淺析大體積混凝土裂縫成因及施工控制

寧芳芬　夏愛平

摘要：隨著科技進步，高層建筑和大跨徑的橋梁得到迅速發展，大體積混凝土結構的應用日益普遍。在施工過程中，如果不采取正確的施工方法和有效的控制措施，混凝土的內外溫差一般都會大于25℃，很容易造成混凝土大面積裂縫，這些裂縫會給有害物質提供方便的侵入點，使裂縫不斷擴大，影響結構的使用，甚至造成結構的破壞。因此，除滿足一般混凝土的要求外，大體積混凝土結構的裂縫控制尤為重要。

關鍵詞：裂縫成因；施工控制

1 裂縫的表現形式與成因分析

1.1 表現形式

由于混凝土沉縮、表面塑性收縮產生的表面淺層裂縫。該類裂縫一般在平面內分布無規則且較短，不影響結構使用，僅作表面防護處理即可。

由于混凝土升溫過高、溫差過大或降溫過快產生的深層、通長或貫穿裂縫。該類裂縫一般首先出現在長邊方向的中部、邊角處和截面突然變化處，影響結構整體受力和使用耐久性。

1.2 成因分析

大體積混凝土裂縫主要由以下三方面的原因引起：

混凝土在凝固初期產生大量的水化熱，致使內部溫度迅速升高，體積膨脹擴大，此時由于受基巖或前期混凝土的約束產生壓應力。在混凝土凝固后期冷卻收縮時，則產生拉應力，且拉應力大于升溫膨脹產生的壓應力值。當拉應力超過混凝土的極限抗拉應力時，則會在混凝土內部產生裂縫，可能發展成貫穿裂縫，對結構造成極大的破壞。

在混凝土澆筑后外界氣溫突然下降，在混凝土內外部產生較大溫差，使混凝土表面產生很大的溫度拉應力，形成表面裂縫。

混凝土在澆筑后，因塑性收縮和縮水收縮而產生的表面收縮裂縫。

其中，由于后兩方面原因引起的裂縫，只要我們按照規范要求進行正常的養護，均可以得到有效控制和避免。而第一方面由水泥水化熱引起的較大溫差則是大體積混凝土產生溫度裂縫最直接、最根本的原因，也是我們在施工中必須克服的難題之一。

2 溫差控制與防裂

根據《塊體基礎大體積砼施工技術規程》YBJ224-91規定，大體積混凝土工程施工前，應對施工階段大體積混凝土澆筑塊體的溫度進行驗算，確定施工階段大體積混凝土澆筑塊體的升溫峰值、里外溫差及降溫速度的控制指標，制定溫控施工的技術措施。通過溫控施工技術措施的落實，確保施工質量、防止有害裂縫、特別是貫穿裂縫的產生。混凝土表面溫度裂縫寬度應小于0.3mm。

2.1 合理選材，改善配比

2.1.1原材料控制。

水泥：采用水化熱較低和凝結時間較長的水泥，如礦渣水泥、大壩水泥或粉煤灰水泥等。在材料比選時，應對不同種類和品牌的水泥取樣進行水化熱試驗，經過分析比較，優先選用同量同等條件下水化熱較低的水泥。

粗骨料：采用5mm～31.5mm連續級配碎石，針片狀顆粒含量不應大于10％，含泥量不應大于1％。

細骨料：采用級配良好、質地堅硬的優質中粗河砂，含泥量不應大于2％，細度模數控制在2.3mm～2.7mm之間。

水：達到飲用水標準。

粉煤灰：粉煤灰是一種優質的摻和料，使用時應選擇一級粉煤灰，盡可能選用細度模數大且燒失量低的粉煤灰。

外加劑：采用緩凝高效減水劑。

２.1.2 改善配比。

盡可能降低水泥用量。 根據水化熱溫升經驗公式：T=To+Q／N+L／50(式中：T—水化熱溫升，℃；To—混凝土入模溫度，℃；Q—每立方米混凝土水泥用量，Kg／m3；N—試驗常數，早強類水泥取9，普通水泥取10，礦渣類水泥取11；L—每立方米混凝土粉煤灰用量，Kg／m3。)可知，每立方米混凝土每減少10Kg水泥用量，混凝土的水化熱溫升降低1℃左右。因此，在保證混凝土強度的前提下，盡可能降低水泥用量是最可靠的控溫措施之一。水泥用量一般不應超過350Kg／m3。

參用粉煤灰。混凝土摻加粉煤灰主要是為了取代部分水泥，減少水泥用量，降低水化熱，同時還可以充當填充材料，并改善混凝土的和易性。粉煤灰用量一般為水泥用量的30％～40％。

摻加高效減水劑。混凝土摻加高效減水劑有雙重作用，一方面使混凝土緩凝，以推遲水化熱峰值的出現，使混凝土表面溫度梯度減少；另一方面可以降低水灰比，避免水灰比過大產生塑性收縮。

2.2施工過程控制

控制混凝土的出機溫度和澆筑溫度。研究表明：對混凝土出機溫度影響最大的是碎石和水的溫度，砂的溫度次之，水泥的溫度影響最小。因此，降低出機溫度的最有效辦法就是降低碎石的溫度。在氣溫較高時，為防止太陽的直接照射，砂石堆場應設遮陽棚；必要時，部分拌和用水以碎冰形式加入。為了保證混凝土的均勻性，在攪拌終了前，應使混凝土拌和物中的冰全部溶化。

為了控制混凝土的澆筑溫度，可加快運輸速度，縮短運輸時間，在運輸途中盡量放慢攪拌速度。在氣溫較高時，對運輸車的攪拌罐噴淋冷水，減少運輸過程中吸收太陽的輻射熱。同時，加大澆筑強度，縮短澆筑時間。

采用分層或分塊澆筑，加快混凝土散熱速度。

分層澆筑。

①分層施工時母層厚度應控制在1m～1.5m之間，具體可視混凝土澆筑能力和降溫措施而定。

②應在前層混凝土初凝或失去重塑性能前完成下層混凝土的澆筑搗實。

③當在前層混凝土初凝或失去重塑性能前無法完成下層混凝土施工時，應按規定間歇4d～7d，待前層混凝土達到一定強度時，方可進行下層混凝土的澆筑，且在澆筑前對兩層結合面按施工縫進行鑿毛和清掃浮漿處理。

分塊澆筑。

當截面面積大于100m2時，在前層混凝土開始初凝或失去重塑性能前來不及完成下層混凝土的澆筑振搗時，此時若采用分層澆筑，間隔時間長，延誤工期。為加快施工進度和保證工程質量，應統籌安排，采用分塊澆筑。

①合理布置分塊區域，每塊平均面積不宜小于50m2，高度不宜大于1.5m。

②上下鄰層混凝土間的豎向接縫，應錯開布置，做成企口，并按施工縫處理。

2.3冷卻水降溫。

在混凝土內部布置冷卻水管，混凝土終凝后開始通水冷卻降溫。通過冷卻水循環，降低混凝土內部溫度，縮小內外溫差。在混凝土內部合理布置測溫點，埋設測溫傳感器，及時通過測溫點監測溫度，掌握混凝土內部各測點的溫度變化，以便及時調整冷卻水流量，控制溫差，確保混凝土內外溫差小于25℃。

冷卻循環水管可采用φ25mm左右鐵管，按照冷卻水由較熱中心區流向邊區的原則，進水管口設在靠近混凝土中心處，出水管口設在混凝土邊區處。進出水管口均引出混凝土頂面以上。每層水管的垂直進出水口互相錯開，且在出水口處設調節水管流量的水閥和測流量設備。

冷卻水管安裝時，要與鋼筋骨架和支撐桁架固定牢靠，以防混凝土澆筑時水管變形及脫落而發生堵水和漏水，并做通水試驗。

混凝土終凝后，方可通水循環。

用溫度計及時測出進出口的水溫，不斷調整水管流量，水管流量可控制在1.2m3/h～1．5m3/h，將進出水溫差控制在10℃左右，且水溫與混凝土內部溫度相差不大于20℃。

冷卻水管使用完畢，需要壓注水泥漿封閉。

2.4改善約束條件

在巖石地基或厚度較大的混凝土墊層上澆筑大體積混凝土時，可在巖石地基或混凝土墊層上鋪設隔離層以減少垂直收縮裂縫。隔離層一般采用涂刷一層3mm～5mm厚的瀝青或干鋪二氈三油。當混凝土平面尺寸過大時，可采用后澆帶，即在結構中適當部位每隔20m～30m預留寬為0.5m～1m的后澆帶，澆筑混凝土30天～40天后封閉。

2.5加強養護

大體積混凝土易受到太陽暴曬及雨水、冷空氣等襲擊，致使表面溫度變化較大，產生較大溫差，造成裂縫。因此，加強養護也是防止開裂的關鍵之一。

混凝土澆筑后，應適時加蓋草墊、麻袋等覆蓋物，定時灑水養生；同時保證冷卻水的供應，加強保溫、保濕養護，延緩降溫速度，減少內外溫差。

在混凝土內部及表面合理布設測溫點，加強溫度觀測，并根據外界大氣條件，隨時了解混凝土澆筑后(尤其是第2天)溫度的升降情況，掌握混凝土內外溫差變化，及時采取增減覆蓋物等措施，以便將混凝土內外溫差控制在25℃以內。