大體積混凝土裂縫的探索

呂志寧，劉東凱

（山西省電力公司送變電工程公司，山西 太原 030006）

大體積混凝土裂縫的探索

呂志寧，劉東凱

（山西省電力公司送變電工程公司，山西 太原 030006）

指出大體積混凝土工程中較為普遍的問(wèn)題是混凝土裂縫現(xiàn)象，混凝土收縮、內(nèi)外溫差、原材料質(zhì)量以及地基不均勻沉降等均可導(dǎo)致混凝土產(chǎn)生裂縫。根據(jù)大體積混凝土工程的自身特點(diǎn)，從原材料質(zhì)量控制、施工工藝質(zhì)量控制和混凝土內(nèi)外溫差控制三個(gè)方面入手，闡述了預(yù)防混凝土裂縫產(chǎn)生的主要控制措施。

大體積混凝土；裂縫；溫度應(yīng)力

1 大體積混凝土裂縫形成的原因分析

1.1 混凝土收縮產(chǎn)生裂縫

大體積混凝土澆筑完成后，經(jīng)過(guò)14天的養(yǎng)護(hù)，混凝土因水分蒸發(fā)會(huì)產(chǎn)生收縮，這種收縮是不可逆的。由于混凝土內(nèi)外水分蒸發(fā)程度不同而導(dǎo)致變形也不同，混凝土表面水分蒸發(fā)過(guò)快變形較大，混凝土內(nèi)部水分蒸發(fā)較慢變形較小，混凝土表面收縮變形受到混凝土內(nèi)部約束，產(chǎn)生較大拉應(yīng)力而產(chǎn)生裂縫。收縮裂縫多為混凝土表面性的平行線狀或網(wǎng)狀淺細(xì)裂縫，寬度多在0.1～0.5mm之間，大體積混凝土平面部位尤為突出。

1.2 混凝土內(nèi)外溫差產(chǎn)生裂縫

混凝土澆筑后,在硬化過(guò)程中釋放的水化熱會(huì)產(chǎn)生較高的溫度。由于大體積混凝土截面大，水化熱聚積在混凝土內(nèi)部而不易散發(fā)，使其內(nèi)部溫度升高，而表面散熱較快，這樣就在混凝土內(nèi)外形成較大的溫差。由于溫差的存在，致使混凝土內(nèi)部與外部熱脹冷縮的程度不同。當(dāng)混凝土的抗拉強(qiáng)度不足以抵抗該溫度應(yīng)力時(shí)，便開(kāi)始產(chǎn)生溫度裂縫（實(shí)踐證明當(dāng)混凝土里表溫差達(dá)到25～26℃時(shí)，混凝土內(nèi)便會(huì)產(chǎn)生大致在10MPa左右的拉應(yīng)力）。

1.3 混凝土原材料引起的裂縫

混凝土原材料質(zhì)量不合格，可能導(dǎo)致混凝土結(jié)構(gòu)出現(xiàn)裂縫，諸如：水泥性能不穩(wěn)定；細(xì)骨料砂偏細(xì)（細(xì)度模數(shù)小于2.3）、含泥量過(guò)大；粗骨料顆粒級(jí)配偏小、含泥量過(guò)大；選用外加劑的品種和摻量不當(dāng)?shù)取?/p>

1.4 混凝土地基不均勻沉降產(chǎn)生裂縫

混凝土地基的不均勻沉降，也易導(dǎo)致混凝土產(chǎn)生裂縫?；炷恋鼗料萘芽p的產(chǎn)生，是由于豎向不均勻沉降或水平方向位移，使結(jié)構(gòu)物中產(chǎn)生附加應(yīng)力，超過(guò)混凝土基礎(chǔ)的抵抗能力，導(dǎo)致基礎(chǔ)整個(gè)結(jié)構(gòu)開(kāi)裂。當(dāng)?shù)鼗痪鶆虺两?、地基地質(zhì)差別較大、由上部荷載對(duì)地基土產(chǎn)生較大壓力時(shí)，因地基土壓縮性能不同引起沉降不均；在地質(zhì)情況較均勻的情況下，各部分基礎(chǔ)荷載差異太大時(shí)，也可能引起不均勻沉降；地基凍脹，基礎(chǔ)在凍層以上時(shí)，在低于零度的條件下，含水率較高的地基土因冰凍膨脹，一旦氣溫回升，凍土融化，地基出現(xiàn)下沉；回填土不實(shí)或浸水而造成不均勻沉降所致，致使混凝土結(jié)構(gòu)產(chǎn)生裂縫。

1.5 混凝土施工工藝引起的裂縫

a）混凝土振搗不密實(shí)，出現(xiàn)蜂窩、麻面或空洞，導(dǎo)致鋼筋銹蝕對(duì)周圍混凝土產(chǎn)生膨脹應(yīng)力；振搗時(shí)間過(guò)長(zhǎng)造成過(guò)振，使混凝土中石子下沉（大體積混凝土基礎(chǔ)上層有10～30mm灰漿層，振搗時(shí)間過(guò)長(zhǎng)可降低上層粗骨料含量，加大收縮量）；混凝土振搗后，未及時(shí)表面搓毛和抹壓，使沉縮裂紋得不到及時(shí)愈合就硬化，導(dǎo)致混凝土表面出現(xiàn)網(wǎng)狀裂縫。

b）鋼筋引起的裂縫。由于鋼筋保護(hù)層不符合設(shè)計(jì)規(guī)范要求或鋼筋露天存放發(fā)生銹蝕，且綁扎前沒(méi)有清理干凈銹蝕，在混凝土的碳化作用下，加重鋼筋銹蝕。銹蝕物體積比原來(lái)體積增長(zhǎng)，鋼筋對(duì)周圍混凝土產(chǎn)生膨脹應(yīng)力，使混凝土鋼筋保護(hù)層裂縫、剝落。

c）為趕工期提高混凝土強(qiáng)度，增加水泥及水的用量，從而增大了混凝土的收縮量和裂縫因素，致使混凝土表面出現(xiàn)龜裂。

d）混凝土澆筑后，沒(méi)有及時(shí)對(duì)表面覆蓋澆水養(yǎng)護(hù)，致使表面急劇干燥。此種現(xiàn)象在夏季干熱天氣及多風(fēng)季節(jié)時(shí)更為嚴(yán)重。如果將風(fēng)速和濕度影響疊加，則可推算出此時(shí)混凝土干燥速度是通常條件下的10倍之多，使得混凝土收縮產(chǎn)生裂縫。

e）混凝土配合比設(shè)計(jì)不合理。采用商品混凝土?xí)r，攪拌站一般選用的砂率偏大和碎石顆粒級(jí)配粒徑偏小及坍落度過(guò)大，造成混凝土收縮量大，混凝土振搗后上層出現(xiàn)較厚的水泥浮漿而產(chǎn)生龜裂。

f）模板支撐強(qiáng)度不夠，在澆筑混凝土過(guò)程中和澆筑后出現(xiàn)局部跑?；驖q?，F(xiàn)象，使混凝土下沉，導(dǎo)致混凝土出現(xiàn)裂縫。

g）混凝土分層澆筑，間隔超過(guò)初凝時(shí)間，混凝土分層銜接處沒(méi)有振搗好，使分層之間出現(xiàn)橫向裂縫。

h）冬季施工，混凝土早期受凍，由于混凝土和水受凍后體積膨脹，使混凝土表面出現(xiàn)裂紋，拆模后出現(xiàn)局部剝落、空鼓現(xiàn)象。

2 預(yù)防大體積混凝土裂縫形成的控制措施

2.1 原材料質(zhì)量控制

a）粗、細(xì)骨料應(yīng)首選低含泥量。細(xì)骨料砂子宜選擇中砂，其細(xì)度模數(shù)應(yīng)選大于2.3。由于泵送混凝土受輸送管徑和泵送高度的影響，粗骨料不宜過(guò)大。粗骨料粒徑選擇范圍宜為5～31.5mm，并連續(xù)級(jí)配（其中5～25mm級(jí)配含量65%左右）較好。

b）大體積混凝土應(yīng)采用水化熱低硅酸鹽水泥或低熱礦渣硅酸鹽水泥。摻入一定量的粉煤灰和礦渣粉活性材料分解水化熱，同時(shí)改善混凝土和易性，可保證設(shè)計(jì)強(qiáng)度不變的情況下，延長(zhǎng)混凝土凝結(jié)時(shí)間，降低混凝土徐變、干縮性和熱膨脹系數(shù)，提高抗泌水性和離析，顯著增加混凝土抗?jié)B性。添加適當(dāng)?shù)耐饧觿?，如添加高效減水防裂劑，能大幅度減少混凝土拌和用水量，在水膠比基本保持不變的情況下，可大幅度減少混凝土的水泥用量（根據(jù)試驗(yàn)，1m3混凝土的水泥用量，每增減10kg水泥，其水化熱將使混凝土的溫度相應(yīng)升降1℃），亦即降低產(chǎn)生水化熱的內(nèi)因，并改善混凝土的稠度。

c）配合比設(shè)計(jì)要合理。為有效預(yù)防和控制混凝土產(chǎn)生裂縫，應(yīng)對(duì)砂率、水膠比（坍落度一般為140～160mm）、水泥用量及摻和料用量的配合比進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，選擇最優(yōu)方案?；炷林写止橇鲜堑挚故湛s的主要材料，選擇粒徑大的碎石和增加粗骨料用量，對(duì)控制混凝土的收縮和裂紋有顯著效果?；炷粮煽s隨砂率增大而增大。就泵送混凝土而言，高砂率的混凝土粘稠，增加了管壁阻力，降低了泵送性能，同時(shí)導(dǎo)致混凝土的擴(kuò)展性能和流動(dòng)性下降，所以應(yīng)根據(jù)泵送高度、混凝土強(qiáng)度以及粉煤灰摻入量，來(lái)決定混凝土配比的砂率。砂率減小使粗骨料含量增大，在相同條件下混凝土的彈性模量提高，收縮量較小，減少了開(kāi)裂的可能，砂率選取一般為38～40%。粉煤灰在混凝土中具有形態(tài)及活性效應(yīng)，粉煤灰的水化反應(yīng)較慢，可推遲放熱高峰的出現(xiàn)時(shí)間，改善混凝土和易性，降低其泌水性，泵送時(shí)可降低混凝土與管壁的阻力。粉煤灰摻量一般不宜超過(guò)膠凝材料用量的40%。

2.2 施工工藝質(zhì)量控制

a）檢驗(yàn)地基處理情況。由有資質(zhì)的檢驗(yàn)機(jī)構(gòu)對(duì)地基處理情況進(jìn)行檢驗(yàn)，合格后立即進(jìn)行混凝土施工，以免地基遭受雨水侵泡和低溫影響，導(dǎo)致地基不均勻沉降。

b）施工前認(rèn)真檢查模板支護(hù)、鋼筋綁扎質(zhì)量及保護(hù)層厚度，并確保原材料、施工機(jī)械及計(jì)量器具的齊全、完好、準(zhǔn)確和施工人員的及時(shí)到位。

c）按混凝土設(shè)計(jì)要求配料，嚴(yán)格控制水膠比及坍落度。攪拌站的入機(jī)水泥溫度不宜大于60℃。高溫天氣可用摻冰屑的冷水和砂、石遮陽(yáng)防曬以及采取碎石灑冷水等降溫措施，以降低混凝土出機(jī)溫度。同時(shí)，混凝土入模溫度應(yīng)控制在28℃左右。冬季施工時(shí)，對(duì)采用的砂子、碎石采取蒸汽加熱措施，確?；炷恋娜肽囟炔坏陀?℃。

d）混凝土澆筑必須連續(xù)施工，在澆筑過(guò)程中每臺(tái)班不少于2次檢查混凝土的坍落度及入模溫度。大體積混凝土應(yīng)分層推移連續(xù)澆筑，縮短間歇時(shí)間。層間最長(zhǎng)間歇時(shí)間不大于混凝土初凝時(shí)間，分層厚度為300～500mm，以便于分層振搗操作。垂直振搗和斜向振搗操作時(shí)，宜快插慢拔、上下抽動(dòng)，視混凝土表面不再顯著下沉，不再出現(xiàn)氣泡、泛出灰漿為止。操作時(shí)不能漏振，不得過(guò)振，要振搗均勻，避免離析或形成空洞。每振搗完一段，要隨即攤平，并二次振搗以增加混凝土的密實(shí)度，提高抗裂能力。分層澆筑時(shí)振搗上層應(yīng)插入下層5cm左右，每點(diǎn)振搗20～30s，復(fù)振在20～30min后進(jìn)行。當(dāng)混凝土澆筑到頂面時(shí)，應(yīng)控制表面平整并達(dá)到設(shè)計(jì)標(biāo)高。經(jīng)過(guò)二次振搗后，刮平、用木抹子做第一次抹壓，要求加力較大，使面層充分密實(shí)。在振搗過(guò)程中，要及時(shí)排除產(chǎn)生的大量泌水，以避免降低混凝土質(zhì)量和抗裂性。二次壓光的時(shí)間應(yīng)控制在泌水充分揮發(fā)之后（能撐得住人的時(shí)候）?；炷帘砻嬗忻谒臅r(shí)候，絕對(duì)不能進(jìn)行裝飾抹面工序，否則會(huì)引起混凝土脫皮和薄層脫落。第二次抹壓力應(yīng)比第一次抹壓力大，使混凝土面層再次充分達(dá)到密實(shí)。抹面工序完成后，應(yīng)及時(shí)覆蓋塑料薄膜或濕草簾、濕麻袋養(yǎng)護(hù)，混凝土潮濕養(yǎng)護(hù)不少于14天。

2.3 混凝土內(nèi)外溫差控制

a）在澆筑混凝土過(guò)程中沿混凝土澆筑體厚度方向布置安裝測(cè)溫管。分別設(shè)在底面、中心和外表的測(cè)溫管，每條軸線不少于4個(gè)，從中心往邊緣設(shè)置。外表的測(cè)溫管距邊角和表面應(yīng)大于50mm，測(cè)溫管采用DN15焊接鋼管制作。埋設(shè)前上端用塑料布包嚴(yán)，下端焊鋼筋頭堵死，上端高出基礎(chǔ)面10cm。外表溫度為混凝土外表以內(nèi)50mm處的溫度，底面溫度為混凝土澆筑體底面上50mm處的溫度。在混凝土溫度上升階段每2～4h測(cè)1次，溫度下降階段每8h測(cè)1次，同時(shí)測(cè)量大氣溫度，并做記錄繪出曲線圖，發(fā)現(xiàn)溫度異常及時(shí)報(bào)警，立即采取必要的措施。

b）大體積混凝土養(yǎng)護(hù)的溫度控制一般有兩種方法，即降溫法和保溫法，其目的只有一個(gè)，使混凝土里表溫差控制在25℃以內(nèi)，避免混凝土澆筑體里表溫差產(chǎn)生自約束拉應(yīng)力或混凝土綜合降溫，且在外約束條件下產(chǎn)生的拉應(yīng)力大于混凝土升溫時(shí)間內(nèi)的混凝土抗拉強(qiáng)度：σz≤λftk（t）/K或σX≤λftk（t）/K，使混凝土早期出現(xiàn)裂縫。降溫法：在混凝土澆筑前設(shè)置冷卻水循環(huán)管道，澆筑完成后，通過(guò)循環(huán)冷卻水降低混凝土內(nèi)部溫度，從混凝土的內(nèi)部進(jìn)行溫度控制。保溫法：混凝土澆筑后，采用保溫材料、增溫設(shè)備（如電暖氣等）或定時(shí)噴澆熱水、蓄存熱水等辦法，從混凝土的外部進(jìn)行溫度控制。保溫法基本原理是利用混凝土的初始溫度加上水泥水化熱的溫升，在緩慢的散熱過(guò)程中（通過(guò)人為控制），使混凝土獲得必要的強(qiáng)度。待混凝土溫度下降到中心溫度與表面溫度差小于20℃，且表面溫度與環(huán)境最大溫差小于20℃時(shí)，逐層拆除保溫層和模板，模板拆除后立即按規(guī)范要求進(jìn)行回填土，露出部分繼續(xù)保溫養(yǎng)護(hù)。測(cè)溫延續(xù)時(shí)間應(yīng)少于14天，最好積累28天的溫度記錄。

3 結(jié)論

大體積混凝土工程中的混凝土收縮、內(nèi)外溫差、原材料質(zhì)量以及地基不均勻沉降等均可導(dǎo)致混凝土產(chǎn)生裂縫，通過(guò)強(qiáng)化對(duì)原材料質(zhì)量、施工工藝以及內(nèi)外溫差等控制措施，可以有效應(yīng)控制大體積混凝土的裂縫問(wèn)題。在山西省左權(quán)220kV變電站的變壓器基礎(chǔ)施工中，通過(guò)采取如上措施，收到了良好的效果。對(duì)混凝土出現(xiàn)的裂縫問(wèn)題進(jìn)行認(rèn)真的分析與研究，采取合理的處理方法，并在施工中采取有效的預(yù)防措施防止裂縫的出現(xiàn)和發(fā)展，以保證建筑物和構(gòu)件的安全，是大體積混凝土施工工程中值得重視的一項(xiàng)課題。

Study on the Crack of Mass Concrete

LV Zhi-ning，LIU Dong-kai
（Shanxi Electric Power Transmission and Transformation Engineering Company of SEPC，Taiyuan，Shanxi030006，China）

The phenomenon of the concrete crack is a general problem in the mass concrete project.The contraction of concrete,temperature differences between internal and external concrete,qualities of raw materials,and non-uniform sedimentations of the foundation can all cause concrete cracks.According to the features of mass concrete project，this article elaborates main preventive measures of the concrete crack through three aspects:quality control of raw materials，quality control of construction technology，and control of temperature differences between internal and external concrete.

mass concrete；crack；thermal stress

TU375

B

1671-0320（2012）增刊2-0048-03

2012-08-10，

2012-10-09

呂志寧（1954-），男，山西榆次人，1998年畢業(yè)于太原理工大學(xué)工民建專業(yè)，工程師，從事土建施工技術(shù)工作；

劉東凱（1972-），男，山西太原人，2002年畢業(yè)于華北電力大學(xué)電力系統(tǒng)自動(dòng)化專業(yè)，助理工程師，從事輸配電施工管理工作。