.5～2.5m。斜面分层浇灌每层厚度30～35cm,坡度取1：6～1：7。浇筑应从低处开始，沿长边方向自一端向另一端推进，保持混凝土沿全高均匀上升。浇筑时，要在下一层混凝土初凝前浇筑上一层混凝土，不使混凝土产生实际的施工缝，并将表面泌水及时排除。要求振捣密实，既不能漏振，也不能过振而导致粗骨料过度向下沉积。 5.2养护

养护对保证大体积混凝土的质量至关重要，施工各方必须高度重视，必须严格按批准的施工方案的要求进行。保湿、保温措施应在混凝土初凝后(4- 5h内)开始进行，直到方案规定的养护时间。 5.3温度测量与控制

测温应在混凝土块体上沿中心线呈L型布置测温点，点与点的距离不大于4m，在高度方向的距离0.5～1.0m，测温点采用铜—康铜热电偶。混凝土内导线必须紧附固定筋，同时做好探头的憎水处理。测温应在混凝土浇筑完的升温阶段（浇

筑完成的3～5天之中），开始5天每隔1～2小时测温一次，14天内每隔4～8小时测温一次。应做好测温记录和分析，发现问题及时处理。

混凝土测温也可采用玻璃管温度计。采用玻璃管温度计必须在混凝土浇灌时埋设测温管，测温管采用外径38～50mm的钢管，底部焊钢板封闭，上部用木塞塞紧，防止进水，浇灌混凝土前按设计位置焊到钢筋上固定。测温时，应防止温度计的顶端被钢管碰坏，温度计在管内停留时间不得少于5分钟，当温度计从管内抽出时，应迅速在显示温度的刻度处用手指卡住，立即读出温度值。根据经验，混凝土内的实际温度可能比显示的温度低0.5～1℃，宜在分析时考虑其影响。