大體積砼裂縫控制的有效措施

張治國

湖北中陽建設(shè)集團有限公司

大體積砼裂縫控制的有效措施

張治國

湖北中陽建設(shè)集團有限公司

隨著我國經(jīng)濟蓬勃發(fā)展，科技迅速騰飛，在建筑領(lǐng)域所運用的技術(shù)也越來越完善，社會的基礎(chǔ)建設(shè)力度加大，越來越多的建筑采用大體積砼施工，同時應(yīng)運而生的還有部分在大體積砼施工中極易出現(xiàn)的常見問題，例如如何對砼裂縫進行有效的控制等，砼產(chǎn)生裂縫會逐漸腐蝕砼內(nèi)部的鋼筋，對砼結(jié)構(gòu)的安全性造成威脅，所以要想保證建筑的安全，保障工程質(zhì)量，就要解決砼裂縫的問題，對砼的裂縫將有效控制。

大體積砼；裂縫；控制措施

1 前言

鋼筋砼的結(jié)構(gòu)，材料經(jīng)濟實惠、施工方便、而且受力效果強、可塑性強、裝飾性大，等眾多特點，所以在工程技術(shù)中受到廣泛使用，工程建設(shè)項目中占據(jù)了主導(dǎo)地位的砼是由多種材料凝結(jié)而成，砼的特性及施工操作不當?shù)仍颍故┕ぶ许女a(chǎn)生裂成為一種很常見的問題，大體積砼的制作使這些特性和問題更加突出，產(chǎn)生裂縫可能性更大，對裂縫預(yù)防難度也更大，但是砼裂縫一旦形成，對于整體結(jié)構(gòu)的受力危害極大，直接影響著砼建筑的安全性，消弱砼的承載能力，所以如何去除砼開裂的現(xiàn)象是一個十分值得研究的問題。

2 裂縫的成因

在拌制和澆筑混凝土過程中，劇烈的化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生了大量的熱量，而且內(nèi)外溫差較大，由于物體熱脹冷縮的特性，導(dǎo)致砼結(jié)構(gòu)產(chǎn)生拉升或壓縮的應(yīng)力，當超出砼的性能時，裂縫就會產(chǎn)生。在高溫季節(jié)，高標號水泥和過多的水泥用量將導(dǎo)致過高的溫升，在外界氣溫下降后將產(chǎn)生較大的溫差，失水養(yǎng)護和長期暴露也將導(dǎo)致較大的收縮，當溫度收縮應(yīng)力超過其抗拉強度，就會引起結(jié)構(gòu)開裂。[1]

3 大體積砼裂縫預(yù)防措施

根據(jù)大體積砼產(chǎn)生裂縫的幾個主要原因，主要從以下幾點進行預(yù)防：減少拌制和澆筑過程中熱量的大量產(chǎn)生或控制熱量的釋放速度、控制降溫速度緩解內(nèi)外溫差、對有害裂縫盡可能避免和及時修復(fù)。對于預(yù)防裂縫的產(chǎn)生要采用以防為主、采用溫控技術(shù)，在塊體基礎(chǔ)的設(shè)計、砼材料的選擇、配合比設(shè)計、拌制、運輸、澆筑、砼的保溫養(yǎng)護、施工過程中加強對溫度監(jiān)測、控制和管理，可以具體從以下幾方面入手。

3.1 原材料

(1)水泥

①大體積砼的施工過程因為使用水泥的量較多，同時內(nèi)部散熱較困難，極易導(dǎo)致內(nèi)外溫差較大。在選擇水泥時，不僅要盡可能選擇產(chǎn)生熱量較少的水泥，同時應(yīng)在合理的范圍內(nèi)盡可能減少水泥的配比。水泥用量越少，參與水化反應(yīng)的物質(zhì)量越小，進而產(chǎn)生的熱量也相應(yīng)減少。

②澆筑大體積砼的水泥應(yīng)符合以下要求，三天的水化熱值應(yīng)在240kj/kg以內(nèi)，七天的水化熱值應(yīng)在270kj/kg以內(nèi)，因此應(yīng)盡可能避免使用水化熱較高的水泥。

③當大體積砼需要具備抗?jié)B能力時，應(yīng)選擇鋁酸三鈣含量在8%以內(nèi)的水泥。

④攪拌站在水泥入機前應(yīng)對溫度進行嚴格檢驗和控制，溫度不能超過60℃。

(2)摻合料及外加劑

為了減少混凝土拌制時熱量的產(chǎn)生，可以采用摻入適量的

摻合料或外加劑。目前國內(nèi)外類似工程中在拌制混凝土時會適量加入粉煤灰來代替水泥，不僅極大地減少了熱量的產(chǎn)生，而且對混凝土的流動性、粘聚性和保水性得到極大的改善。對于粉煤灰和礦渣粉的摻入量應(yīng)嚴格控制，避免過多導(dǎo)致大體積砼的性能受到影響，通常只摻入粉煤灰時，其用量不能超過水泥用量的40%，只摻入礦渣粉時不超過水泥用量的50%，粉煤灰和礦渣粉都摻入時，總量應(yīng)小于水泥用量的50%。

宜采用高性能減水劑與緩凝劑等外加劑。減水劑通過減少水泥的使用可以降低灰水比，使發(fā)熱量大為減少，同時放熱峰值產(chǎn)生時間延緩，使溫度裂縫的產(chǎn)生得到極大的緩解。

(3)粗骨料

①基本要求

A砼粗骨料的最大粒徑選擇要符合連續(xù)級配的。不宜用單一的單粒級配制砼。

B砼的粗骨料的選擇應(yīng)考慮砼的施工位置、水泥特性、抗壓能力需求等。

C當前施工中很多都采用第三方的預(yù)拌混凝土，粗骨料的粒徑過大會對泵送產(chǎn)生不利影響，因此最好不超過40mm。

D參照（GB50204）的規(guī)定，為避免對砼的形狀和均勻性造成影響，粗骨料的最大粒徑應(yīng)綜合砼結(jié)構(gòu)截面的最小邊長和內(nèi)部鋼筋的凈間距進行考慮，不超前者的1/4，不超過后者的3/4。同時對于泵送的情況，粗骨料采用碎石時，粒徑與泵內(nèi)部管徑的比值控制在1/3以內(nèi)，如果使用卵石做骨料，比值在1/2.5以內(nèi)。

E應(yīng)選用非堿活性的粗骨料。

(4)細骨料

澆筑大體積砼所用的細骨料主要是砂，應(yīng)對砂的參數(shù)嚴格把關(guān)，選用的中砂的細度模量應(yīng)超過2.3。選用的中、粗砂細度模數(shù)為2.79，平均粒徑0.381mm，他比采用細砂（細度模數(shù)為2.12，平均粒徑0.336mm時），每立方米砼的原材料中，用水量和水泥用量都大幅減少了約20～25kg和28～35kg，使水化熱的產(chǎn)生量也相應(yīng)減少，從而減少了因干縮產(chǎn)生的裂縫。

(5)砂、石料的含泥量控制

骨料中的含泥量過大時，不僅會加劇砼的收縮使砼易產(chǎn)生裂縫，而且使砼的抗拉性能受到極大影響，極可能產(chǎn)品不滿足工程要求。因此必須對骨料中的含泥量進行準確檢測和把關(guān)。通常石子和黃沙中含泥量應(yīng)分別控制在1%和2%以內(nèi)。

(6)其他規(guī)范中的要求

①所配置的砼拌合物，應(yīng)充分保證其流動性和粘聚性，澆筑前坍落度在160mm內(nèi)；

②拌合水的用量不能過大，應(yīng)控制175kg/m3以內(nèi)；

③水膠比不宜大于0.5；

④砂率宜為35%～40%。

⑤當運輸或泵送環(huán)節(jié)發(fā)現(xiàn)拌合物缺水時，禁止直接注水。

3.2 控制砼出機溫度及澆筑溫度

加強砼的出機和澆筑溫度控制，能夠使砼的總溫升得到較大的改善，是避免砼裂縫中的重要環(huán)節(jié)。

(1)砼拌合物的出機溫度管控

①根據(jù)施工經(jīng)驗和相關(guān)試驗表明拌合用的石子每升高1C°則使砼出機溫度升高0.342C°；

②根據(jù)相關(guān)試驗計算水每升高1C°則使砼出機溫度升高0.313C°；

③根據(jù)相關(guān)試驗計算砂每升高1C°則使砼出機溫度升高0.258C°；

④根據(jù)相關(guān)試驗計算水泥每升高1C°則使砼出機溫度升高0.088C°；

⑤由此可以看出，雖然粗骨料石子的重量占總重量的比例很大，但是比熱值較小，而砼中水的重量雖然不大，但是比熱較大。通過對比可以發(fā)現(xiàn)，原料的溫度對砼的溫度影響程度為石子/水＞細骨料砂＞水泥，因此，當氣溫較高時，應(yīng)采用遮陽篷等設(shè)施減少砂石因太陽照射而溫度過高，必要情況下可以噴灑水霧進行降溫處理。當水溫較高時可以放入冰塊降溫。并合理選擇施工時間減少外界對拌合物溫度產(chǎn)生的影響。

(2)控制澆筑溫度

①砼入模溫度不宜大于30℃，砼澆筑體最大溫升值不宜大于50℃。

②砼從攪拌機出料后，需要經(jīng)過專用車輛運輸運輸、泵送，施工等多道工序，距離遠、暴露時間長，溫度容易被外界因素影響。高溫時間特別是夏季應(yīng)減少施工或采取相應(yīng)的降溫措施，當環(huán)境溫度高于30℃時（模板及內(nèi)部敷設(shè)鋼筋及周圍溫度不超過40℃），為了有效控制澆筑時的溫差和冷量損失進而減少裂縫的產(chǎn)生，應(yīng)采取如下措施：

A泵車水平輸送管在太陽的照射下，溫度會升高進而對內(nèi)部的砼溫度產(chǎn)生影響，可以將管道外鋪設(shè)草袋等遮蔽物，同時定時使用冷水進行降溫，通過蒸發(fā)吸熱減少溫度的影響。

B為了減少砼收到外界高溫的影響時間過長，應(yīng)采取措施如加大泵送量，提高澆筑施工效率。

3.3 砼的施工

(1)大體積砼的澆筑應(yīng)符合下列規(guī)定

①大體積砼的澆筑過程工作量和工作時間都較大，因此需要對澆筑細節(jié)進行管控。澆筑層厚度應(yīng)結(jié)合震搗器的性能及砼的流動性、粘聚性等參數(shù)來確定，通常整體連續(xù)澆筑時，層厚度應(yīng)在300～500mm范圍內(nèi)，實體厚度控制在2m以內(nèi)。對于大體積砼在澆筑綜合能力不足時應(yīng)采取整體推移式連續(xù)澆筑法進行施工。

②對于大體積砼采用分層連續(xù)澆筑或推移式連續(xù)澆筑法施工時，應(yīng)對兩層間的施工時間間隔嚴格控制，在前層砼初凝前應(yīng)確保此層澆筑完成，以保證各層間的連續(xù)性。砼的初凝時間的準確性十分重要，需要通過試驗確定（可要求商砼供應(yīng)單位完成，并提交具體時間參數(shù)；也可在施工現(xiàn)場使用貫入阻力法進行測定，砼初凝時貫入阻力大小為3.5MPa），當此層澆筑時間超過前層初凝時間后，兩層之間需要按照施工縫進行處理。

③砼的澆筑應(yīng)沿長邊方向從低向高的方向進行，當砼供應(yīng)充足時，可以分成若干段同時作業(yè)。

④砼澆筑宜采用二次振搗工藝，澆筑面應(yīng)及時進行二次抹壓處理。

(2)裂縫產(chǎn)生的原因及應(yīng)對方法

砼的抗壓性能較強，但是抗拉強度較差，原料及澆筑、保養(yǎng)各種因素都對砼的抗拉性能影響較大。通常內(nèi)部均勻密實的砼抗拉性能較好。試驗表明質(zhì)量不佳的砼的極限拉伸能力3～5*10-7，在正常質(zhì)量條件下約為8～10*10-7，在優(yōu)良質(zhì)量條件下，約為12～15*10-7。

A坍落度的管控，大體積砼施工實踐證明，如果能提高攪拌車卸料落差（墊筑攪拌車卸料臺，提高其卸料高度），保證卸料的連續(xù)性，能夠使砼的坍落度減少到約10cm，此時應(yīng)對泵車和攪拌車的數(shù)量和布局進行優(yōu)化，確保一臺攪拌車卸料完畢，后一臺可以立刻有效銜接。如果過分追求臺班產(chǎn)量，而忽視坍落度的控制，那么會導(dǎo)一次運輸?shù)乃嘤昧看笤?，熱量控制較為困難，對大體積砼的質(zhì)量和性能極其不利。

B砼的澆筑，為了澆筑用的砼較為均勻，泵車在卸料前需要高速運轉(zhuǎn)一分鐘時間才能供料。在上層鋼筋表面鋪設(shè)補料，同時保證角度在8到10度左右，使布料作為砼的流動平臺，自下而上地完成砼的澆筑作業(yè)，這種方式能減少砼的暴露面，使受到的溫度影響極大的減小。

C排除泌水，流動性較大的砼中含水量較大，澆筑時形成泌水，在基礎(chǔ)底層施工時應(yīng)該考慮到砼的澆筑順序，所以墊層施工時應(yīng)略帶有一定的坡度。泌水向下集中到坑底，通過模板兩側(cè)的預(yù)留孔排出，未排出的又會被砼擠向上層，最后通過頂端的流水孔排出。當接近大坡面頂端澆筑時，需要將施工方向調(diào)整為從頂端向前，使最后一部分泌水進入柱基預(yù)留洞內(nèi)，用軟軸泵及時排除。及時排除泌水，有利于提高砼質(zhì)量和抗裂。

D拆模時間的管控對預(yù)防裂縫產(chǎn)生也十分重要。大體積砼的內(nèi)部溫度遠較外部高，過早拆模后會導(dǎo)致內(nèi)外溫度的降溫速度差別較大，進而使內(nèi)外的溫度差異較大，使表面形成較大的拉扯，當超出拉力性能就會產(chǎn)生裂縫。因此應(yīng)保證大體積砼澆筑后擁有足夠的拆模時間。

此外拆模后為避免表面水分的過度流失而引發(fā)裂縫。因此應(yīng)綜合考慮拆模時間并做好準備工作，使拆模后盡快進行回填土。地上的砼結(jié)構(gòu)應(yīng)及時裝飾減少暴露時間，或?qū)Ρ砻娌扇”匾募訚翊胧?/p>

3.4 溫控施工現(xiàn)場的監(jiān)測

(1)大體積砼施工時，應(yīng)重視溫度監(jiān)測工作，并應(yīng)符合下列要求：

①砼入模前應(yīng)確保溫度不超過30℃，同時砼澆筑體最大溫升不超過50℃；

②在澆筑完畢的12小時內(nèi)，需要對砼采取嚴格的保溫保濕措施；

③在澆筑后的養(yǎng)護階段，應(yīng)加強對砼內(nèi)外溫度的監(jiān)控，確保砼表面溫度與表面向內(nèi)延伸的40～100mm處的溫度差值不應(yīng)大于25℃；此外砼澆筑體表面溫度與外界氣溫的插值應(yīng)控制在20℃內(nèi)，當實測值≤20℃時，才可以結(jié)束養(yǎng)護作業(yè)，進行覆膜拆除和拆模作業(yè)，但還需要在未來的14天內(nèi)堅持保濕養(yǎng)護。

⑤同時應(yīng)確保內(nèi)部相鄰兩個監(jiān)測點的溫差不超過25℃

⑥砼降溫速率不宜過快，控制在2.0℃/d。

（2）對于大體積砼的溫度檢測頻率應(yīng)遵守以下幾點：

①前四天每次溫度檢測間隔不能超過4小時；

②第五至第七天每次溫度檢測間隔不能超過8小時；

③第七天至測溫結(jié)束，至少每12小時一次；

④砼澆筑體表面以內(nèi)40～100mm位置溫度與環(huán)境溫度的差值小于20℃時，可停止測溫。

3.5 養(yǎng)護工作

①大體積砼澆筑后的養(yǎng)護期間如果養(yǎng)護不當也會產(chǎn)生裂縫，應(yīng)加強對其的溫度、濕度的控制，避免變化過快，過大。保溫養(yǎng)護的主要目的有以下幾點：

A減少單位時間內(nèi)砼表面的熱量損失，避免表面溫度下降過快，引發(fā)表面收縮對內(nèi)部形成擠壓。

B延長砼澆筑件的整體散熱時間，確保在適宜的溫度和濕度條件下，為砼內(nèi)部的化學(xué)反應(yīng)提供較好的條件和充足的時間，使砼的抗拉性能得到改善，當承受外力時，減少裂縫的產(chǎn)生。

②砼的保濕養(yǎng)護工作應(yīng)得到充分重視，經(jīng)常對其狀態(tài)進行檢查，確保表面濕度，同時檢查覆膜和保護層的完好度。

③為避免拆除保護層后表面溫度與外界氣溫差異過大，應(yīng)分層進行拆除，當溫差小于20℃時，可全部拆除；

④在砼初凝前，應(yīng)做好保濕措施，如噴霧和覆蓋塑料薄膜。

⑤用于覆膜的材料應(yīng)注意其穩(wěn)定性和安全性，通?？梢赃x擇塑料薄膜或麻袋等，在外界溫度較大、風力較大時時應(yīng)搭設(shè)遮陽篷或擋風設(shè)施。同時加強對溫度的檢測，當溫度出現(xiàn)急劇變化時及時采取應(yīng)急措施。

⑥對于不方便施工的場所，其側(cè)模、底模的保溫措施應(yīng)提前在工藝中進行完善。

⑦養(yǎng)護工作的重點為控制表面濕度和溫度的變化。通常可以將保溫和保濕綜合考慮制定保養(yǎng)方法。保溫的作用在于：1減少大體積砼的表面散熱量，避免溫度變化過快導(dǎo)致表面裂縫；2使砼的強度和材料特性有足夠的時間得到強化，避免產(chǎn)生貫穿性裂縫。保濕的主要目的在于：1在硬化過程中避免表面失水過快過多從而干裂；2適宜的溫度和濕度條件下，使水泥內(nèi)部的化學(xué)反應(yīng)充分完成，對提高各個階段砼的極限拉伸和抗拉強度有極大的幫助，特別是早期的抗拉能力提高能有效減少裂縫的產(chǎn)生。

3.6 其他施工措施

(1)在澆筑大體積砼過程中，可以摻加強度大、無裂縫缺陷、表面清潔，外形尺寸約150～250mm的較大石塊，不僅減少了凝膠材料的用量，而且減少了水泥拌制過程中產(chǎn)生的熱量，同時石塊也能通過吸收熱量緩解砼整體溫度的急劇變化，預(yù)防因此產(chǎn)生溫度裂縫。

(2)冷卻水管的用法，φ25黑鐵管，縱橫交錯，間距1m，利用正反循環(huán)冷卻調(diào)節(jié)降溫。

(3)采用后期強度，大體積砼宜采用后期強度作為配合比設(shè)計、強度評定及驗收的依據(jù)?；A(chǔ)砼，確定砼強度時的齡期可取60d（56d）或者90d；柱墻砼強度等級不低于C80時，確定砼強度時的齡期可取60d（56d）。

(4)為了較少超大體積砼溫度變化形成的體積膨脹和收縮，可以采取間斷區(qū)域作業(yè)或為變形量預(yù)留空間，能夠極大減少本身熱脹冷縮導(dǎo)致的裂縫，需要注意的是間斷處的澆筑與已澆筑區(qū)域的施工間隔不能大于七天。

4 結(jié)束語

終上所述，對大體積砼施工過程中對裂縫的預(yù)防主要應(yīng)從嚴格控制溫差及使各階段的砼抗拉性能強于拉扯力兩方面著手：

（1）做好保溫措施和降溫措施。通過改善原料構(gòu)成、材料配比、材料攪拌前溫度等減少水化熱的產(chǎn)生，同時在澆筑工程中避免日照等措施并可以對大體積砼的內(nèi)部鋪設(shè)冷卻水管散熱。對于保溫措施，應(yīng)避免表面熱量的快速散發(fā)從而導(dǎo)致內(nèi)外溫度差異較大，形成表面或貫穿裂縫。

（2）提高砼的極限拉伸。緩慢的降溫過程，可以使砼的抗拉能力得到明顯提升，確保各個時期的拉伸性能都強于溫差導(dǎo)致的拉力，有效阻止裂縫的形成。

（3）嚴格控制骨料的尺寸和質(zhì)量，并嚴格避免含泥量過高，此外通過可以加入適量的外摻料或減水劑與緩凝劑等外加劑，優(yōu)化內(nèi)部結(jié)構(gòu)同時減少熱量產(chǎn)生。

（4）養(yǎng)護時間充足，并加強保溫保濕工作，使砼的強度充分發(fā)揮并有效減少裂縫的產(chǎn)生。

（5）施工工藝的編制和審核質(zhì)量應(yīng)加強，充分考慮工程特點、施工能力和管理水平等因素，針對各環(huán)節(jié)的要點加強質(zhì)量控制和采取合理的抗裂措施。同時對于參與大體積砼施工的工人應(yīng)進行培訓(xùn)和技術(shù)交底工作，通過宣講裂縫控制要點和正確施工方法，并完善管理制度，在具體施工環(huán)節(jié)最大限度地減少裂縫的形成。

[1]王鐵夢.工程結(jié)構(gòu)裂縫控制[J].中囯建筑工業(yè)，2014(6):101～102.

[2]GB 066—2011.砼結(jié)構(gòu)工程施工規(guī)范[S].

[3]GB 0496—2009.大體積砼施工規(guī)范.建筑業(yè)10項新技術(shù)（2010）應(yīng)用指南》[S].

10.16767/j.cnki.10-1213/tu.2017.12.133