大體積混凝土防治裂縫的研究與實踐

【摘 要】大體積混凝土的溫度應(yīng)力與裂縫控制多集中在水利工程中的大壩、高層建筑的深基礎(chǔ)底板及橋梁工程中。解決大體積混凝土在施工過程中的裂縫難題，是國際上的一個難題。筆者我結(jié)合自己曾參與的工程項目總結(jié)一些大體積混凝土澆筑過程的裂縫形成與控制的經(jīng)驗。

【關(guān)鍵詞】大體積；裂縫；工程

0.前言

許多國家都成立了專門的研究機(jī)構(gòu)，理論成果頗多，但在工程實踐中仍然缺乏成熟和實用的理論依據(jù)，一些規(guī)范和規(guī)程尚不能完全解決現(xiàn)實設(shè)計和施工中提出的問題。所以，如此復(fù)雜的工作，在實際中的施工應(yīng)十分慎重，否則容易出現(xiàn)事故，造成不必要的損失。大體積混凝土的施工在鋼筋、混凝土及施工過程控制等幾方面有許多技術(shù)問題需要解決。目前，我們對機(jī)械荷載引起的砼開裂研究得較為透徹，而對溫差導(dǎo)致砼開裂的研究尚不充分。

1.裂縫的成因與預(yù)防

1.1水化熱

水化熱，即水泥與水作用放出的熱，以焦/克（J/g）表示。

影響水化熱的因素較多，如水泥熟料的組成和含量、水灰比、水泥細(xì)度等，最主要是水泥熟料的組成及含量，據(jù)相關(guān)的研究顯示，影響最大的是C3A、C3S及C4AF。所以，首先是降低C3A等的含量。因此，必須限制其使用量。因此，大體積砼施工中應(yīng)首選輕水化熱水泥水泥。

但是在冬季施工中，水化熱對工程反而是有利的。原因在于其對提高砼的早期強(qiáng)度是有利的。因此，大體積砼的施工中，水泥用料的選擇應(yīng)結(jié)合工程當(dāng)?shù)氐臍夂驐l件及實際施工條件。

1.2溫差產(chǎn)生的裂縫

混凝土收縮的主要原因是內(nèi)部水分蒸發(fā)。而混凝土收縮后，處于水飽和狀態(tài)，又可以恢復(fù)膨脹并幾乎達(dá)到原有的體積。干濕交替產(chǎn)生的混凝土體積的交替變化，這對混凝土是很不利的。

影響混凝土收縮的有幾個因素，如水泥品種、配合比、外加劑及施工工藝等。

1.3收縮裂縫

外界溫度變化，特別是外界溫度比砼的溫度相差比較大，砼表面將產(chǎn)生比較大的應(yīng)力，當(dāng)這個應(yīng)力超過砼本身的拉力極限時，將不可避免的產(chǎn)生開裂。反之，外界溫度比砼溫度高，砼散熱不及時，導(dǎo)致內(nèi)外溫差較大，超過其拉力極限，裂縫即產(chǎn)生。

大體積砼溫控措施，最終的目的是避免產(chǎn)生較大溫差。在實際施工中，應(yīng)考慮當(dāng)?shù)氐臍夂驐l件，結(jié)合天氣預(yù)報等，做好相應(yīng)的應(yīng)對措施。

2.相關(guān)措施

2.1水泥選擇、施工用水及摻入粉煤灰

我們知道，減少水泥的水化熱是避免砼開裂的首要因素。根據(jù)對相關(guān)水泥品種的性能檢驗和分析，硅酸鹽水泥和礦渣水泥產(chǎn)生的水化熱較低。此外，據(jù)研究，水泥的細(xì)度會影響水化熱的放熱速率，因此，在不影響水泥活性的情況下，應(yīng)盡量減小水泥的細(xì)度。

摻入粉煤灰。其目的主要是：①含有大量的硅、鋁氧化物，能夠與水泥的水化產(chǎn)物進(jìn)行二次反應(yīng)，可以取代部分水泥，從而減少水泥用量；②粉煤灰顆粒較細(xì)，能夠參加二次反應(yīng)的界面相應(yīng)增加，在混凝土中分散更加均勻；③進(jìn)一步改善了混凝土內(nèi)部的孔隙結(jié)構(gòu)，使孔結(jié)構(gòu)進(jìn)一步的細(xì)化，從而使混凝土更加致密。

但是，因為粉煤灰的比重較小，容易浮在混凝土的表面，表面容易產(chǎn)生塑性收縮裂縫從而降低砼的強(qiáng)度。因此，必須控制粉煤灰的摻量。

施工用水，很多人直觀的感覺就是采用自來水等符合施工的水源，是水質(zhì)的控制。而我在這里強(qiáng)調(diào)的是施工用水的溫度控制。采用一定溫度的用水，比如說經(jīng)過冷卻的自來水，更有甚者采用冰水，當(dāng)然，這個用水量可能還要涉及到用水量的計算等。但是，這個措施最重要的還是為了降低水化熱，從而降低了溫差效應(yīng)，避免大體積砼的開裂。

2.2合理的施工方法

2.2.1全面分層

適用于結(jié)構(gòu)的平面尺寸不太大，施工時應(yīng)從短邊開始，沿長邊進(jìn)行。最關(guān)鍵的是控制分層澆筑的速度。務(wù)必保證上層澆筑的混凝土還未初凝，如此逐層進(jìn)行。

2.2.2分段分層

適用于厚度不太大，面積或長度較大的結(jié)構(gòu)。從底層開始澆，進(jìn)行一定距離作為一段后澆筑第二層，如此依次向前澆筑以上各分層。

2.3加入外加劑

加入外加劑后能減小混凝土收縮開裂的機(jī)率，外加劑對混凝土收縮開裂性能有以下影響：

2.3.1減水劑

作用是改善混凝土的和易性，降低水灰比，提高混凝土強(qiáng)度或在保持混凝土一定強(qiáng)度時減少水泥用量，從而降低水化熱。

2.3.2緩凝劑

作用是延緩混凝土放熱峰值出現(xiàn)的時間，待放熱達(dá)峰值時，混凝土的強(qiáng)度也相應(yīng)增大，從而減小裂縫出現(xiàn)的機(jī)率；其次是改善和易性。

2.4配合比及含泥量

級配良好的中砂和中粗砂，最好用中粗砂，因為其孔隙率小，總表面積小，這樣混凝土的用水量和水泥用量就可以減少，從而降低了水化熱。

含泥量，含泥量越大，收縮變形就越大，裂縫就越嚴(yán)重，因此細(xì)骨料盡量用干凈的中粗沙。

2.5科學(xué)、合理的養(yǎng)護(hù)

2.5.1應(yīng)該根據(jù)施工當(dāng)?shù)貧夂蚣熬唧w的季節(jié)采取相應(yīng)的措施

冬期施工，抹壓后及時覆蓋養(yǎng)護(hù)。

非冬期施工，抹壓后可覆蓋養(yǎng)護(hù)，也可蓄水養(yǎng)護(hù)，并定期測定混凝土表面和內(nèi)部溫度，將其控制在設(shè)計要求的范圍以內(nèi)。

養(yǎng)護(hù)時間，普通混凝土，不得少于7d，對摻用緩凝型外加劑或有抗?jié)B要求的混凝土，不得少于14d。

2.5.2拆模

大體積砼的拆模，冬期施工應(yīng)控制混凝土表面冷卻到5℃以下方可拆除。

非冬期施工應(yīng)在砼表面與外界溫差不大于15℃時才能拆除，要么采取臨時覆蓋措施避免溫差過大開裂。

3.裂縫的處理辦法

3.1灌漿

此做法是清理裂縫，根據(jù)實際情況配出注漿液，用壓力將漿液壓入裂縫中。

3.2結(jié)構(gòu)補(bǔ)強(qiáng)

有幾種方法：加大截面，置換混凝土，粘結(jié)型鋼、鋼板或纖維增強(qiáng)塑料等。

加大截面的做法比較常用，如樓板、梁柱等的加固。缺點是加大了結(jié)構(gòu)構(gòu)件尺寸，可能會影響建筑物的使用功能；置換混凝土，雖然不會不影響建筑物的結(jié)構(gòu)尺寸，缺點是新舊交接的砼之間的結(jié)合不好處理；粘鋼加固的優(yōu)點是施工時間短，缺點是造價較高，對潮濕和耐腐蝕有一定要求，比較適用不增加結(jié)構(gòu)尺寸，對構(gòu)件承載力要求較高的部位；粘貼纖維增強(qiáng)塑料加固法，優(yōu)點是不增加結(jié)構(gòu)的自重，耐用、經(jīng)濟(jì)，需要進(jìn)行專業(yè)的防火處理。

4.案例分析

4.1工程概況

本工程由2棟地上32層，地下1層的建筑、結(jié)構(gòu)、功能、體量相同的公寓樓組成，建筑總高度95.7m，總建筑面積為54416.66m2，占地面積為1862.1m2，其中地下建筑面積為4796m2，地上建筑面積：49620.66 m2。

地下室層高為5.4m，主要為停車庫和設(shè)備用房，一層為高架空綠化層，層高為5.4m。二層以上層高為2.9m。

本工程耐火等級為一級，設(shè)防烈度為7度，抗震等級為二級，安全等級為二級。建筑耐久年限50年，地下室防水等級二級。主要結(jié)構(gòu)體系為剪力墻體系，筏板基礎(chǔ)，主樓位置板厚為1200MM，其余板厚400MM，頂板板厚240MM。

4.2采取的措施

4.2.1施工方案及施工準(zhǔn)備

包括大體積砼的施工準(zhǔn)備、施工組織、養(yǎng)護(hù)措施、溫控措施及施工應(yīng)急預(yù)案等。并組織相關(guān)專家對方案進(jìn)行論證。做好了施工措施保證，避免人為因素等造成施工目標(biāo)的降低，切實保證施工質(zhì)量。

做好相關(guān)的施工準(zhǔn)備。如聯(lián)系砼供應(yīng)商在施工前安排人員過來實地了解，做好相應(yīng)的場地準(zhǔn)備，砼罐車數(shù)量安排等，需要對場地道路情況進(jìn)行處理的則協(xié)調(diào)總包單位進(jìn)行處理。務(wù)必保證材料供應(yīng)的順暢。

其次，組織相關(guān)單位對施工前的項目管理班子、施工班組等的進(jìn)行技術(shù)交底，切實保證施工的有序、有效進(jìn)行。做好大體積砼施工的人員、技術(shù)等相關(guān)準(zhǔn)備，切實保證大體積砼的施工質(zhì)量。

再次是做好相關(guān)的材料準(zhǔn)備。如塑料薄膜或者麻袋等覆蓋養(yǎng)護(hù)所需的材料等。夜間施工需要的照明器具等施工用具——一般大體積砼施工的量較大，持續(xù)時間較長。

合理的勞力組織。如之前所提到的，大體積砼的澆筑時間較長，人員所面臨的施工強(qiáng)度較大且持續(xù)時間較長，做好人員的合理安排就很有必要。不僅保證了施工的有序進(jìn)行，更保證了施工安全，避免人員疲勞造成的不良影響和干擾，從而保證了施工質(zhì)量和安全。

4.2.2施工過程控制

首先是主要的管理人員的切實到位。切實保證施工組織的有效進(jìn)行。

其次是按制定的施工方案進(jìn)行砼的澆筑。

4.2.3測溫措施

目的是及時掌握大體積砼內(nèi)不同部位的溫度，結(jié)合量取的大氣溫度，從而及時掌握大體積砼內(nèi)部的溫差和大氣與大體積砼表面之間的溫差，為有針對性采取措施來控制溫差，防止大體積砼的內(nèi)部溫差及表面溫差過大，從而控制大體積砼各部位的溫度應(yīng)力，避免產(chǎn)生裂縫。

相關(guān)的測溫設(shè)施在大體積砼施工前預(yù)埋到位，在大體積砼澆筑完成按監(jiān)測方案展開測溫并做好記錄。

4.2.4養(yǎng)護(hù)措施

我們當(dāng)時采用的是塑料薄膜覆蓋養(yǎng)護(hù)，并及時澆水保持濕潤狀態(tài)。此外，在結(jié)構(gòu)的相關(guān)部位，按照圖紙的設(shè)計要求增加了一些構(gòu)造配筋，從而更好地保證了大體積砼的施工質(zhì)量。

4.2.5效果

以上的案例中，我們采取了一些針對性的措施，有利的避免了裂縫的出現(xiàn)，本工程取得了預(yù)期的效果。

5.結(jié)論

綜上所述，采用合理的水泥品種，合適的水泥用量及外加劑，優(yōu)化的配合比，合理的施工措施，做好嚴(yán)密的監(jiān)測及養(yǎng)護(hù)措施等工作，控制大體積砼的開裂是可以達(dá)到預(yù)期效果的。