淺談大體積混凝土施工中裂縫控制

王毅軍 湖南省有色地質勘查局二四七隊

1 前言

建筑物的滲漏、破裂等問題往往是從裂縫開始演變的，所以普通老百姓看到裂縫通常會產生恐懼，認為是施工不善導致的。這種觀點有些片面和武斷，其實裂縫產生的原因有很多。只有通過理性分析，才能判斷其根本原因和危害，并由此尋找到正確的控制和補救措施。

2 大體積混凝土裂縫控制的概念

國內外諸多混凝土試驗表明，在放大鏡下，任何混凝土結構中都會有裂縫，只是某些裂縫單憑肉眼無法察覺。換言之，混凝土中肯定有裂縫，沒有裂縫的混凝土是不存在的。對混凝土裂縫的控制就是在設計、材料、施工技術、后期養(yǎng)護等方面采取一定的措施來保障建筑物不產生有害的裂縫以防止建筑物破裂和滲透；裂縫控制就是控制裂縫的寬度在允許范圍值以內。國內外不同規(guī)范中允許的最大裂縫寬度略有不同，但相差不大：即常規(guī)環(huán)境裂縫寬度安全值是0.3mm以內或0.4mm以內；在輕腐蝕的環(huán)境中，安全值是0.2mm以內或0.3mm以內；在高腐蝕的環(huán)境中，安全值是0.1mm以內或0.2mm以內?？茖W的裂縫控制理念是：把裂縫的寬度控制在安全值以內，過度控制裂縫會需要付出巨大的經濟代價。

3 大體積混凝土的定義及裂縫種類

3.1 大體積混凝土定義

大體積混凝土，英文是mass concrete，在《大體積混凝土施工標準》（GB 50496—2018）中定義為混凝土結構最小尺寸不小于1m的大體積混凝土，或由于混凝土中膠凝材料水化引起的溫度變化和收縮而預計會引起有害裂縫的混凝土。

國際上，大體積混凝土在美國混凝土協會ACI 116R《水泥和混凝土術語》中被定義為：“任一混凝土體積大到要采取措施妥善處理水泥水化而產生的熱和伴隨的體積變化以使裂縫降至最小”。

簡單地說，大體積混凝土與一般混凝土最大的區(qū)別就是是否需要通過控制溫度和伸縮變形來控制裂縫。

3.2 大體積混凝土裂縫種類

裂縫按其開裂程度可分為表面裂縫，深層裂縫、貫穿裂縫三種；按后續(xù)演變狀態(tài)，裂縫有穩(wěn)固的和繼續(xù)發(fā)展的、有可逆轉的和不可逆轉的；按裂縫的形狀劃分，有斜裂的、橫裂的、爆裂狀和網裂狀的等；按形成的時間節(jié)點，可以分為混凝土硬化前形成的與硬化后形成的；根據裂縫成因，有因混凝土本身固定性變化或沉降、徐變、溫變所產生的變形裂縫和受動、靜荷載所產生的載荷裂縫。

圖1

4 大體積混凝土裂縫成因分析

大體積混凝土裂縫的原因可概括為設計因素、混凝土自身因素和施工因素。

（1）設計因素，指在設計時對荷載的預計不足或計算錯誤，且強度計算模型與結構件的實際受力狀態(tài)不匹配的情況。

（2）混凝土特有的因素，即由于混凝土收縮造成的拉應力大于其自身抗拉強度而引起的變形；混凝土特性的表象是穩(wěn)定性、強度、抗裂性等，內因實際與混凝土的原料種類以及配比等息息相關。

（3）施工因素，是指施工過程中的施工工藝、溫度控制、維修和保養(yǎng)缺陷以及自然環(huán)境的改變所造成的裂縫。

5 控制大體積混凝土裂縫的措施

5.1 設計措施

（1）當大體積混凝土尺寸過大時，可以設計后澆帶（注意補澆時間最好在40d之后），具體時長可根據溫度監(jiān)測數據確定。

（2）設置滑動帶或緩沖層:由于邊界條件會產生應力熱，因此在接觸表面設置滑動條或緩沖層與外部應力接觸可以大大減少外部應力。

（3）安裝加固鋼筋:在不同受力交叉點適當設計加固鋼筋可防止因應力產生的變形裂縫。

5.2 技術措施

（1）優(yōu)化混凝土配合比設計：大體積混凝土配合比設計的主要目的是在滿足混凝土設計性能要求的前提下，通過科學計算，合理調整混凝土原材料的種類和用量來抑制溫度應力所產生的裂縫。具體的的原則是降低水泥和水的用量，減少發(fā)熱總量或延緩發(fā)熱時長。

（2）選擇合適的水泥：應選用發(fā)熱量少、凝結慢的水泥。低熱型、中熱型的硅酸鹽水泥滿足這個要求，礦渣、火山灰也較為合適。在選擇水泥的同時也要考慮其泌水性。

（3）選擇合適的骨料：骨料在混凝土中占比最大，所以骨料的選擇不僅影響混凝土的性能，還與經濟效益息息相關。大體積混凝土的骨料應保持良好的級配連續(xù)性，盡量使用顆粒較大的粗骨料，但也應控制顆粒直徑不要超過鋼筋最小間距的3/4；骨料硬度應滿足設計要求，因骨料中的泥或腐蝕物質對混凝土性能和鋼筋影響巨大，所以，骨料在使用前應保持潔凈。

（4）選擇合適的外加劑和摻合料：混凝土外加劑種類繁多，起抑制裂縫作用的外加劑有緩凝型、減水型、引氣型等，多種外加劑組合使用的效果更佳，一般減水與緩凝組合，減水與引氣組合使用或緩凝與引氣組合使用；外加劑添加的量不大（一般控制在水泥用量的5%以內），但效果顯著，抗裂外加劑與其他作用的外加劑一同使用，有利于混凝土性能的全面提升。粉煤灰是一種常用的摻和料，添加粉煤灰可以減少水泥用量，并在推遲凝結，改變放熱速率方面有較大作用，添加粉煤灰的作用不只是表現在增強混凝土的抗裂性能，其在改善泌水、離析、和易性方面也效果顯著?？梢哉f，現在設計一款性能優(yōu)越的混凝土都離不開使用外加劑和摻和料，所以各類技術規(guī)范和標準中都推薦使用外加劑和摻和料。外加劑和摻和料的添加不僅需要充分考慮混凝土的性能要求、還要考慮自然環(huán)境狀況以及施工組織能力等外部因素。

（5）水：混凝土配合比設計中對水的用量有明確的規(guī)定，但施工時拌和水的質量很容易被忽視，人們潛意識里認為清澈的水就符合要求，殊不知，清澈的水中也有可能存在不明化學物質或腐蝕物質，其純凈程度不僅影響混凝土的抗裂性能，在混凝土強度、耐久性方面的影響更大，更有甚者對鋼筋造成腐蝕，影響構造物的結構安全。項目部配備的試驗室在水質監(jiān)測方面一般有所欠缺，所以在城市或人口聚集區(qū)，推薦使用飲用水進行拌和；在野外，在配合比設計前，宜提前將擬使用的拌和水進行送檢，確保拌和水符合要求。

5.3 施工措施

5.3.1 材料、環(huán)境方面

混凝土材料的性能除滿足設計要求外，其澆筑時自身的溫度也應引起重視。

在下雨天、或低于5℃以下的低溫天氣或冰雪、冰凍天氣是不宜進行混凝土澆筑的，如情況特殊仍需施工，則應搭建保溫棚或雨棚后再施工，在高寒地區(qū)，極端情況下可在室內對原材料進行加熱后再攪拌，但應控制相關材料溫度在允許范圍值以內（混凝土最終澆筑時的自身溫度控制在5℃～30℃為宜）。大體積混凝土施工前應關注當地天氣預報，大風天氣或氣溫驟降或驟升也易造成混凝土開裂，如遇突發(fā)大風等情況，應及時中止混凝土施工并用塑料膜進行遮雨和保溫覆蓋，在中止施工時要妥善處理好施工縫的預留。高溫炎熱天氣或陽光暴曬時段也同樣不宜在露天下直接進行大體積混凝土的施工，應對水泥、砂石、攪拌設備、運輸設備進行遮陽、澆水等降溫處理，特殊情況下可加入冰進行冷卻后再攪拌，也可以在混凝土澆筑前在其內部預留一定冷卻管道或后澆帶（混凝土最終澆筑時的自身溫度控制在5℃～30℃為宜）。

5.3.2 模板工程

大體積混凝土模板和支撐系統(tǒng)應通過科學的計算和測試，確保不會因模板和支撐系統(tǒng)的穩(wěn)定性產生裂縫。

大體積混凝土因體積過大，混凝土穩(wěn)定時間較長，在實際施工過程中，在原標準上推遲拆除模板更為妥當，具體推遲的時長可根據混凝土體積和強度確定。

5.3.3 混凝土澆筑方法

混凝土澆筑應該連續(xù)有序地進行，最好選用泵送的方式，對于非泵送的澆筑方式，應妥善處理好接漿事宜。大體積混凝土泌水現象會在鋼筋或粗骨料周邊形成間隙或氣泡，會影響混凝土強度并在其內部形成較多微裂縫，所以通常需要用振動棒進行二次振搗施工，振搗時應均勻流暢，避免過度和遺漏。為確保結構的整體性，大體積混凝土的澆筑方式要根據其幾何形狀采取合理的分層澆筑方式或連續(xù)澆筑方式，分層澆筑的每層厚度一般控制在300mm～500mm，當大體積混凝土中無鋼筋或少鋼筋時，在混凝土中放入一些尺寸和強度合適的干凈石塊，可有效減少水泥用量，降低水化熱。在混凝土澆筑完成后、尚未完全凝固前，在混凝土表面進行多次壓力抹面處理，可以很大程度上防止表面收縮裂縫的產生。

5.3.4 混凝土養(yǎng)護

根據相關數據統(tǒng)計，在大體積混凝土的諸多成因中，溫度應力所造成的裂縫占比最大。所以在混凝土澆筑、振搗完成后，通過養(yǎng)護控制混凝土內外溫度是最簡單也是最經濟的控制裂縫措施。其中及時覆土或在混凝土表面覆蓋塑料膜、土工布、再根據現場環(huán)境輔以噴水養(yǎng)護是最常用的養(yǎng)護方案。養(yǎng)護方案中的關鍵點是溫度的記錄和反饋，一般來說，混凝土內部溫度的曲線變化是可預計的，但外部環(huán)境具有多變性，養(yǎng)護的方式和頻率要根據溫度的記錄情況實時變動，不能機械地按固定頻率執(zhí)行養(yǎng)護工作。

6 結束語

通過對大體積混凝土裂縫產生的系統(tǒng)分析，了解到裂縫產生的原因不只存在于施工過程中，還與設計、材料、環(huán)境等息息相關；也應理性地看待結構物裂縫這一常見現象，不必過于恐懼。工程質量管理是一個系統(tǒng)性的工作，任何一個環(huán)節(jié)都很重要，以科學理論為指導、遵守嚴格的標準，輔以先進的技術、抱以嚴謹的態(tài)度，工程質量必將穩(wěn)步提升。