大體積混凝土裂縫成因及控制措施

王猛

摘 要：混凝土結(jié)構(gòu)在建設(shè)和使用過程中容易出現(xiàn)不同程度、不同形式的裂縫，這是一個(gè)相當(dāng)普遍的現(xiàn)象。大體積混凝土結(jié)構(gòu)出現(xiàn)裂縫則是更加普遍，特別是因水泥水化熱引起的溫度差產(chǎn)生的溫度應(yīng)力裂縫，是長期困擾施工人員的一個(gè)技術(shù)難題，一直未能得到很好的解決。結(jié)合某特高壓輸電線路的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，對大體積混凝土進(jìn)行熱工計(jì)算，進(jìn)而總結(jié)出大體積混凝土裂縫的控制措施，以供大家今后參考借鑒。

關(guān)鍵詞：大體積混凝土；裂縫原因；溫度應(yīng)力；裂縫控制

中圖分類號(hào)：TU755 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：2095-6835（2014）03-0050-02

1 概述

在特高壓輸電線路施工過程中，會(huì)不可避免地遇到大體積混凝土施工，而大體積混凝土施工中最常見的困擾就是混凝土裂縫的問題。大體積混凝土裂縫產(chǎn)生的原因有很多，但最主要的是由水泥水化熱現(xiàn)象引起的。水泥水化熱會(huì)引起混凝土內(nèi)部溫度升高，而混凝土外部溫度又相對較低，當(dāng)內(nèi)外溫差超過一定臨界值時(shí)，混凝土表面就會(huì)產(chǎn)生裂縫，從而削弱構(gòu)件的承載力，危害到建筑物的使用安全。在混凝土澆筑和養(yǎng)護(hù)的過程中，溫度變化對結(jié)構(gòu)的應(yīng)力狀態(tài)具有不容忽視的影響，所以，加強(qiáng)對大體積混凝土溫度應(yīng)力和溫度的控制具有重要的意義。

2 大體積混凝土熱工計(jì)算

某特高壓輸電線路工程基礎(chǔ)具有幾何尺寸大、結(jié)構(gòu)厚、體形大、鋼筋密、混凝土量大、預(yù)埋件多和精度要求高等特點(diǎn)。施工中的難點(diǎn)和關(guān)鍵控制點(diǎn)有兩個(gè)：混凝土一次澆注放量大，要控制由于水泥水化熱產(chǎn)生的結(jié)構(gòu)裂縫；基礎(chǔ)預(yù)埋件安裝精度要求高，成型的混凝土表面平整、光滑，工藝美觀。由此，對大體積混凝土澆筑溫度的控制和澆筑要求則更加嚴(yán)格，一旦開始澆筑，必須保證所供應(yīng)的混凝土質(zhì)量穩(wěn)定和供應(yīng)量連續(xù)均衡，施工現(xiàn)場澆筑和振搗應(yīng)合理有序。

該工程所用的混凝土為商品混凝土，攪拌站提供的混凝土每立方米各項(xiàng)原材料用量和溫度如下所示：P·O42.5水泥270 kg，砂子794 kg，含水率為34%；石子1 074 kg，含水率為1.3%；水127 kg，粉煤灰100 kg，ZWL-A-Ⅲ外加劑5.4 kg。施工期間，大氣平均溫度Tq為25 ℃。

根據(jù)上述參數(shù)，通過混凝土熱工計(jì)算可以得到如下數(shù)據(jù)。

2.1 絕熱溫升計(jì)算

2.2 混凝土內(nèi)部中心溫度計(jì)算

T1（t）=Tj+Th·ξ（t）. （2）

根據(jù)公式（2），得到的混凝土內(nèi)部中心溫度計(jì)算結(jié)果如表2所示。

2.3 混凝土表面溫度

T2（t）= Tq +4·h'（H-h）[T1（t）-Tq]/H2 . （3）

根據(jù)公式（3），得出不同齡期混凝土的中心計(jì)算溫度（T1（t））和表面溫度（T2（t））計(jì)算結(jié)果如表3所示。

由表3可以知道，混凝土內(nèi)部溫度與表面溫度、混凝土表面溫度與環(huán)境溫度之差均不超過 20 ℃，這從理論上驗(yàn)證了該混凝土的配合比、入模溫度和養(yǎng)護(hù)措施均符合要求。

2.3 混凝土表面溫度

T2（t）= Tq +4·h'（H-h）[T1（t）-Tq]/H2 . （3）

根據(jù)公式（3），得出不同齡期混凝土的中心計(jì)算溫度（T1（t））和表面溫度（T2（t））計(jì)算結(jié)果如表3所示。

由表3可以知道，混凝土內(nèi)部溫度與表面溫度、混凝土表面溫度與環(huán)境溫度之差均不超過 20 ℃，這從理論上驗(yàn)證了該混凝土的配合比、入模溫度和養(yǎng)護(hù)措施均符合要求。

3 避免大體積混凝土裂縫的控制措施

3.1 混凝土原材料甄選

3.1.1 水泥

水泥水化放熱是混凝土升溫的內(nèi)熱源，選用水化熱低的水泥，可以降低水化放熱，從而達(dá)到降低混凝土絕熱升溫的目的。因此，在施工中應(yīng)優(yōu)選低水化熱的P·O42.5水泥（即42.5粉煤灰硅酸鹽水泥），這樣可以降低水泥水化熱能，減少混凝土絕對溫升。

3.1.2 碎石

在選擇碎石時(shí)，應(yīng)選用粒徑較大、級(jí)配良好的石子。選用粒徑較大、級(jí)配良好的石子，可使水泥的用量大大減少，這樣就從另外一個(gè)環(huán)節(jié)有效減少了水泥產(chǎn)生的水化熱，從而降低了大體積混凝土裂縫產(chǎn)生的概率。在實(shí)際的施工中，常常會(huì)選用粒徑 5～25 mm、連續(xù)級(jí)配且含泥量不大于1%的碎石。

3.1.3 砂

在選擇砂時(shí)，應(yīng)選用孔隙率較小且含泥量較小的中粗砂。

3.1.4 粉煤灰

在采用商品混凝土?xí)r，生產(chǎn)廠家一般會(huì)摻入一定的粉煤灰，加入粉煤灰會(huì)增加水泥的和易性，增加混凝土的抗?jié)B能力；摻入粉煤灰還會(huì)使水泥的用量減少，從而降低水泥的水化熱，有效降低了大體積混凝土裂縫的產(chǎn)生。另外，由于粉煤灰來源廣泛，費(fèi)用較低，所以，粉煤灰就成為混凝土成分的優(yōu)先選擇。但這里需要注意的是，混凝土的摻合料不宜過多，否則會(huì)影響混凝土的強(qiáng)度。因此，粉煤灰的摻量不應(yīng)超過膠凝材料用量的40%.

3.1.5 外加劑

考慮到大板基礎(chǔ)通常未設(shè)置后澆帶，所以，為了降低水泥水化熱，可摻入1.5%的ZWL-A-Ⅲ型高性能緩凝泵送劑，使其養(yǎng)護(hù)齡期達(dá)到 60 d。

3.2 混凝土溫度測試

通過測溫工作可以了解大體積混凝土的內(nèi)部溫度，并根據(jù)測溫結(jié)果指導(dǎo)混凝土外部的保溫和保濕等工作，對保證混凝土的后期質(zhì)量和控制混凝土裂縫有重要的意義。

為保證測溫點(diǎn)的代表性和可比性，可根據(jù)混凝土澆筑高度，分別在底、中、表三個(gè)面，按平面尺寸在邊緣和中間設(shè)置 5個(gè)測溫點(diǎn)。選用 DM6801A測溫儀測溫時(shí)，應(yīng)將測溫探頭插入測溫儀孔中約1 min后讀數(shù)。每次使用完畢后，應(yīng)將插頭清理、擦拭干凈。測溫儀是精密儀表，使用時(shí)應(yīng)小心輕放，嚴(yán)禁摔碰，使用完畢及時(shí)關(guān)機(jī)。

大體積混凝土澆筑體里表溫差、降溫速率、環(huán)境溫度和溫度應(yīng)變的測試，在混凝土澆筑后，每晝夜不應(yīng)少于 4 次；對入模溫度的測量，每臺(tái)班不少于2次；基面溫差和混凝土中心溫差均應(yīng)控制在20 ℃以內(nèi)，降溫速度不得大于1.5～2 ℃/d。

每日用測溫儀測出各點(diǎn)表、中、底面的溫度，取其平均值，并繪制出溫度變化曲線圖。然后，再通過混凝土熱工計(jì)算進(jìn)行大體積混凝土的施工溫度控制對比分析，以此采取針對性的養(yǎng)護(hù)措施，確保大體積混凝土工程的施工質(zhì)量。

3.3 混凝土澆制

在混凝土施工過程中，根據(jù)地形情況可以采用施工現(xiàn)場機(jī)械攪拌或商品混凝土，澆制過程中必須是機(jī)械分層振搗、滑筒下料、連續(xù)澆注、一次成型。澆制承臺(tái)時(shí)，可先從一個(gè)角開始，逐漸向四處延伸，混凝土自由下落高度不得超過2.0 m，超過時(shí)，應(yīng)使用漏斗串筒。

混凝土的振搗應(yīng)由專人負(fù)責(zé)，振搗時(shí)，要做到快插慢拔，同一位置振搗10～20 s，直至混凝土中氣泡逸出、表面呈水漿不再沉落為止。振動(dòng)棒各插點(diǎn)的間距要均勻，不要超過振動(dòng)棒有效作用半徑的1.5倍，一般為250～300 mm。振搗過程中還要注意過振和漏振現(xiàn)象。在模板陰角緊靠模板面、鋼筋密集處應(yīng)輔以人工扦搗。

為了滿足工程高標(biāo)準(zhǔn)的特殊性要求，承臺(tái)厚度定為1.3～2.2 m，單腿混凝土量為34.46～195.96 m3，要一次性澆筑完成。水泥在水化的過程中會(huì)釋放出一定的熱量，由于混凝土結(jié)構(gòu)表面可以自然散熱，承臺(tái)結(jié)構(gòu)斷面較厚，表面系數(shù)相對較小，所以，水泥發(fā)生的熱量聚集在結(jié)構(gòu)內(nèi)部不易散失，這樣混凝土內(nèi)部的熱量無法及時(shí)散發(fā)出去，以至于越集越高，使混凝土內(nèi)外溫差增大。混凝土內(nèi)升到最高溫度，多數(shù)發(fā)生在澆筑后的3～5 d，此時(shí)，可以采取以下措施來降低水泥水化熱。

降低水泥水化熱的措施主要有：①混凝土的熱量主要來自水泥水化熱，因此，應(yīng)選用低水化熱的礦渣硅酸鹽水泥配制混凝土，并采用摻加粉煤灰和減水劑的“雙摻”技術(shù)，減少每立方米混凝土中的水泥用量，以達(dá)到降低水化熱的目的。充分利用混凝土的后期強(qiáng)度，減少用水量，嚴(yán)格控制混凝土的塌落度。在現(xiàn)場設(shè)專人進(jìn)行測量塌落度，將混凝土的塌落度始終控制在設(shè)計(jì)范圍內(nèi)。②澆筑大體積混凝土?xí)r，應(yīng)選擇較適宜的氣溫，盡量避開炎熱天氣。夏季可采用溫度較低的地下水?dāng)嚢杌炷?，或在混凝土拌和水中加入冰屑，同時(shí)對骨料進(jìn)行遮陽、灑水降溫。在運(yùn)輸和澆筑過程中，也要采用遮陽保護(hù)、灑水降溫等措施， 以降低混凝土拌和物的入模溫度。另外，還可以選擇摻加相應(yīng)的緩凝型減水劑。③加強(qiáng)施工中的溫度控制。在混凝土澆筑完成之后，應(yīng)做好混凝土的保溫、保濕養(yǎng)護(hù)，使混凝土緩慢降溫。夏季應(yīng)堅(jiān)決避免曝曬，注意保濕；冬季應(yīng)采取保溫覆蓋措施，以免混凝土發(fā)生急劇的溫度變化。對混凝土要采取長時(shí)間的養(yǎng)護(hù)，確定合理的拆模時(shí)間，以延緩降溫速度，延長降溫時(shí)間。

4 結(jié)束語

通過以上分析可以知道，要想控制大體積混凝土裂縫的產(chǎn)生，關(guān)鍵是控制好混凝土溫度。在實(shí)際施工中，我們應(yīng)該多觀察、多比較，遇到問題多分析、多總結(jié)，從混凝土原材料選擇、混凝土澆制過程和混凝土養(yǎng)護(hù)這些方面層層把關(guān)，加強(qiáng)預(yù)控。這樣一來，大體積混凝土的裂縫是完全可以避免的。

〔編輯：曹月〕

每日用測溫儀測出各點(diǎn)表、中、底面的溫度，取其平均值，并繪制出溫度變化曲線圖。然后，再通過混凝土熱工計(jì)算進(jìn)行大體積混凝土的施工溫度控制對比分析，以此采取針對性的養(yǎng)護(hù)措施，確保大體積混凝土工程的施工質(zhì)量。

3.3 混凝土澆制

在混凝土施工過程中，根據(jù)地形情況可以采用施工現(xiàn)場機(jī)械攪拌或商品混凝土，澆制過程中必須是機(jī)械分層振搗、滑筒下料、連續(xù)澆注、一次成型。澆制承臺(tái)時(shí)，可先從一個(gè)角開始，逐漸向四處延伸，混凝土自由下落高度不得超過2.0 m，超過時(shí)，應(yīng)使用漏斗串筒。

混凝土的振搗應(yīng)由專人負(fù)責(zé)，振搗時(shí)，要做到快插慢拔，同一位置振搗10～20 s，直至混凝土中氣泡逸出、表面呈水漿不再沉落為止。振動(dòng)棒各插點(diǎn)的間距要均勻，不要超過振動(dòng)棒有效作用半徑的1.5倍，一般為250～300 mm。振搗過程中還要注意過振和漏振現(xiàn)象。在模板陰角緊靠模板面、鋼筋密集處應(yīng)輔以人工扦搗。

為了滿足工程高標(biāo)準(zhǔn)的特殊性要求，承臺(tái)厚度定為1.3～2.2 m，單腿混凝土量為34.46～195.96 m3，要一次性澆筑完成。水泥在水化的過程中會(huì)釋放出一定的熱量，由于混凝土結(jié)構(gòu)表面可以自然散熱，承臺(tái)結(jié)構(gòu)斷面較厚，表面系數(shù)相對較小，所以，水泥發(fā)生的熱量聚集在結(jié)構(gòu)內(nèi)部不易散失，這樣混凝土內(nèi)部的熱量無法及時(shí)散發(fā)出去，以至于越集越高，使混凝土內(nèi)外溫差增大?；炷羶?nèi)升到最高溫度，多數(shù)發(fā)生在澆筑后的3～5 d，此時(shí)，可以采取以下措施來降低水泥水化熱。

降低水泥水化熱的措施主要有：①混凝土的熱量主要來自水泥水化熱，因此，應(yīng)選用低水化熱的礦渣硅酸鹽水泥配制混凝土，并采用摻加粉煤灰和減水劑的“雙摻”技術(shù)，減少每立方米混凝土中的水泥用量，以達(dá)到降低水化熱的目的。充分利用混凝土的后期強(qiáng)度，減少用水量，嚴(yán)格控制混凝土的塌落度。在現(xiàn)場設(shè)專人進(jìn)行測量塌落度，將混凝土的塌落度始終控制在設(shè)計(jì)范圍內(nèi)。②澆筑大體積混凝土?xí)r，應(yīng)選擇較適宜的氣溫，盡量避開炎熱天氣。夏季可采用溫度較低的地下水?dāng)嚢杌炷?，或在混凝土拌和水中加入冰屑，同時(shí)對骨料進(jìn)行遮陽、灑水降溫。在運(yùn)輸和澆筑過程中，也要采用遮陽保護(hù)、灑水降溫等措施， 以降低混凝土拌和物的入模溫度。另外，還可以選擇摻加相應(yīng)的緩凝型減水劑。③加強(qiáng)施工中的溫度控制。在混凝土澆筑完成之后，應(yīng)做好混凝土的保溫、保濕養(yǎng)護(hù)，使混凝土緩慢降溫。夏季應(yīng)堅(jiān)決避免曝曬，注意保濕；冬季應(yīng)采取保溫覆蓋措施，以免混凝土發(fā)生急劇的溫度變化。對混凝土要采取長時(shí)間的養(yǎng)護(hù)，確定合理的拆模時(shí)間，以延緩降溫速度，延長降溫時(shí)間。

4 結(jié)束語

通過以上分析可以知道，要想控制大體積混凝土裂縫的產(chǎn)生，關(guān)鍵是控制好混凝土溫度。在實(shí)際施工中，我們應(yīng)該多觀察、多比較，遇到問題多分析、多總結(jié)，從混凝土原材料選擇、混凝土澆制過程和混凝土養(yǎng)護(hù)這些方面層層把關(guān)，加強(qiáng)預(yù)控。這樣一來，大體積混凝土的裂縫是完全可以避免的。

〔編輯：曹月〕

每日用測溫儀測出各點(diǎn)表、中、底面的溫度，取其平均值，并繪制出溫度變化曲線圖。然后，再通過混凝土熱工計(jì)算進(jìn)行大體積混凝土的施工溫度控制對比分析，以此采取針對性的養(yǎng)護(hù)措施，確保大體積混凝土工程的施工質(zhì)量。

3.3 混凝土澆制

在混凝土施工過程中，根據(jù)地形情況可以采用施工現(xiàn)場機(jī)械攪拌或商品混凝土，澆制過程中必須是機(jī)械分層振搗、滑筒下料、連續(xù)澆注、一次成型。澆制承臺(tái)時(shí)，可先從一個(gè)角開始，逐漸向四處延伸，混凝土自由下落高度不得超過2.0 m，超過時(shí)，應(yīng)使用漏斗串筒。

混凝土的振搗應(yīng)由專人負(fù)責(zé)，振搗時(shí)，要做到快插慢拔，同一位置振搗10～20 s，直至混凝土中氣泡逸出、表面呈水漿不再沉落為止。振動(dòng)棒各插點(diǎn)的間距要均勻，不要超過振動(dòng)棒有效作用半徑的1.5倍，一般為250～300 mm。振搗過程中還要注意過振和漏振現(xiàn)象。在模板陰角緊靠模板面、鋼筋密集處應(yīng)輔以人工扦搗。

為了滿足工程高標(biāo)準(zhǔn)的特殊性要求，承臺(tái)厚度定為1.3～2.2 m，單腿混凝土量為34.46～195.96 m3，要一次性澆筑完成。水泥在水化的過程中會(huì)釋放出一定的熱量，由于混凝土結(jié)構(gòu)表面可以自然散熱，承臺(tái)結(jié)構(gòu)斷面較厚，表面系數(shù)相對較小，所以，水泥發(fā)生的熱量聚集在結(jié)構(gòu)內(nèi)部不易散失，這樣混凝土內(nèi)部的熱量無法及時(shí)散發(fā)出去，以至于越集越高，使混凝土內(nèi)外溫差增大?；炷羶?nèi)升到最高溫度，多數(shù)發(fā)生在澆筑后的3～5 d，此時(shí)，可以采取以下措施來降低水泥水化熱。

降低水泥水化熱的措施主要有：①混凝土的熱量主要來自水泥水化熱，因此，應(yīng)選用低水化熱的礦渣硅酸鹽水泥配制混凝土，并采用摻加粉煤灰和減水劑的“雙摻”技術(shù)，減少每立方米混凝土中的水泥用量，以達(dá)到降低水化熱的目的。充分利用混凝土的后期強(qiáng)度，減少用水量，嚴(yán)格控制混凝土的塌落度。在現(xiàn)場設(shè)專人進(jìn)行測量塌落度，將混凝土的塌落度始終控制在設(shè)計(jì)范圍內(nèi)。②澆筑大體積混凝土?xí)r，應(yīng)選擇較適宜的氣溫，盡量避開炎熱天氣。夏季可采用溫度較低的地下水?dāng)嚢杌炷?，或在混凝土拌和水中加入冰屑，同時(shí)對骨料進(jìn)行遮陽、灑水降溫。在運(yùn)輸和澆筑過程中，也要采用遮陽保護(hù)、灑水降溫等措施， 以降低混凝土拌和物的入模溫度。另外，還可以選擇摻加相應(yīng)的緩凝型減水劑。③加強(qiáng)施工中的溫度控制。在混凝土澆筑完成之后，應(yīng)做好混凝土的保溫、保濕養(yǎng)護(hù)，使混凝土緩慢降溫。夏季應(yīng)堅(jiān)決避免曝曬，注意保濕；冬季應(yīng)采取保溫覆蓋措施，以免混凝土發(fā)生急劇的溫度變化。對混凝土要采取長時(shí)間的養(yǎng)護(hù)，確定合理的拆模時(shí)間，以延緩降溫速度，延長降溫時(shí)間。

4 結(jié)束語

通過以上分析可以知道，要想控制大體積混凝土裂縫的產(chǎn)生，關(guān)鍵是控制好混凝土溫度。在實(shí)際施工中，我們應(yīng)該多觀察、多比較，遇到問題多分析、多總結(jié)，從混凝土原材料選擇、混凝土澆制過程和混凝土養(yǎng)護(hù)這些方面層層把關(guān)，加強(qiáng)預(yù)控。這樣一來，大體積混凝土的裂縫是完全可以避免的。

〔編輯：曹月〕