淺析大體積混凝土裂縫成因及施工控制

寧芳芬　夏愛平

摘要：隨著科技進(jìn)步，高層建筑和大跨徑的橋梁得到迅速發(fā)展，大體積混凝土結(jié)構(gòu)的應(yīng)用日益普遍。在施工過程中，如果不采取正確的施工方法和有效的控制措施，混凝土的內(nèi)外溫差一般都會(huì)大于25℃，很容易造成混凝土大面積裂縫，這些裂縫會(huì)給有害物質(zhì)提供方便的侵入點(diǎn)，使裂縫不斷擴(kuò)大，影響結(jié)構(gòu)的使用，甚至造成結(jié)構(gòu)的破壞。因此，除滿足一般混凝土的要求外，大體積混凝土結(jié)構(gòu)的裂縫控制尤為重要。

關(guān)鍵詞：裂縫成因；施工控制

1 裂縫的表現(xiàn)形式與成因分析

1.1 表現(xiàn)形式

由于混凝土沉縮、表面塑性收縮產(chǎn)生的表面淺層裂縫。該類裂縫一般在平面內(nèi)分布無規(guī)則且較短，不影響結(jié)構(gòu)使用，僅作表面防護(hù)處理即可。

由于混凝土升溫過高、溫差過大或降溫過快產(chǎn)生的深層、通長或貫穿裂縫。該類裂縫一般首先出現(xiàn)在長邊方向的中部、邊角處和截面突然變化處，影響結(jié)構(gòu)整體受力和使用耐久性。

1.2 成因分析

大體積混凝土裂縫主要由以下三方面的原因引起：

混凝土在凝固初期產(chǎn)生大量的水化熱，致使內(nèi)部溫度迅速升高，體積膨脹擴(kuò)大，此時(shí)由于受基巖或前期混凝土的約束產(chǎn)生壓應(yīng)力。在混凝土凝固后期冷卻收縮時(shí)，則產(chǎn)生拉應(yīng)力，且拉應(yīng)力大于升溫膨脹產(chǎn)生的壓應(yīng)力值。當(dāng)拉應(yīng)力超過混凝土的極限抗拉應(yīng)力時(shí)，則會(huì)在混凝土內(nèi)部產(chǎn)生裂縫，可能發(fā)展成貫穿裂縫，對結(jié)構(gòu)造成極大的破壞。

在混凝土澆筑后外界氣溫突然下降，在混凝土內(nèi)外部產(chǎn)生較大溫差，使混凝土表面產(chǎn)生很大的溫度拉應(yīng)力，形成表面裂縫。

混凝土在澆筑后，因塑性收縮和縮水收縮而產(chǎn)生的表面收縮裂縫。

其中，由于后兩方面原因引起的裂縫，只要我們按照規(guī)范要求進(jìn)行正常的養(yǎng)護(hù)，均可以得到有效控制和避免。而第一方面由水泥水化熱引起的較大溫差則是大體積混凝土產(chǎn)生溫度裂縫最直接、最根本的原因，也是我們在施工中必須克服的難題之一。

2 溫差控制與防裂

根據(jù)《塊體基礎(chǔ)大體積砼施工技術(shù)規(guī)程》YBJ224-91規(guī)定，大體積混凝土工程施工前，應(yīng)對施工階段大體積混凝土澆筑塊體的溫度進(jìn)行驗(yàn)算，確定施工階段大體積混凝土澆筑塊體的升溫峰值、里外溫差及降溫速度的控制指標(biāo)，制定溫控施工的技術(shù)措施。通過溫控施工技術(shù)措施的落實(shí)，確保施工質(zhì)量、防止有害裂縫、特別是貫穿裂縫的產(chǎn)生?；炷帘砻鏈囟攘芽p寬度應(yīng)小于0.3mm。

2.1 合理選材，改善配比

2.1.1原材料控制。

水泥：采用水化熱較低和凝結(jié)時(shí)間較長的水泥，如礦渣水泥、大壩水泥或粉煤灰水泥等。在材料比選時(shí)，應(yīng)對不同種類和品牌的水泥取樣進(jìn)行水化熱試驗(yàn)，經(jīng)過分析比較，優(yōu)先選用同量同等條件下水化熱較低的水泥。

粗骨料：采用5mm～31.5mm連續(xù)級(jí)配碎石，針片狀顆粒含量不應(yīng)大于10％，含泥量不應(yīng)大于1％。

細(xì)骨料：采用級(jí)配良好、質(zhì)地堅(jiān)硬的優(yōu)質(zhì)中粗河砂，含泥量不應(yīng)大于2％，細(xì)度模數(shù)控制在2.3mm～2.7mm之間。

水：達(dá)到飲用水標(biāo)準(zhǔn)。

粉煤灰：粉煤灰是一種優(yōu)質(zhì)的摻和料，使用時(shí)應(yīng)選擇一級(jí)粉煤灰，盡可能選用細(xì)度模數(shù)大且燒失量低的粉煤灰。

外加劑：采用緩凝高效減水劑。

２.1.2 改善配比。

盡可能降低水泥用量。 根據(jù)水化熱溫升經(jīng)驗(yàn)公式：T=To+Q／N+L／50(式中：T—水化熱溫升，℃；To—混凝土入模溫度，℃；Q—每立方米混凝土水泥用量，Kg／m3；N—試驗(yàn)常數(shù)，早強(qiáng)類水泥取9，普通水泥取10，礦渣類水泥取11；L—每立方米混凝土粉煤灰用量，Kg／m3。)可知，每立方米混凝土每減少10Kg水泥用量，混凝土的水化熱溫升降低1℃左右。因此，在保證混凝土強(qiáng)度的前提下，盡可能降低水泥用量是最可靠的控溫措施之一。水泥用量一般不應(yīng)超過350Kg／m3。

參用粉煤灰。混凝土摻加粉煤灰主要是為了取代部分水泥，減少水泥用量，降低水化熱，同時(shí)還可以充當(dāng)填充材料，并改善混凝土的和易性。粉煤灰用量一般為水泥用量的30％～40％。

摻加高效減水劑?；炷翐郊痈咝p水劑有雙重作用，一方面使混凝土緩凝，以推遲水化熱峰值的出現(xiàn)，使混凝土表面溫度梯度減少；另一方面可以降低水灰比，避免水灰比過大產(chǎn)生塑性收縮。

2.2施工過程控制

控制混凝土的出機(jī)溫度和澆筑溫度。研究表明：對混凝土出機(jī)溫度影響最大的是碎石和水的溫度，砂的溫度次之，水泥的溫度影響最小。因此，降低出機(jī)溫度的最有效辦法就是降低碎石的溫度。在氣溫較高時(shí)，為防止太陽的直接照射，砂石堆場應(yīng)設(shè)遮陽棚；必要時(shí)，部分拌和用水以碎冰形式加入。為了保證混凝土的均勻性，在攪拌終了前，應(yīng)使混凝土拌和物中的冰全部溶化。

為了控制混凝土的澆筑溫度，可加快運(yùn)輸速度，縮短運(yùn)輸時(shí)間，在運(yùn)輸途中盡量放慢攪拌速度。在氣溫較高時(shí)，對運(yùn)輸車的攪拌罐噴淋冷水，減少運(yùn)輸過程中吸收太陽的輻射熱。同時(shí)，加大澆筑強(qiáng)度，縮短澆筑時(shí)間。

采用分層或分塊澆筑，加快混凝土散熱速度。

分層澆筑。

①分層施工時(shí)母層厚度應(yīng)控制在1m～1.5m之間，具體可視混凝土澆筑能力和降溫措施而定。

②應(yīng)在前層混凝土初凝或失去重塑性能前完成下層混凝土的澆筑搗實(shí)。

③當(dāng)在前層混凝土初凝或失去重塑性能前無法完成下層混凝土施工時(shí)，應(yīng)按規(guī)定間歇4d～7d，待前層混凝土達(dá)到一定強(qiáng)度時(shí)，方可進(jìn)行下層混凝土的澆筑，且在澆筑前對兩層結(jié)合面按施工縫進(jìn)行鑿毛和清掃浮漿處理。

分塊澆筑。

當(dāng)截面面積大于100m2時(shí)，在前層混凝土開始初凝或失去重塑性能前來不及完成下層混凝土的澆筑振搗時(shí)，此時(shí)若采用分層澆筑，間隔時(shí)間長，延誤工期。為加快施工進(jìn)度和保證工程質(zhì)量，應(yīng)統(tǒng)籌安排，采用分塊澆筑。

①合理布置分塊區(qū)域，每塊平均面積不宜小于50m2，高度不宜大于1.5m。

②上下鄰層混凝土間的豎向接縫，應(yīng)錯(cuò)開布置，做成企口，并按施工縫處理。

2.3冷卻水降溫。

在混凝土內(nèi)部布置冷卻水管，混凝土終凝后開始通水冷卻降溫。通過冷卻水循環(huán)，降低混凝土內(nèi)部溫度，縮小內(nèi)外溫差。在混凝土內(nèi)部合理布置測溫點(diǎn)，埋設(shè)測溫傳感器，及時(shí)通過測溫點(diǎn)監(jiān)測溫度，掌握混凝土內(nèi)部各測點(diǎn)的溫度變化，以便及時(shí)調(diào)整冷卻水流量，控制溫差，確保混凝土內(nèi)外溫差小于25℃。

冷卻循環(huán)水管可采用φ25mm左右鐵管，按照冷卻水由較熱中心區(qū)流向邊區(qū)的原則，進(jìn)水管口設(shè)在靠近混凝土中心處，出水管口設(shè)在混凝土邊區(qū)處。進(jìn)出水管口均引出混凝土頂面以上。每層水管的垂直進(jìn)出水口互相錯(cuò)開，且在出水口處設(shè)調(diào)節(jié)水管流量的水閥和測流量設(shè)備。

冷卻水管安裝時(shí)，要與鋼筋骨架和支撐桁架固定牢靠，以防混凝土澆筑時(shí)水管變形及脫落而發(fā)生堵水和漏水，并做通水試驗(yàn)。

混凝土終凝后，方可通水循環(huán)。

用溫度計(jì)及時(shí)測出進(jìn)出口的水溫，不斷調(diào)整水管流量，水管流量可控制在1.2m3/h～1．5m3/h，將進(jìn)出水溫差控制在10℃左右，且水溫與混凝土內(nèi)部溫度相差不大于20℃。

冷卻水管使用完畢，需要壓注水泥漿封閉。

2.4改善約束條件

在巖石地基或厚度較大的混凝土墊層上澆筑大體積混凝土?xí)r，可在巖石地基或混凝土墊層上鋪設(shè)隔離層以減少垂直收縮裂縫。隔離層一般采用涂刷一層3mm～5mm厚的瀝青或干鋪二氈三油。當(dāng)混凝土平面尺寸過大時(shí)，可采用后澆帶，即在結(jié)構(gòu)中適當(dāng)部位每隔20m～30m預(yù)留寬為0.5m～1m的后澆帶，澆筑混凝土30天～40天后封閉。

2.5加強(qiáng)養(yǎng)護(hù)

大體積混凝土易受到太陽暴曬及雨水、冷空氣等襲擊，致使表面溫度變化較大，產(chǎn)生較大溫差，造成裂縫。因此，加強(qiáng)養(yǎng)護(hù)也是防止開裂的關(guān)鍵之一。

混凝土澆筑后，應(yīng)適時(shí)加蓋草墊、麻袋等覆蓋物，定時(shí)灑水養(yǎng)生；同時(shí)保證冷卻水的供應(yīng)，加強(qiáng)保溫、保濕養(yǎng)護(hù)，延緩降溫速度，減少內(nèi)外溫差。

在混凝土內(nèi)部及表面合理布設(shè)測溫點(diǎn)，加強(qiáng)溫度觀測，并根據(jù)外界大氣條件，隨時(shí)了解混凝土澆筑后(尤其是第2天)溫度的升降情況，掌握混凝土內(nèi)外溫差變化，及時(shí)采取增減覆蓋物等措施，以便將混凝土內(nèi)外溫差控制在25℃以內(nèi)。