大體積混凝土裂縫控制措施探討

摘要：混凝土澆筑中的裂縫控制是一個普遍存在的難題，尤其對大體積混凝土結構，施工時應采取各種防范控制措施，保證混凝土的澆筑質量，防止出現裂縫。本文分析了大體積混凝土裂縫的產生原因，并結合實例提出了裂縫控制的技術措施。

關鍵詞：大體積 混凝土 裂縫 控制

1 大體積混凝土的界定

大體積混凝土目前尚無一個明確的定義，國外的定義也不盡相同。日本建筑學會標準(JASS5)規定：“結構斷面最小厚度在80cm以上，同時水化熱引起混凝土內部的最高溫度與外界氣溫之差預計超過25℃的混凝土，稱為大體積混凝土”。美國混凝土學會(ACI)規定：“任何就地澆筑的大體積混凝土，其尺寸之大，必須要求解決水化熱及隨之引起的體積變形問題，以最大限度減少開裂”。

我國混凝土結構施工規范認為：凡是結構物斷面最小尺寸在3m以上的混凝土塊體，單面散熱的結構斷面最小尺寸在75cm以上，雙面散熱在100cm以上，水化熱引起的最高溫度與外界氣溫之差，預計超過25℃的混凝土，均可稱為大體積混凝土。

2 裂縫種類及產生原因

大體積混凝土結構往往容易產生各種各樣的裂縫，按裂縫的方向、形狀分為；水平裂縫，垂直裂縫，橫向裂縫，縱向裂縫，斜向裂縫以及放射狀裂縫等；按裂縫深度分為：貫穿裂縫、深層裂縫及表面裂縫。裂縫的產生是由多種因素引起的，其主要影響因素如下：

2.1水泥水化熱引起的溫度應力和溫度變形水泥在水化過程中產生大量的水化熱，主要集中在澆筑后7d左右，而使混凝土內部溫度不斷升高，當內外部溫差過大時，就會產生溫度變形和溫度應力，溫度應力一旦超過混凝土內外的約束力，就會產生裂縫。對大體積混凝土而言，這種現象尤其嚴重。

2.2混凝土收縮產生裂縫在硬化后期，混凝土內部自由水分蒸發，就會出現干燥收縮，而表面干燥收縮快，中心干燥收縮慢，使混凝土表面產生拉應力，造成混凝土開裂。

2.3外界氣溫變化的影響大體積混凝土在施工階段，常受外界氣溫的影響。當氣溫下降，特別是氣溫驟降時，會大大增加外層混凝土與混凝土內部的溫度梯度，產生溫差和溫度應力，拉應力一旦超過混凝土的抗拉強度極限，混凝土表面就會產生裂縫，這種裂縫多發生在混凝土施工中后期。

2.4其他因素的影響地基的不均勻沉降、混凝土配合比不良、堿骨料反應裂縫和鋼筋銹蝕等其他不利因素，也會使混凝土產生裂縫，因此應從各個方面綜合控制。

3 裂縫控制的技術措施

裂縫會加速混凝土碳化和鋼筋銹蝕，并產生惡性循環，嚴重破壞混凝土結構的安全性和耐久性，給工程造成嚴重損失，所以裂縫控制顯得尤為重要。裂縫控制的主要技術措施涉及從設計到施工乃至后期養護的整個過程，分別介紹如下：

3.1配合比的選用和水泥用量的控制大量的試驗研究和工程實踐表明，每立方砼的水泥用量增減10kg，其水化熱使砼的溫度相應升高或降低1℃。在施工過程中，要在保證混凝土強度的條件下，通過進行砼試配，以進一步降低水泥用量。

3.2優選混凝土各種原材料

3.2.1水泥：考慮普通水泥水化熱較高，特別是應用到大體積混凝土中，大量水化熱不易散發，導致混凝土內部溫度過高，內外部溫差過大使混凝土內部產生壓應力，表面產生拉應力，表面拉應力超過早期混凝土抗拉強度時就會產生溫度裂縫，因此應優先選用低水化熱的水泥品種，如粉煤灰硅酸鹽水泥、礦渣硅酸鹽水泥(有抗滲要求不宜使用)。

3.2.2粗骨料：采用碎石，粒徑5—25mm，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。

3.2.3細骨料：采用中砂，平均粒徑大于0.5mm，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。

3.2.4粉煤灰：粉煤灰的水化熱遠小于水泥，在大體積混凝土中摻入20％—25％粉煤灰，不僅可減少水泥用量，又可有效降低水化熱。同時，使用粉煤灰可變廢為寶，符合環保要求。

3.2.5外加劑；選用緩凝減水劑，降低水化溫升，延遲水化熱釋放速度，有效防止裂縫。

3.3設計優化措施①精心設計混凝土配合比，盡可能的降低混凝土的單位用水量。②增配構造筋提高抗裂性能，配筋應采用小直徑、小間距。③在易裂的邊緣部位設置暗梁，提高該部位的配筋率，提高混凝土的極限拉伸。④充分考慮施工時的氣候特征，合理設置后澆縫。

3.4施工及養護控制措施①控制砼的出機溫度和入模溫度，盡量避免溫度過高或過低時施工。②合理安排施工時序，嚴格控制混凝土的澆筑速度，一次澆注的混凝土不可過高、過厚，以保證混凝土溫度均勻上升。③采用合理的施工方法，分層均勻澆筑，每層混凝土初凝前都確保被上層混凝土覆蓋，保證上下層澆筑間隔不超過混凝土初凝時間，避免施工裂縫出現。④保證振搗密實，嚴格控制振搗時間、移動距離和插入深度，嚴防漏振及過振。⑤加強養護期間溫度監測，及時獲得混凝土升降溫、里外溫差、降溫速度及環境溫度的實際情況，并合理制定溫控措施。⑥通過搭蓋保溫棚、表面蓄水、噴灑養護液或直接灑水等方式，對混凝土保溫保濕養護，降低混凝土內外溫差，減少溫度應力。

4 應用實例

國家體育場是2008年北京舉辦第29屆奧運會的主會場，南北最長450m，東西最寬300m，為典型的超長結構。根據設計資料，承臺和基礎底板的混凝土抗滲等級C40P8。基礎底板厚500～700mm，大致分為270mm×300mm、126mm×55mm、45mm×300mm、100mm×300mm四塊底板，樁基承臺混凝土最大厚度6m，屬于大體積混凝土。由于底板和樁基承臺厚度過大，保護層厚，外墻和底板結構不設伸縮縫，而且施工期5、6月份溫度高，常伴有大風天氣，因此混凝土裂縫控制的難度很大。

通過研究，工程采取了設計優化措施、原材料與配合比方面以及施工方面的技術措施：①設計優化措施：設置后澆帶和控制縫，疏導或分散混凝土收縮變形；適當增加抗裂配筋，將應力集中的承臺導角由直角變成斜坡形。②原材料與配合比方面措施：原材料中水泥選用堿含量和早期水化熱較低的42.5普通硅酸鹽水泥，外加劑選用北京高星RH—7緩凝高效減水劑，骨料選用5—25mm碎石和細度模數2.6—2.8中砂，摻合料選用磨細復合粉(78％礦渣粉+22％粉煤灰)，并加大摻量取代水泥，同時添加膨脹劑，補償混凝土的收縮。通過進行大量的試配研究工作，最終確定配比。③施工方面措施：施工過程中選擇適宜溫度澆筑，盡量避開高溫、大風天氣；合理安排施工程序，分層澆筑均勻上升；加強振搗，提高混凝土密實度和抗拉強度。養護期間前三天采用蓄水養護，表面覆蓋潮濕草袋，并采取14天延長養護，延緩降溫時間和速度。

實踐證明，通過采取以上措施，調整混凝土的凝結時間，延緩和降低水化熱峰值，抑制了溫度裂縫，收到了預期效果。

5 結束語

大體積混凝土產生裂縫是由多種原因造成的，在大體積混凝土施工中，通過合理選擇施工材料、優化混凝土配合比、改善施工工藝、提高施工質量、嚴格施工管理以及加強后期養護等控制措施，可以有效防止裂縫的產生，避免給工程造成不必要的損失。