大體積混凝土裂縫控制措施探討

喬樹(shù)軍

摘要：混凝土澆筑中的裂縫控制是一個(gè)普遍存在的難題，尤其對(duì)大體積混凝土結(jié)構(gòu)，施工時(shí)應(yīng)采取各種防范控制措施，保證混凝土的澆筑質(zhì)量，防止出現(xiàn)裂縫。本文分析了大體積混凝土裂縫的產(chǎn)生原因，并結(jié)合實(shí)例提出了裂縫控制的技術(shù)措施。

關(guān)鍵詞：大體積混凝土裂縫控制

1大體積混凝土的界定

大體積混凝土目前尚無(wú)一個(gè)明確的定義，國(guó)外的定義也不盡相同。日本建筑學(xué)會(huì)標(biāo)準(zhǔn)(JASS5)規(guī)定：“結(jié)構(gòu)斷面最小厚度在80cm以上，同時(shí)水化熱引起混凝土內(nèi)部的最高溫度與外界氣溫之差預(yù)計(jì)超過(guò)25℃的混凝土，稱(chēng)為大體積混凝土”。美國(guó)混凝土學(xué)會(huì)(ACI)規(guī)定：“任何就地澆筑的大體積混凝土，其尺寸之大，必須要求解決水化熱及隨之引起的體積變形問(wèn)題，以最大限度減少開(kāi)裂”。

我國(guó)混凝土結(jié)構(gòu)施工規(guī)范認(rèn)為：凡是結(jié)構(gòu)物斷面最小尺寸在3m以上的混凝土塊體，單面散熱的結(jié)構(gòu)斷面最小尺寸在75cm以上，雙面散熱在100cm以上，水化熱引起的最高溫度與外界氣溫之差，預(yù)計(jì)超過(guò)25℃的混凝土，均可稱(chēng)為大體積混凝土。

2裂縫種類(lèi)及產(chǎn)生原因

大體積混凝土結(jié)構(gòu)往往容易產(chǎn)生各種各樣的裂縫，按裂縫的方向、形狀分為；水平裂縫，垂直裂縫，橫向裂縫，縱向裂縫，斜向裂縫以及放射狀裂縫等；按裂縫深度分為：貫穿裂縫、深層裂縫及表面裂縫。裂縫的產(chǎn)生是由多種因素引起的，其主要影響因素如下：

2.1水泥水化熱引起的溫度應(yīng)力和溫度變形水泥在水化過(guò)程中產(chǎn)生大量的水化熱，主要集中在澆筑后7d左右，而使混凝土內(nèi)部溫度不斷升高，當(dāng)內(nèi)外部溫差過(guò)大時(shí)，就會(huì)產(chǎn)生溫度變形和溫度應(yīng)力，溫度應(yīng)力一旦超過(guò)混凝土內(nèi)外的約束力，就會(huì)產(chǎn)生裂縫。對(duì)大體積混凝土而言，這種現(xiàn)象尤其嚴(yán)重。

2.2混凝土收縮產(chǎn)生裂縫在硬化后期，混凝土內(nèi)部自由水分蒸發(fā)，就會(huì)出現(xiàn)干燥收縮，而表面干燥收縮快，中心干燥收縮慢，使混凝土表面產(chǎn)生拉應(yīng)力，造成混凝土開(kāi)裂。

2.3外界氣溫變化的影響大體積混凝土在施工階段，常受外界氣溫的影響。當(dāng)氣溫下降，特別是氣溫驟降時(shí)，會(huì)大大增加外層混凝土與混凝土內(nèi)部的溫度梯度，產(chǎn)生溫差和溫度應(yīng)力，拉應(yīng)力一旦超過(guò)混凝土的抗拉強(qiáng)度極限，混凝土表面就會(huì)產(chǎn)生裂縫，這種裂縫多發(fā)生在混凝土施工中后期。

2.4其他因素的影響地基的不均勻沉降、混凝土配合比不良、堿骨料反應(yīng)裂縫和鋼筋銹蝕等其他不利因素，也會(huì)使混凝土產(chǎn)生裂縫，因此應(yīng)從各個(gè)方面綜合控制。

3裂縫控制的技術(shù)措施

裂縫會(huì)加速混凝土碳化和鋼筋銹蝕，并產(chǎn)生惡性循環(huán)，嚴(yán)重破壞混凝土結(jié)構(gòu)的安全性和耐久性，給工程造成嚴(yán)重?fù)p失，所以裂縫控制顯得尤為重要。裂縫控制的主要技術(shù)措施涉及從設(shè)計(jì)到施工乃至后期養(yǎng)護(hù)的整個(gè)過(guò)程，分別介紹如下：

3.1配合比的選用和水泥用量的控制大量的試驗(yàn)研究和工程實(shí)踐表明，每立方砼的水泥用量增減10kg，其水化熱使砼的溫度相應(yīng)升高或降低1℃。在施工過(guò)程中，要在保證混凝土強(qiáng)度的條件下，通過(guò)進(jìn)行砼試配，以進(jìn)一步降低水泥用量。

3.2優(yōu)選混凝土各種原材料

3.2.1水泥：考慮普通水泥水化熱較高，特別是應(yīng)用到大體積混凝土中，大量水化熱不易散發(fā)，導(dǎo)致混凝土內(nèi)部溫度過(guò)高，內(nèi)外部溫差過(guò)大使混凝土內(nèi)部產(chǎn)生壓應(yīng)力，表面產(chǎn)生拉應(yīng)力，表面拉應(yīng)力超過(guò)早期混凝土抗拉強(qiáng)度時(shí)就會(huì)產(chǎn)生溫度裂縫，因此應(yīng)優(yōu)先選用低水化熱的水泥品種，如粉煤灰硅酸鹽水泥、礦渣硅酸鹽水泥(有抗?jié)B要求不宜使用)。

3.2.2粗骨料：采用碎石，粒徑5—25mm，含泥量不大于1％。選用粒徑較大、級(jí)配良好的石子配制的混凝土，和易性較好，抗壓強(qiáng)度較高。同時(shí)可以減少用水量及水泥用量，從而使水泥水化熱減少，降低混凝土溫升。

3.2.3細(xì)骨料：采用中砂，平均粒徑大于0.5mm，含泥量不大于5％。選用平均粒徑較大的中、粗砂拌制的混凝土比采用細(xì)砂拌制的混凝土可減少用水量10％左右，同時(shí)相應(yīng)減少水泥用量，使水泥水化熱減少，降低混凝土溫升，并可減少混凝土收縮。

3.2.4粉煤灰：粉煤灰的水化熱遠(yuǎn)小于水泥，在大體積混凝土中摻入20％—25％粉煤灰，不僅可減少水泥用量，又可有效降低水化熱。同時(shí)，使用粉煤灰可變廢為寶，符合環(huán)保要求。

3.2.5外加劑；選用緩凝減水劑，降低水化溫升，延遲水化熱釋放速度，有效防止裂縫。

3.3設(shè)計(jì)優(yōu)化措施①精心設(shè)計(jì)混凝土配合比，盡可能的降低混凝土的單位用水量。②增配構(gòu)造筋提高抗裂性能，配筋應(yīng)采用小直徑、小間距。③在易裂的邊緣部位設(shè)置暗梁，提高該部位的配筋率，提高混凝土的極限拉伸。④充分考慮施工時(shí)的氣候特征，合理設(shè)置后澆縫。

3.4施工及養(yǎng)護(hù)控制措施①控制砼的出機(jī)溫度和入模溫度，盡量避免溫度過(guò)高或過(guò)低時(shí)施工。②合理安排施工時(shí)序，嚴(yán)格控制混凝土的澆筑速度，一次澆注的混凝土不可過(guò)高、過(guò)厚，以保證混凝土溫度均勻上升。③采用合理的施工方法，分層均勻澆筑，每層混凝土初凝前都確保被上層混凝土覆蓋，保證上下層澆筑間隔不超過(guò)混凝土初凝時(shí)間，避免施工裂縫出現(xiàn)。④保證振搗密實(shí)，嚴(yán)格控制振搗時(shí)間、移動(dòng)距離和插入深度，嚴(yán)防漏振及過(guò)振。⑤加強(qiáng)養(yǎng)護(hù)期間溫度監(jiān)測(cè)，及時(shí)獲得混凝土升降溫、里外溫差、降溫速度及環(huán)境溫度的實(shí)際情況，并合理制定溫控措施。⑥通過(guò)搭蓋保溫棚、表面蓄水、噴灑養(yǎng)護(hù)液或直接灑水等方式，對(duì)混凝土保溫保濕養(yǎng)護(hù)，降低混凝土內(nèi)外溫差，減少溫度應(yīng)力。

4應(yīng)用實(shí)例

國(guó)家體育場(chǎng)是2008年北京舉辦第29屆奧運(yùn)會(huì)的主會(huì)場(chǎng)，南北最長(zhǎng)450m，東西最寬300m，為典型的超長(zhǎng)結(jié)構(gòu)。根據(jù)設(shè)計(jì)資料，承臺(tái)和基礎(chǔ)底板的混凝土抗?jié)B等級(jí)C40P8?；A(chǔ)底板厚500～700mm，大致分為270mm×300mm、126mm×55mm、45mm×300mm、100mm×300mm四塊底板，樁基承臺(tái)混凝土最大厚度6m，屬于大體積混凝土。由于底板和樁基承臺(tái)厚度過(guò)大，保護(hù)層厚，外墻和底板結(jié)構(gòu)不設(shè)伸縮縫，而且施工期5、6月份溫度高，常伴有大風(fēng)天氣，因此混凝土裂縫控制的難度很大。

通過(guò)研究，工程采取了設(shè)計(jì)優(yōu)化措施、原材料與配合比方面以及施工方面的技術(shù)措施：①設(shè)計(jì)優(yōu)化措施：設(shè)置后澆帶和控制縫，疏導(dǎo)或分散混凝土收縮變形；適當(dāng)增加抗裂配筋，將應(yīng)力集中的承臺(tái)導(dǎo)角由直角變成斜坡形。②原材料與配合比方面措施：原材料中水泥選用堿含量和早期水化熱較低的42.5普通硅酸鹽水泥，外加劑選用北京高星RH—7緩凝高效減水劑，骨料選用5—25mm碎石和細(xì)度模數(shù)2.6—2.8中砂，摻合料選用磨細(xì)復(fù)合粉(78％礦渣粉+22％粉煤灰)，并加大摻量取代水泥，同時(shí)添加膨脹劑，補(bǔ)償混凝土的收縮。通過(guò)進(jìn)行大量的試配研究工作，最終確定配比。③施工方面措施：施工過(guò)程中選擇適宜溫度澆筑，盡量避開(kāi)高溫、大風(fēng)天氣；合理安排施工程序，分層澆筑均勻上升；加強(qiáng)振搗，提高混凝土密實(shí)度和抗拉強(qiáng)度。養(yǎng)護(hù)期間前三天采用蓄水養(yǎng)護(hù)，表面覆蓋潮濕草袋，并采取14天延長(zhǎng)養(yǎng)護(hù)，延緩降溫時(shí)間和速度。

實(shí)踐證明，通過(guò)采取以上措施，調(diào)整混凝土的凝結(jié)時(shí)間，延緩和降低水化熱峰值，抑制了溫度裂縫，收到了預(yù)期效果。

5結(jié)束語(yǔ)

大體積混凝土產(chǎn)生裂縫是由多種原因造成的，在大體積混凝土施工中，通過(guò)合理選擇施工材料、優(yōu)化混凝土配合比、改善施工工藝、提高施工質(zhì)量、嚴(yán)格施工管理以及加強(qiáng)后期養(yǎng)護(hù)等控制措施，可以有效防止裂縫的產(chǎn)生，避免給工程造成不必要的損失。