探析大體積混凝土施工裂縫的控制

朱賓

【摘 要】隨著中國經濟的迅猛發(fā)展，掀起建設高潮，大體積混凝土在各類構筑中被廣泛應用，混凝土澆筑中的裂縫控制是長期困擾人們的一個難題，本文通過對工程施工中大體積混凝土施工裂縫問題產生原因進行分析，提出了降低混凝土溫度應力、防止混凝土產生裂縫的施工控制措施，以及在構造設計、施工技術及材料上對大體積混凝土應采取的防裂措施，供大家參考。

【關鍵詞】大體積混凝土；水化熱；施工措施；裂縫；控制

一、大體積混凝土裂縫產生的主要原因

大體積混凝土結構裂縫的發(fā)生是由多種因素引起的，各類裂縫產生的主要影響因素如下：

1、水泥水化熱

水泥在水化過程中要釋放出一定的熱量，一般每克水泥可以放出500J左右的熱量，如果以水泥用量350kg/m3～550kg/m?來計算，每立方米混凝土將釋放出17500KJ～27500的熱量，從而使混凝土內部溫度升高（可達70℃左右，甚至更高），而大體積混凝土結構斷面較厚，表面系數(shù)相對較小，所以水泥發(fā)生的熱量聚集在結構內部不易散失，這樣混凝土內部的水化熱無法及時散發(fā)出去，以至于越積越高，使內外溫差增大；單位時間混凝土釋放的水泥水化熱，與混凝土單位體積中水泥用量和水泥品種有關，并隨混凝土的齡期而增長，由于混凝土結構表面可以自然散熱，實際上內部的最高溫度，多數(shù)發(fā)生在澆筑后的最初3～5天。

2、外界氣溫變化

大體積混凝土在施工階段，它的澆筑溫度隨著外界氣溫變化而變化。大體積混凝土結構在施工期間，混凝土內部的溫度是由澆筑溫度、水泥水化熱的絕熱溫度和結構的散熱溫度等各種溫度疊加之和組成。澆筑溫度與外界氣溫有著直接關系，外界氣溫愈高，混凝土的澆筑溫度也就會愈高；如果外界溫度降低則又會增加大體積混凝土的內外溫差梯度。如果外界溫度的下降過快，會造成很大的溫度應力，極其容易引發(fā)混凝土的開裂。另外外界的濕度對混凝土的裂縫也有很大的影響，外界的濕度降低會加速混凝土的干縮，也會導致混凝土裂縫的產生。

3、混凝土的收縮

混凝土在空氣中硬結時體積減小的現(xiàn)象稱為混凝土收縮，混凝土收縮的主要原因是內部水蒸發(fā)引起混凝土收縮，混凝土在不受外力的情況下的這種自發(fā)變形，受到外部約束時（支撐條件、鋼筋等），將在混凝土中產生拉應力，使得混凝土開裂。引起混凝土的裂縫主要有塑性收縮、干燥收縮和溫度收縮等三種。在硬化初期主要是水泥石在水化凝固結硬過程中產生的體積變化，后期主要是混凝土內部自由水分蒸發(fā)而引起的干縮變形。

二、控制大體積混凝土裂縫的防治措施

1、裂縫控制的設計措施

1.1、大體積混凝土的強度等級宜在C20～C35范圍內選用，混凝土設計強度過高，水泥用量過大，必然造成混凝土水化熱過高，采用C20～C35的混凝土，避免設計上“強度越高越好”的錯誤概念，這樣可以減少混凝土中的水泥用量，以降低混凝土澆筑塊體的溫度升高。

1.2、混凝土配合比應提高試配確定。按照國家現(xiàn)行《混凝土結構工程施工及驗收規(guī)范》、《普通混凝土配合比設計規(guī)程》及《粉煤灰混凝土應用技術規(guī)范》中的有關技術要求進行設計。

1.3、大體積混凝土設計過程中，應對施工階段大體積混凝土澆筑塊體的溫度、溫度應力及收縮力進行驗算，確定施工階段大體積混凝土澆筑塊體的升溫峰值、內外溫差（不超過25℃），降溫速度（不超過1.5℃/d）的控制指標，制訂溫控施工的技術措施。

1.4、大體積混凝土除應滿足承載力和構造要求外，還應增配承受水泥水化熱引起的溫度應力及控制裂縫開展的鋼筋，以構造鋼筋來控制裂縫，配筋應盡可能采用小直徑、小間距。采用直徑8～14mm的鋼筋和100～150mm間距足比較合理的，橫截面的配筋率應在0.3%～0.5%之間，在混凝土表面增設金屬擴張網等措施，有效地提高混凝土抗裂性能。

1.5、避免結構突變（或斷而突變）產生應力集中。轉角和孔洞處增設構造加強筋。

1.6、以預防為主。在設計階段就應考慮到可能漏水的內排水措施，以及施工后的經濟可靠的堵漏方法。

2、裂縫控制的材料措施

2.1、考慮普通水泥水化熱較高，特別是應用到大體積混凝土中，大量水泥水化熱不易散發(fā)，在混凝土內部溫度過高，與混凝土表面產生較大的溫度差，使混凝土內部產生壓應力，表面產生拉應力形成裂縫，因此確定采用水化熱較低的礦渣硅酸鹽水泥；通過降低水泥用量的方法來降低混凝土的絕對溫升值，可以使混凝土澆筑后的內外溫差和降溫速度控制的難度降低，也可降低保溫養(yǎng)護的費用，一般水泥用量最好不超過380kg/m。

2.2、粗骨料方面采用碎石，粒徑5～25毫米，含泥量不大于1%，選用粒徑較大、級配良好的石子配制的混凝土，和易性較好，抗壓強度較高，同時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；細骨料采用中砂，平均粒徑大于0.5毫米，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砂拌制的混凝土可減少用水量10%左右，同時相應減少水泥用量，使水泥水化熱減少，降低混凝土溫升，并可減少混凝土收縮。

2.3、摻合料及外加劑的使用，國內當前用的摻合料主要是粉煤灰，可以提高混凝土的和易性，大大改善混凝土工作性能和可靠性，同時可代替水泥，降低水化熱，摻加量為水泥用量的15%，降低水化熱15%左右；外加劑主要是指減水劑、緩凝劑和膨脹劑，混凝土中摻入水泥重量0.25%的木鈣減水劑，不僅使混凝土工作性能有了明顯的改善，同時又減少10%拌和用水，節(jié)約10%左右的水泥，從而降低了水化熱；一般泵送混凝土為了延緩凝結時間，要加緩凝劑，反之凝結時間過早，將影響混凝土澆筑面的粘結，易出現(xiàn)層間縫隙，使混凝土防水、抗裂和整體強度下降，為了防止混凝土的初始裂縫，摻加膨脹劑。

3、裂縫控制的施工措施

3.1、混凝土澆筑過程中采用延緩溫差梯度和降溫梯度的措施，在澆筑前經詳細計算安排分塊、分層澆筑次序、流向、澆筑厚度、寬度、長度、前后澆筑的搭接時間；澆筑過程中不得留施工縫，混凝土的攤鋪厚度應根據所用振搗器的作用深度及混凝土的和易性確定，當采用泵送混凝土時，混凝土的攤鋪厚度不大于600mm；當采用非泵送混凝土時，混凝土的攤鋪厚度不大于400mm；分層連續(xù)澆筑或推移式連續(xù)澆筑，其層間的間隔時間應盡量縮短，必須在前層混凝土初凝之前，將其次層混凝土澆筑完畢，層間最長的時間間隔不大于混凝土的初凝時間，初凝前再用鐵滾筒碾壓2遍，再用木抹子搓平壓實，以控制表面龜裂。

3.2、采用二次振搗技術，對提高混凝土的抗裂性具有重要作用，大量的施工實踐表明，對已經完成澆筑但尚未凝固的混凝土加強二次振搗工作，能有效避免混凝土由于水平鋼筋下部產生的水分及空隙等，以此提高鋼筋與砼之間的凝聚力，避免由于混凝土沉降而產生裂縫，并能以此降低砼內微裂的現(xiàn)象，提高混凝土的密實度，并增強混凝土的抗壓強度約10%一20%，有效防止裂縫產生。

3.3、混凝土的拌制、運輸必須滿足連續(xù)澆筑施工以及盡量降低混凝土出罐溫度等方面的要求，當炎熱季節(jié)澆筑大體積混凝土時，混凝土攪拌場站宜對砂、石骨料采取遮陽、降溫措施；在寒冷季節(jié)可搭設擋風保溫棚。覆蓋層的厚度應根據溫控指標的要求計算；當采用泵送混凝土施工時，混凝土的運輸宜采用混凝土攪拌運輸車，混凝土攪拌運輸車的數(shù)量應滿足混凝土連續(xù)澆筑的要求。

3.4、在混凝土澆筑過程中，應及時清除混凝土表面的泌水。泵送混凝土的水灰比一般較大，泌水現(xiàn)象也較嚴重，不及時清除，將會降低結構混凝土的質量；在大體積混凝土拆模后，應采取預防寒潮襲擊、突然降溫和劇烈干燥等措施。

3.5、加強對混凝土結構完工后的養(yǎng)護，嚴格監(jiān)控其溫度，養(yǎng)護過程中應通過人工的溫度控制對混凝土澆筑塊體升降溫、內外溫差、降溫速度及環(huán)境溫度等進行監(jiān)測，以避免出現(xiàn)過大溫差而導致裂縫；混凝土養(yǎng)護階段的溫度控制應遵循混凝土的中心溫度與表面溫度之間、混凝土表面溫度與室外最低氣溫之間的差值均應小于20℃；當結構混凝土具有足夠的抗裂能力時，不大于25℃～30℃；混凝土拆模時，混凝土的溫差不超過20℃。其溫差應包括表面溫度、中心溫度和外界氣溫之間的溫差。

三、結束語

綜上所述，大體積混凝土施工的技術十分復雜，為了有效避免裂縫的產生，從設計到施工，包括施工的環(huán)境與材料等多方面因素，都應提高注意。應從多方面加強對大體積混凝土施工的分析，并采取積極的防控措施，以實現(xiàn)綜合治理原則，能夠從根本上提高建筑工程的質量，保證建筑物使用功能的發(fā)揮。雖然大體積混凝土很容易產生裂縫，但是大量的科學研究以及成功的工程實例都表明，只要我們能夠充分考慮各種因素的影響，還是完全可以避免危害結構的裂縫的產生。

參考文獻

[1]《大體積混凝土施工規(guī)范》GB50496—2009

[2]《通用硅酸鹽水泥》GB175—2007

[3]《混凝土結構工程施工及驗收規(guī)程》GB50204—2002

[4]《混凝土質量控制標準》GB50164—92

[5]《普通混凝土配合比設計規(guī)程》JGJ55-2002

[6]周富榮.養(yǎng)護對混凝土早期收縮和開裂的影響.浙江大學

[7]大體積混凝土施工中溫度裂縫的控制.解放軍理工大學學報（自然科學版）

[8]大體積砼溫度裂縫產生的因素及控制措施.中國科技博覽