大体积混凝土

大体积混凝土

一、大体积混凝土定义：

大体积混凝土一般为一次浇筑量大于1000 m3，或指最小断面尺寸大于1m以上的砼结构，其尺寸已经大到必须采用相应的技术措施妥善处理温度差值，合理解决温度应力并控制裂缝开展的砼结构。

现代建筑中时常涉及到大体积混凝土施工，如高层楼房基础、大型设备基础、水利大坝等。它主要的特点就是体积大，一般实体最小尺寸大于或等于1m.它的表面系数比较小，水泥水化热释放比较集中，内部温升比较快。混凝土内外温差较大时，会使混凝土产生温度裂缝，影响结构安全和正常使用。所以必须从根本上分析它，来保证施工的质量。

二、大体积混凝土特点

结构厚实，混凝土量大，工程条件复杂（一般都是地下现浇钢筋混凝土结构），施工技术要求高，水泥水化热较大（预计超过25度），易使结构物产生温度变形。大体混凝土除了最小断面和内外温度有一定的规定外，对平面尺寸也有一定限制。因为平面尺寸过大，约束作用所产生的温度力也愈大，如采取控制温度措施不当，温度应力超过混凝土所能承受的拉力极限值时，则易产生裂缝。

三、大体积混凝土的裂缝

大体积混凝土内出现的裂缝按深度的不同，分为贯穿裂缝、深层裂缝及表面裂缝三种。贯穿裂缝是由混凝土表面裂缝发展为深层裂缝，最终形成贯穿裂缝。它切断了结构的断面，

可能破坏结构的整体性和稳定性，其危害性是较严重的；而深层裂缝部分地切断了结构断面，也有一定危害性；表面裂缝一般危害性较小。

但出现裂缝并不是绝对地影响结构安全，它都有一个最大允许值。处于室内正常环境的一般构件最大裂缝宽度≤0.3mm；处于露天或室内高湿度环境的构件最大裂缝宽度≤0.2mm。

对于地下或半地下结构，混凝土的裂缝主要影响其防水性能。一般当裂缝宽度在0.1～0.2mm时，虽然早期有轻微渗水，但经过一段时间后，裂缝可以自愈。如超过0.2～0.3mm，则渗漏水量将随着裂缝宽度的增加而迅速加大。所以，在地下工程中应尽量避免超过0.3mm贯穿全断面的裂缝。如出现这种裂缝，将大大影响结构的使用，必须进行化学灌浆加固处理。

大体积混凝土施工阶段所产生的温度裂缝，一方面是混凝土内部因素：由于内外温差而产生的；另一方面是混凝土的外部因素：结构的外部约束和混凝土各质点间的约束，阻止混凝土收缩变形，混凝土抗压强度较大，但受拉力却很小，所以温度应力一旦超过混凝土能承受的抗拉强度时，即会出现裂缝。这种裂缝的宽度在允许限值内，一般不会影响结构的强度，但却对结构的耐久性有所影响，因此必须予以重视和加以控制。

四、产生裂缝的主要原因有以下几方面：

1、水泥水化热

水泥在水化过程中要释放出一定的热量，而大体积混凝土结构断面较厚，表面系数相对较小，所以水泥发生的热量聚集在结构内部不易散失。这样混凝土内部的水化热无法及

时散发出去，以至于越积越高，使内外温差增大。单位时间混凝土释放的水泥水化热，与混凝土单位体积中水泥用量和水泥品种有关，并随混凝土的龄期而增长。由于混凝土结构表面可以自然散热，实际上内部的最高温度，多数发生在浇筑后的最初3～5天。

2、外界气温变化

大体积混凝土在施工阶段，它的浇筑温度随着外界气温变化而变化。特别是气温骤降，会大大增加内外层混凝土温差，这对大体积混凝土是极为不利的。

温度应力是由于温差引起温度变形造成的；温差愈大，温度应力也愈大。同时，在高温条件下，大体积混凝土不易散热，混凝土内部的最高温度一般可达60～65℃，并且有较长的延续时间。因此，应采取温度控制措施，防止混凝土内外温差引起的温度应力。

3、混凝土的收缩

混凝土中约20℅的水分是水泥硬化所必须的，而约80℅的水分要蒸发。多余水分的蒸发会引起混凝土体积的收缩。混凝土收缩的主要原因是内部水蒸发引起混凝土收缩。如果混凝土收缩后，再处于水饱和状态，还可以恢复膨胀并几乎达到原有的体积。干湿交替会引起混凝土体积的交替变化，这对混凝土是很不利的。

影响混凝土收缩，主要是水泥品种、混凝土配合比、外加剂和掺合料的品种以及施工工艺（特别是养护条件）等。

五、大体积混凝土的配制

大体积混凝土所选用的原材料应注意以下几点：

1、粗骨料宜采用连续级配，细骨料宜采用中砂。

2、外加剂宜采用缓凝剂、减水剂；掺合料宜采用粉煤灰、矿渣粉等。

3、大体积混凝土在保证混凝土强度及坍落度要求的前提下，应提高掺合料及骨料的含量，以降低单方混凝土的水泥用量。

4、水泥应尽量选用水化热低、凝结时间长的水泥，优先采用中热硅酸盐水泥、低热矿渣硅酸盐水泥、大坝水泥、矿渣硅酸盐水泥、粉煤灰硅酸盐水泥、火山灰质硅酸盐水泥等。

但是，水化热低的矿渣水泥的析水性比其它水泥大，在浇筑层表面有大量水析出。这种泌水现象，不仅影响施工速度，同时影响施工质量。因析出的水聚集在上下两浇筑层表面间，使混凝土水灰比改变，而在掏水时又带走了一些砂浆，这样便形成了一层含水量多的夹层，破坏了混凝土的粘结力和整体性。混凝土泌水性的大小与用水量有关，用水量多，泌水性大；且与温度高低有关，水完全析出的时间随温度的提高而缩短；此外，还与水泥的成分和细度有关。所以，在选用矿渣水泥时应尽量选择泌水性的品种，并应在混凝土中掺入减水剂，以降低用水量。在施工中，应及时排出析水或拌制一些干硬性混凝土均匀浇筑在析水处，用振捣器振实后，再继续浇筑上一层混凝土。

六、大体积混凝土与普通混凝土的区别

大体积混凝土与普通混凝土的区别表面上看是厚度不同，但其实质的区别是由于混凝土中水泥水化要产生热量，大体积混凝土内部的热量不如表面的热量散失得快，造成内外温差过大，其所产生的温度应力可能会使混凝土开裂。因此判断是否属于大体积混凝土既要考虑厚度这一因素，又要考虑水泥品种、强度等级、每立方米水泥用量等因素，比较准

确的方法是通过计算水泥水化热所引起的混凝土的温升值与环境温度的差值大小来判别，一般来说，当其差值小于25℃时，其所产生的温度应力将会小于混凝土本身的抗拉强度，不会造成混凝土的开裂，当差值大于25℃时，其所产生的温度应力有可能大于混凝土本身的抗拉强度，造成混凝土的开裂，此时就可判定该混凝土属大体积混凝土。

不能以截面尺寸来简单判断是否大体积砼，实际施工中，有些砼厚度达到1m，但也不属于大体积砼的范畴，有些砼虽然厚度未达到1m，但水化热却较大，不按大体积砼的技术标准施工，也会造成结构裂缝。

大体积砼与普通砼的区别表面上看是厚度不同，但其实质的区别是由于砼中水泥水化要产生热量，大体积砼内部的热量不如表面的热量散失得快，造成内外温差过大，其所产生的温度应力可能会使砼开裂。因此判断是否属于大体积砼既要考虑厚度这一因素，又要考虑水泥品种、强度等级、每立方米水泥用量等因素，比较准确的方法是通过计算水泥水化热所引起的砼的温升值与环境温度的差值大小来判别，一般来说，当其差值小于25℃时，其所产生的温度应力将会小于砼本身的抗拉强度，不会造成砼的开裂，当差值大于25℃时，其所产生的温度应力在可能大于砼本身的抗拉强度，造成砼的开裂，此时就可判定该砼属大体积砼，并应按条文中规定的措施进行施工，以确保砼不致开裂，造成工程渗漏水的隐患。

七、大体积砼允许存在裂缝

大体积砼由于其水化热产生温差形成温差应力，表面裂缝容易产生，这些裂缝对于结构正常使用一般不会有影响。但是，目前工程实践中普遍采用大体积砼不允许裂缝的标准，导致保养和温度控制措施复杂，额外费用较大。

大体积混凝土结构出现裂缝更普遍。在全国调查的高层建筑地下结构中，底板出现裂缝的现象占调查总数的20％左右，地下室的外墙混凝土出现裂缝的现象占调查总数的80％左右。所以，混凝土结构的裂缝是建筑工程长期困扰的一个技术难题，一直未能很好地解决。

国内外工程技术界都认为，规定钢筋混凝土结构的最大裂缝宽度主要是为了保证钢筋不产生锈蚀。各规范中有关允许最大裂缝宽度的规定虽小但基本相同。如在正常的空气环境中裂缝允许宽度为0.3～0.4mm；在轻微腐蚀介质中，裂缝允许宽度为0.2～0.3mm；在严重腐蚀介质中，裂缝允许宽度为0.1～0.2mm。科学的要求是将其有害程度控制在允许范围之内。

八、大体积防水混凝土的施工，应采取以下措施：

1、混凝土的浇筑方法可用分层连续浇筑或推移式连续浇筑，不得留施工缝，并应符合下列规定：

（1）混凝土的摊铺厚度应根据所用振捣器的作用深度及混凝土的和易性确定，当采用泵送混凝土时，混凝土的摊铺厚度不大于600mm；当采用非泵送混凝土时，混凝土的摊铺厚度不大于400mm.

（2）分层连续浇筑或推移式连续浇筑，其层间的间隔时间应尽量缩短，必须在前层混凝土初凝之前，将其次层混凝土浇筑完毕。层间最长的时间间隔不大于混凝土的初凝时间。当层间间隔时间超过混凝土的初凝时间。层面应按施工缝处理。

2、大体积混凝土施工采取分层浇筑混凝土时，水平施工缝的处理应符合下列规定：

1）清除浇筑表面的浮浆、软弱混凝土层及松动的石子，并均匀露出粗骨料；

2）在上层混凝土浇筑前，应用压力水冲洗混凝土表面的污物，充分湿润，但不得有水；

3）对非泵送及低流动度混凝土，在浇筑上层混凝土时，应采取接浆措施。

3、混凝土的拌制、运输必须满足连续浇筑施工以及尽量降低混凝土出罐温度等方面的要求，并应符合下列规定：

1）当炎热季节浇筑大体积混凝土时，混凝土搅拌场站宜对砂、石骨料采取遮阳、降温措施；

2）当采用泵送混凝土施工时，混凝土的运输宜采用混凝土搅拌运输车，混凝土搅拌运输车的数量应满足混凝土连续浇筑的要求。

4、在混凝土浇筑过程中，应及时清除混凝土表面的泌水。泵送混凝土的水灰比一般较大，泌水现象也较严重，不及时清除，将会降低结构混凝土的质量。

5、混凝土浇筑完毕后，应及时按温控技术措施的要求进行保温养护，并应符合下列规定：

1）保温养护措施，应使混凝土浇筑块体的里外温差及降温速度满足温控指标的要求；

2）保温养护的持续时间，应根据温度应力（包括混凝土收缩产生的应力）加以控制、确定，但不得少于15d，保温覆盖层的拆除应分层逐步进行；

3）在保温养护过程中，应保持混凝土表面的湿润。保温养护是大体积混凝土施工的关键环节，其目的主要是降低大体积混凝土浇筑块体的内外温差值以降低混凝土块体的自约束应

力；其次是降低大体积混凝土浇筑块体的降温速度，充分利用混凝土的抗拉强度，以提高混凝土块体承受外约束廊力的抗裂能力，达到防止或控制温度裂缝的目的。同时，在养护过程中保持良好的湿度和抗风条件，使混凝土在良好的环境下养护。施工人员需根据事先确定的温控指标的要求，来确定大体积混凝土浇筑后的养护措施。

6、塑料薄膜、草袋可作为保温材料覆盖混凝土和模板，在寒冷季节可搭设挡风保温棚。覆盖层的厚度应根据温控指标的要求计算。

7、对标高位于±0.0以下的部位，应及时回填土；±0.0以上的部位应及时加以覆盖，不宜长期暴露在风吹日晒的环境中。

8、在大体积混凝土拆模后，应采取预防寒潮袭击、突然降温和剧烈干燥等措施。

9、在设计许可的情况下，采用混凝土60d强度作为设计强度；

10、采用低热或中热水泥，掺加粉煤灰、磨细矿渣粉等掺合料；

11、掺入减水剂、缓凝剂、膨胀剂等外加剂；

九、大体积混凝土浇筑温度问题

在《混凝土结构工程施工质量验收规范》GB50204—2002中，对于浇筑温度无不宜超过28℃的限制。控制浇筑温度是有好处的，要降低浇筑温度必须从降低砼出机温度入手，其目的是降低大体积砼的总温升值和减小结构的内外温差。降低砼出机温度最有效的方法是降低石子的温度，由于夏季气温较高，为防止太阳的直接照射，可要求商品砼供应商在砂、石堆场搭设简易遮阳装置，必要时向骨料喷射水雾或使用前作淋水冲洗。在控制砼的浇筑

温度方面，通过计算砼的工程量，做到合理安排施工流程及机械配置，调整浇筑时间为以夜间浇筑为主，少在白天进行，以免因暴晒而影响质量。

十、大体积混凝土降温速率问题

大体积砼的温度变化先是一个升温过程，升到最高点后就慢慢降温，升温的速度要比降温的速度大。

那么大体积砼何时达到最高点呢？主要决定于配合比、几何尺寸、现场条件等因素，根据工程统计，一般的大体积砼浇筑后3～4d出现最高点。

国家规范对于温度控制有前述规定，但对于降温速率未提出明确要求。如大体积砼升温时内表温差过大，会造成表面裂缝；那么降温速率过快，会造成贯穿性冷缩缝，也是绝对不允许的。

理论上，任何材料的允许温差与材料的极限值有关。对于大体积砼而言，如果降温过快，虽然内表温差仍然控制在规范要求之内，但由于砼内部温差过大，温差应力达到砼的极限抗拉强度时，理论上就会出现裂缝，而且此裂缝出现在大体积砼的内部，如果相差过大，就会出现贯穿裂缝，影响结构使用，因此，降温速率的快慢直接关系到大体积砼内部拉应力的发展。

那么，降温速率到底取多大值呢？理论上要求温差应力必须小于同一时间的砼抗拉极限强度。目前有的工程采用降温速率取2～3℃/d，跟踪后也未见贯穿裂缝，但是对于大多数施工单位来说，由于没有全面可靠的数据资料，为安全起见仍采用≤1～1.5℃/d。

砼养护可遵循降温速率“前期大后期小”的原则。因养护前期砼处于升温阶段，弹性模量、温度应力较小，而抗拉强度增长较快，在保证砼表面湿润的基础上应尽量少覆盖，让其充分散热，以降低砼的温度，亦即养护前期砼降温速率可稍大。养护后期砼处于降温阶段，弹性模量增加较快，温度应力较大，应加强保温，控制降温速率。

十一、大体积砼裂缝产生的原因

（1）水泥水化热

水泥在水化过程中要产生大量的热量，是大体积砼内部热量的主要来源。由于大体积砼截面厚度大，水化热聚集在结构内部不易散失，使砼内部的温度升高。砼内部的最高温度，大多发生在浇筑后的3～5d，当砼的内部与表面温差过大时，就会产生温度应力和温度变形。温度应力与温差成比，温差越大，温度应力也越大。当砼的抗拉强度不足以抵抗该温度应力时，便开始产生温度裂缝。这就是大体积砼容易产生裂缝的主要原因。

（2）约束条件

大体积钢筋砼与地基浇筑在一起，当早期温度上升时产生的膨胀变形受到下部地基的约束而形成压应力。由于砼的弹性模量小，徐变和应力松弛度大，使砼与地基连接不牢固，因而压应力较小。但当温度下降时，产生较大的拉应力，若超过砼的抗拉强度，砼就会出现垂直裂缝。

（3）外界气温变化

大体积砼在施工期间，外界气温的变化对大体积砼的开裂有重大影响。砼内部温度是

由浇筑温度、水泥水化热的绝热温度和砼的散热温度三者的叠加。外界温度越高，砼的浇筑温度也越高。外界温度下降，尤其是骤降，大大增加外层砼与砼内部的温度梯度，产生温差应力，造成大体积砼出现裂缝。因此控制砼表面温度与外界气温温差，也是防止裂缝的重要一环。

（4）砼的收缩变形

砼的拌合水中，只有约20%的水分是水泥水化所必需的，其余80%要被蒸发。砼中多余水分的蒸发是引起砼体积收缩的主要原因之一。这种收缩变形不受约束条件的影响，若存在约束，就会产生收缩应力而出现裂缝。

十二、大体积砼温度控制的方法

大体积砼养护时的温度控制一般有两种方法：

一种是降温法，即在砼浇筑成型后，通过循环冷却水降温，从结构物的内部进行温度控制；

另一种是保温法，即砼浇筑成型后，通过保温材料、碘钨灯或定时喷浇热水、蓄存热水等办法，提高砼表面及四周散热面的温度，从结构物的外部进行温度控制。保温法基本原理是利用砼的初始温度加上水泥水化热的温升，在缓慢的散热过程中（通过人为控制），使砼获得必要的强度。

十三、大体积砼采用保温、保湿养护的作用

大体积砼养护主要是保持适宜的温度和湿度条件。

保温养护作用：

1、减少砼表面的热扩散，减小砼表面的温度梯度，防止产生表面裂缝。

2、延长散热时间，充分发挥砼的潜力和材料的松弛特性。使砼的平均总温差所产生的拉应力小于砼抗拉强度，防止产生贯穿裂缝。

保湿养护的作用：

1、刚浇筑不久的砼，尚处于凝固硬化阶段，水化的速度较快，适宜的潮湿条件可防止砼表面脱水而产生干缩裂缝。

2、砼在潮湿条件下，可使水泥的水化作用顺利进行，提高砼的极限拉伸强度。

防水混凝土的养护是至关重要的。在浇灌后，如混凝土养护不及时，混凝土内水分将迅速蒸发，使水泥水化不完全。而水分蒸发造成毛细管网彼此连通，形成渗水通道；同时混凝土收缩增大，出现龟裂，使混凝土抗渗性急剧下降，甚至完全丧失抗渗能力。若养护及时，防水混凝土在潮湿的环境中或水中硬化，能使混凝土内的游离水分蒸发缓慢，水泥水化充分，水泥水化生成物堵塞毛细孔隙，因而形成不连通的毛细孔，提高了混凝土的抗渗性。

十四、大体积混凝土的温控施工现场监测工作

1、大体积混凝土的温控施工中，除应进行水泥水化热的测定外，在混凝土浇筑过程中还应进行混凝土浇筑温度的监测，在养护过程中应进行混凝土浇筑块体升降温、内外温差、降温速度及环境温度等监测。监测的规模可根据所施工工程的重要性和施工经验确定，测温的方法可采用先进的测温方法，如有经验也可采用简易测温方法。这些监测结果能及时反

馈现场大体积混凝土浇筑块内温度变化的实际情况，以及所采用的施工技术措施的效果。为工程技术人员及时采取温控对策提供科学依据。

2、混凝土的浇筑温度系指混凝土振捣后，位于混凝土上表面以下50～l00mm深处的温度。混凝土浇筑温度的测试每工作班（8h）应不少于2次。

3、大体积混凝土浇筑块体内外温差、降温速度及环境温度的测试，每昼夜应不少于2次。

4、大体积混凝土浇筑块体温度监测点的布置，以能真实反映出混凝土块体的内外温差、降温速度及环境温度为原则，一般可按下列方式布置：

1）温度监测的布置范围以所选混凝土浇筑块体平面图对称轴线的半条轴线为测温区（对长方体可取较短的对称轴线），在测温区内温度测点呈平面布置；

2）在测温区内，温度监测的位置可根据混凝土浇筑块体内温度场的分布情况及温控的要求确定；

3）在基础平面半条对称轴线上，温度监测点的点位宜不少于4处；

4）沿混凝土浇筑块体厚度方向，每一点位的测点数量，宜不少于5点；

5）保温养护效果及环境温度监测点数量应根据具体需要确定；

6）混凝土浇筑块体底表面的温度，应以混凝土浇筑块体底表面以上50mm处的温度为准；

7）混凝土浇筑块体的外表温度，应以混凝土外表以内50ram处温度为准。

5、测温元件的选择应符合下列规定：测温元件的测温误差应不大于0.3℃；测温元件安装前，必须在浸水24h后，按上述的要求进行筛选。

6、监测仪表的选择应符合下列规定：温度记录的误差应不大于±l℃；测温仪表的性能和质量应保证施工阶段测试的要求。

7、测温元件的安装及保护应符合下列规定：

1）测温元件安装位置应准确，固定牢固，并与结构钢筋及固定架金属体绝热；

2）测温元件的引出线应集中布置，并加以保护；

3）混凝土浇筑过程中，下料时不得直接冲击测温元件及其引出线，振捣时，振捣器不得触及测温元件及其引出线。

在测温过程中，当发现温度差超过25℃时，应及时加强保温或延缓拆除保温材料，以防止砼产生温差应力和裂缝。

十五、大体积砼施工时防止裂缝产生的有关技术措施

大体积砼施工时，一是要尽量减少水泥水化热，推迟放热高峰出现的时间，如采用60d龄期的砼强度作为设计强度（此点必须征得设计单位的同意），以降低水泥用量；掺粉煤灰可替代部分水泥，既可降低水泥用量，且由于粉煤灰的水化反应较慢，可推迟放热高峰的出现时间；掺外加剂也可达到减少水泥、水的用量，推迟放热高峰的出现时间；夏季施工时采用冰水拌和、砂石料场遮阳、砼输送管道全程覆盖洒冷水等措施可降低砼的出机和入模温度。以上这些措施可减少砼硬化过程中的温度应力值。二是进行保温保湿养护，养护时

间不应少于14d，使砼硬化过程中产生的温差应力小于砼本身的抗拉强度，从而可避免砼产生贯穿性的有害裂缝。三是采用分层分段法浇筑砼，分层振捣密实以使砼的水化热能尽快散失。还可采用二次振捣的方法，增加砼的密实度，提高抗裂能力，使上下两层砼在初凝前结合良好。四是做好测温工作，随时控制砼内的温度变化，及时调整保温及养护措施，使混凝土中心温度与表面温度的差值、混凝土表面与大气温度差值均不应超过25℃。