大體積混凝土裂縫施工控制措施

黃 馨

當前，隨著高層建筑、大型場館、大跨徑橋梁日益增多，大體積混凝土的應用也日益廣泛。大體積混凝土結構的截面大，裂縫一般在混凝土澆筑后短期內形成，此時設計荷載尚未作用于結構上，因此由外荷載引起裂縫的可能性很小。由于水泥的水化作用是放熱反應，大體積混凝土自身又具有一定的保溫性能，因此其內部溫度升幅較其表面大，而在混凝土升溫峰值過后的降溫過程中，內部降溫速度又比其表層慢，在這些過程中混凝土各部分的溫度變形及由于其相互約束及外界約束的作用而在混凝土內產生的溫度應力是相當復雜的。一旦溫度應力超過混凝土所能承受的拉力極限值，混凝土就會出現裂縫。本文分析了大體積混凝土的裂縫原因并且提出了裂縫控制的技術措施。

1 大體積混凝土的定義

大體積混凝土目前定義各國標準不盡統一，美國混凝土學會規定:任何現澆混凝土，其尺寸達到必須解決水化熱及隨之引起的體積的變形問題，即最大限度減小開裂影響的，即稱為大體積混凝土。日本建筑學會規定是結構斷面最小尺寸在80cm以上，水化熱引起混凝土內的最高溫度和外界氣溫之差，預計超過25℃的混凝土，稱為大體積混凝土。我國《混凝土結構工程施工及驗收規范》認為，建筑物的基礎最小邊尺寸在1 m～3 m范圍內就屬于大體積混凝土。

2 裂縫產生的原因

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、縱向裂縫、橫向裂縫、斜向裂縫以及放射狀裂縫等。按裂縫深度分為:貫穿裂縫、深層裂縫以及表面裂縫等。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 水泥水化熱的影響

水泥水化熱過程中放出大量的熱量，且主要集中在澆筑后的7 d左右。一般每克水泥可以放出500 J左右的熱量。如果以水泥用量350kg/m3～550kg/m3來計算，每立方米混凝土將釋放出17500 kJ～27500 kJ的熱量從而使混凝土內部溫度升高。尤其對于大體積混凝土來講，這種現象更加嚴重，因為混凝土內部和表面的散熱條件不同，因此混凝土中心溫度很高。這樣就會形成溫度梯度，使混凝土內部產生壓應力，表面產生拉應力，當應力超過混凝土的極限抗拉強度時混凝土表面就會產生各種裂縫。

2.2 外界氣溫濕度變化的影響

大體積混凝土結構在施工期間，外界氣溫的變化對防止大體積混凝土裂縫的產生起著很大的影響。混凝土內部的溫度是由澆筑溫度、水泥水化熱的絕熱溫升和結構的散熱溫度等各種溫度疊加之和組成。澆筑溫度與外界氣溫有著直接關系，外界氣溫越高，混凝土的澆筑溫度也愈高;如果外界溫度降低則又會增加大體積混凝土的內部溫度梯度。如果外界溫度下降過快，會造成很大的溫度應力，極其容易引發混凝土的開裂。另外外界的濕度對混凝土的裂縫也有很大影響，外界的濕度降低會加速混凝土的干縮，也會導致混凝土裂縫的產生。

2.3 混凝土收縮的影響

混凝土在空氣中結硬時體積減小的現象稱為混凝土收縮。混凝土在不受外力的情況下的這種自發變形，受到外部約束時(支承條件、鋼筋等)將在混凝土中產生拉應力使得混凝土開裂。引起混凝土的裂縫主要有塑性收縮、干燥收縮和溫度收縮三種。在硬化初期主要是水泥石在水化凝固結硬過程中產生體積變化，后期主要是混凝土內部自由水分蒸發而引起的干縮變形。

2.4 其他因素的影響

建筑物基礎的不均勻沉降也會產生裂縫，這種裂縫會隨著基礎沉降而不斷的增大，待地基下沉穩定后，將不會變化。混凝土配合比不良會造成混凝土塑性沉降裂縫，一般是混凝土配合比中，粗骨料級配不連續、數量不夠，砂率及水灰比不當所造成的裂縫。水泥中的堿與活性骨料中的活性氧化硅起化學反應也會產生裂縫。

3 大體積混凝土施工采取的裂縫控制措施

大體積混凝土裂縫控制技術措施應著重于降低混凝土內部的最高溫度，延緩降溫速率，減少內外溫差，減少混凝土收縮，提高混凝土極限拉伸力等方面。常用的技術措施包括從設計到施工和后期養護的全過程。

3.1 降低水泥水化熱

采用中低水化熱的水泥，混凝土配合比采取“雙摻”技術，可有效地改善混凝土的性能，提高混凝土的可泵性，降低混凝土的溫度，有效控制混凝土裂縫的開展。1)選用中低水化熱的水泥，如礦渣硅酸鹽水泥、火山灰硅酸鹽水泥或粉煤灰水泥等。2)充分利用混凝土的后期強度，減少水泥用量，1 m3混凝土減少10kg水泥的用量混凝土水化溫度降低1℃。3)盡量選用粒徑大且級配良好的粗集料，摻合粉煤灰等摻合料，摻加減水劑。4)在不影響鋼筋布置的情況下，摻入不超過總體積20%的石塊。5)在混凝土內部預埋冷卻水管通入循環冷卻水帶走一定的熱量。

3.2 改善約束條件

1)分層分塊澆筑，合理設置施工縫及后澆帶，放松約束條件并減少水化熱的聚集，對于平面形狀不規則超長的大體積鋼筋混凝土底板，能否一次澆筑不留施工縫，要根據實際施工條件和施工工藝綜合分析。2)對大體積混凝土基礎，可在與巖石地基或混凝土墊層之間設置滑動層或隔離層用以消除嵌固作用，釋放約束。3)在水平施工縫等重點部位采取兩次振搗，可有效避免混凝土表面產生蜂窩、麻面、露筋等通病。

3.3 降低混凝土入模溫度和加強施工中溫度控制

嚴格控制混凝土入模溫度，嚴格的保溫、測溫措施是保證混凝土澆筑的關鍵。采用的技術措施有:

1)夏季砂石材料應避免陽光直曬，并可噴冷水霧或冷氣預冷低溫水或冷水攪拌混凝土，運輸過程中應避免日曬;2)保證模內通風，加速模內熱量散發;3)摻入緩凝型減水劑避免水化熱集中產生;4)混凝土澆筑后，要保溫長期養護，緩慢降溫避免內外溫度濕度梯度過大;5)加強測溫控溫，及時調整保溫養護措施，將混凝土內外溫度差控制在25℃以下;6)合理安排施工順序，使澆筑的混凝土均勻上升避免過大高差。

3.4 提高混凝土的極限拉伸度

1)選擇良好級配的粗集料，嚴格控制砂石含泥量，可摻入適量的膨脹劑，振搗要緊密。2)采用二級投料法加強早期養護。3)根據大體積混凝土的形狀，在易發生裂縫部位配構造鋼筋，承受相應的收縮拉應力。

4 工程應用

西安智湖拱橋基礎采用擴大基礎，基礎底板采用整體基礎，板厚1.5 m，平面尺寸為 31.2 ×71.2，埋深約 2.0m，底板底層配筋Φ16@20雙層雙向鋼筋，底板混凝土設計強度為C25，混凝土量約為3332 m3。設計要求底板一次性澆筑，不留施工縫。

4.1 施工措施

1)選用低水化熱的礦渣硅酸鹽水泥。2)選用粒徑在5mm～31.5mm連續級配的碎石。3)摻加緩凝減水劑，摻量為0.7%～1.5%。4)設計要求底板一次性澆筑，但由于施工條件限制，無法一次性澆筑，因此采用分塊澆筑，施工縫留在離橋墩較遠處，并采用將施工縫處表面鑿毛，清除泥漿及松動碎石，鑿入深度為新鮮骨料露出1/3，并濕潤、清洗干凈，然后澆筑施工縫混凝土。5)混凝土澆筑時，在攪拌機出料口采用風扇降溫，并提前采取措施為砂石料降溫。

4.2 效果

由于底板混凝土澆筑采用措施得當，組織有序，有效的控制了混凝土溫度裂縫的產生，保證了底板混凝土施工質量。

5 結語

在實際工程中大體積混凝土產生裂縫是由于多種原因造成的，不過采取適當的措施降低混凝土內部溫度、減小內外溫差、減小混凝土收縮、提高混凝土極限拉伸強度，可以有效的防治混凝土溫度裂縫的產生，從而保證混凝土結構的質量。

［1］徐 鋒.淺談大體積混凝土的施工［J］.山西建筑，2010，36(15):162-163.