大體積混凝土施工裂縫的成因分析及控制措施

王元鈞

遼寧地質(zhì)工程職業(yè)學(xué)院（118008）

對(duì)于大體積混凝土，不同國家定義不同。美國定義：任何就地澆筑混凝土，若尺寸大，必須采取措施解決體積膨脹和水化熱，以便減小開裂為大體積混凝土。日本定義：結(jié)構(gòu)斷面最小尺寸在80 cm以上,水化熱引起的混凝土最高溫度與外界氣溫差大于25℃為大體積混凝土。我國定義：混凝土結(jié)構(gòu)物實(shí)體最小尺寸大于或等于1 m或預(yù)計(jì)會(huì)因水泥水化熱引起內(nèi)外溫差過大而導(dǎo)致裂縫的混凝土。

在工業(yè)與民用建筑的設(shè)備基礎(chǔ)、箱形基礎(chǔ)、筏基底板、立墻及地下隧道等大體積混凝土施工中,由于水泥水化熱引起混凝土澆筑內(nèi)部溫度和溫度應(yīng)力劇烈變化，而導(dǎo)致混凝土發(fā)生裂縫現(xiàn)象。因此，控制混凝土澆筑塊體因水泥水化熱引起的升溫、混凝土澆筑塊體的里外溫差及降溫速度，防止混凝土出現(xiàn)溫度裂縫是施工技術(shù)的關(guān)鍵問題,必須認(rèn)真對(duì)待。

1 大體積混凝土施工裂縫產(chǎn)生的原因

造成大體積混凝土施工裂縫的原因是復(fù)雜的，而且是綜合性的，主要有以下幾種：

1.1 溫度原因

1）由于溫差較大引起的，混凝土結(jié)構(gòu)在硬化期間水泥放出大量水化熱，內(nèi)部溫度不斷上升，使混凝土表面和內(nèi)部溫差較大，混凝土內(nèi)部膨脹高于外部，此時(shí)混凝土表面將受到很大的拉應(yīng)力，而混凝土的早期抗拉強(qiáng)度很低，因而出現(xiàn)裂縫。這種溫差一般僅在表面處較大，離開表面就很快減弱，因此裂縫只在接近表面的范圍內(nèi)發(fā)生，表面層以下結(jié)構(gòu)仍保持完整。

2）由結(jié)構(gòu)溫差較大，受到外界的約束引起的，當(dāng)大體積混凝土澆筑在約束地基（例如樁基）上時(shí)，又沒有采取特殊措施降低，放松或取消約束，或根本無法消除約束，易發(fā)生深進(jìn)，直至貫穿的溫度裂縫。

1.2 沉縮裂縫

當(dāng)然混凝土沉縮裂縫在大體積混凝土（特別是泵送大流態(tài)混凝土）施工中也是非常多的?；鞚仓尚秃螅B(yǎng)護(hù)工作不到位，沒有及時(shí)地進(jìn)行表面履蓋，表面水份散失過快，導(dǎo)致混凝土內(nèi)部與外部不均勻收縮。其表面干收縮大于其內(nèi)部干收縮值。由于此干縮快慢差而形成的混凝土表面拉應(yīng)力，也是混凝土產(chǎn)生裂縫的重要原因。主要表現(xiàn)在振搗不密實(shí)，沉實(shí)不足，或者骨料下沉，表層浮漿過多，混凝土澆筑后，沒有及時(shí)抹壓實(shí)（特別是初凝前的二次拌壓），且表面覆蓋不及時(shí)，受風(fēng)吹日曬，表面水份散失快，產(chǎn)生干縮，混凝土早期強(qiáng)度又低，不能抵抗這種變形而導(dǎo)致開裂。

在施工中采用緩凝型泵送劑，延緩混凝土的凝結(jié)硬化速度，充分利用外加劑（特別是緩凝劑）的特性，適時(shí)增加抹加次數(shù)，消除表面裂縫，特別是初凝前的抹壓，這對(duì)消除有效。

2 大體積混凝土施工裂縫的控制

針對(duì)以上所分析的裂縫形成原因，我們可以采用以下措施加以控制：

2.1 嚴(yán)格控制混凝土的組成材料

大體積混凝土一般都是采用商品混凝土和泵送工藝澆筑，泵送商品混凝土對(duì)原材料的技術(shù)指標(biāo)要求很高。因此，首先混凝土的生產(chǎn)設(shè)備的穩(wěn)定運(yùn)行和計(jì)量的精確應(yīng)得到有效保障，組成混凝土的所有材料應(yīng)符合規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)的要求，以確?；炷恋馁|(zhì)量。

1）水泥品種的選擇。應(yīng)根據(jù)大體積混凝土的特點(diǎn)，既要注意水泥的水化熱，又要注意水泥的收縮作用，選用低水化熱、低收縮的水泥，如抗硫酸鹽水泥、粉煤灰水泥、礦渣水泥，而不要采用早強(qiáng)型水泥。

2）摻入粉煤灰，選擇減水劑，保證泵送流動(dòng)度。在盡量少用水泥的基礎(chǔ)上,摻入一定量的粉煤灰，以保證膠凝材料的總量。摻入適量的優(yōu)質(zhì)粉煤灰可以代替和節(jié)約水泥,一般摻量為水泥重量的15%～20%，在加拿大標(biāo)準(zhǔn)中，此摻量值已達(dá)到25%。從反應(yīng)堆廠房底板混凝土的試塊強(qiáng)度分析，粉煤灰的摻量提高，混凝土的強(qiáng)度稍有降低。粉煤灰在混凝土中主要起物理填充作用，加強(qiáng)了粉末效應(yīng)，增加了混凝土的密實(shí)度，可以改善混凝土的工作度，改善施工性能，減少混凝土的泌水和離析現(xiàn)象，減少收縮。粉煤灰還能夠延緩水化熱峰值的出現(xiàn)，降低溫度峰值。粉煤灰和減水劑同時(shí)摻入混凝土中，可以降低水灰比，減少水泥漿量，提高混凝土的可泵性。

3）粗細(xì)骨料的選擇。配制大體積混凝土，應(yīng)選用細(xì)度模數(shù)在2.7～3.1之間的含泥量最低的中粗砂，砂率最佳值為0.33，以合理粗細(xì)骨料的比例，砂率過高意味著細(xì)骨料多，粗骨料少，增加了收縮，對(duì)抗裂不利。碎石應(yīng)采用連續(xù)級(jí)配、良好粒級(jí)的彈性模量低的骨料。其次是砂石的吸水率應(yīng)盡可能小一些，以利于降低收縮。

4）混凝土的配合比設(shè)計(jì)。應(yīng)根據(jù)施工單位的經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)，優(yōu)化合理地選擇混凝土的強(qiáng)度和強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)差。結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際要求，合理利用混凝土的后期強(qiáng)度，如60天、90天或更長時(shí)間的強(qiáng)度。

2.2 優(yōu)化混凝土的施工過程

混凝土的抗拉強(qiáng)度遠(yuǎn)小于抗壓強(qiáng)度，這是混凝土容易開裂的內(nèi)在因素。普通混凝土極限拉伸離散性很大，因此在施工中必須創(chuàng)造條件，確?；炷辆鶆蛎軐?shí)?；炷撂涠雀鬈嚥灰写蟮牟町悾瑵仓A(chǔ)時(shí)坍落度可控制在100～140 mm,坍落度大時(shí)會(huì)使表面鋼筋下部產(chǎn)生水分，或表層鋼筋上部的混凝土產(chǎn)生細(xì)小裂縫。為防止這種裂縫，在混凝土初凝前和混凝土預(yù)沉后采取二次抹面壓實(shí)措施?；炷翝补鄷r(shí)，攪拌車在卸料前，要求高速運(yùn)轉(zhuǎn)一分鐘，確保進(jìn)入泵車受料斗的混凝土質(zhì)量均勻。

大體積混凝土的澆筑應(yīng)合理分段,分層進(jìn)行，使混凝土高度均勻上升,混凝土澆筑應(yīng)連續(xù)進(jìn)行，間歇時(shí)間不能過長，在前層混凝土初凝前必須把后層混凝土澆上。澆筑應(yīng)在室外氣溫較低時(shí)進(jìn)行，混凝土澆筑氣溫不宜超過28℃,在炎熱的氣候條件下應(yīng)采取降溫措施。

在澆筑混凝土過程中，應(yīng)嚴(yán)格按照施工組織設(shè)計(jì)的施工線路實(shí)施澆筑。禁止閑散人員在鋼筋上部停留。澆筑施工人員不應(yīng)在鋼筋上部無序走動(dòng)。采用雙層鋼筋網(wǎng)時(shí)，在上下層鋼筋網(wǎng)片之間應(yīng)設(shè)置足夠的支撐用鋼筋撐腳，以保證鋼筋位置正確。在澆筑線路上，鋪設(shè)臨時(shí)操作腳手板。所有澆筑人員的工作原則上均應(yīng)在腳手板上完成，以減少對(duì)鋼筋網(wǎng)的踩踏次數(shù)。臨時(shí)腳手板隨澆筑區(qū)域的轉(zhuǎn)移而移動(dòng)。

2.3 加強(qiáng)混凝土的養(yǎng)護(hù)

在盡量減小混凝土內(nèi)部溫升的前提下，大體積混凝土的養(yǎng)護(hù)是一項(xiàng)關(guān)鍵工作，必須切實(shí)做好。養(yǎng)護(hù)主要是保持適宜的溫度和濕度條件，保溫的目的有兩個(gè)：①減小混凝土表面的熱擴(kuò)散，減小混凝土表面的溫度梯度，防止產(chǎn)生表面裂縫；②延長散熱時(shí)間,充分發(fā)揮混凝土強(qiáng)度的潛力和材料松馳特性，使平均總溫差對(duì)混凝土產(chǎn)生的拉應(yīng)力小于混凝土的抗拉強(qiáng)度，防止產(chǎn)生貫穿性裂縫。潮濕養(yǎng)護(hù)的作用：①剛澆筑不久的混凝土,尚處在凝固硬化階段，水化的速度較快，適宜的潮濕條件可防止混凝土表面脫水而產(chǎn)生干縮裂縫；②混凝土在保溫（25～40℃）及潮濕條件下可使水泥的水化作用順利進(jìn)行，提高混凝土的極限拉伸和抗拉強(qiáng)度，使早期抗拉能力增長很快。

在施工過程中正確規(guī)定拆模時(shí)間對(duì)防止裂縫的開展關(guān)系較大，早期因水泥水化熱使混凝土內(nèi)部濕度很高，如過早拆模，混凝土表面溫度較低，形成很陡的溫度梯度，產(chǎn)生很大的拉應(yīng)力，這對(duì)于早期強(qiáng)度低，極限拉伸小的混凝土處于不利的溫度條件下，就極易形成裂縫。因此大體積混凝土除要求強(qiáng)度外，還必須防止內(nèi)外溫差太大而引起裂縫。

3 結(jié)語

通過以上分析探討，筆者認(rèn)為目前大體混凝土施工要做到優(yōu)化配合比,選用良好級(jí)配的骨料，嚴(yán)格控制砂石質(zhì)量，降低水灰比，以降低混凝土最高溫升，降低混凝土所受的拉應(yīng)力。同時(shí)，要加強(qiáng)施工現(xiàn)場(chǎng)的管理?；炷翝仓?，應(yīng)盡快回填土，加以養(yǎng)護(hù)。

[1]GBJ10-89,混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范[S].

[2]GB50204-92,混凝土結(jié)構(gòu)工程施工及驗(yàn)收規(guī)范[S].

[3]JGJ3-88,鋼筋混凝土高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與施工規(guī)程[S].