大體積混凝土裂縫控制技術及應用

黃志剛

湖南文理學院土木建筑工程學院,湖南常德 415000

大體積混凝土裂縫控制技術及應用

黃志剛

湖南文理學院土木建筑工程學院,湖南常德 415000

對大體積混凝土裂縫產生的原因作了綜合分析，提出了對其裂縫控制的主要措施，并結合工程實例說明了該方法的應用，取得了較好的效果，對類似工程的處理有一定的參考價值。

大體積混凝土；裂縫原因；裂縫控制

引 言

大體積混凝土是指混凝土結構物實體最小尺寸等于或小于1m，或預計會因水泥水化熱引起混凝土內外溫差過大而導致裂縫的混凝土[1]。以往大體積混凝土多出現在大壩等水工結構中。近年來隨著經濟社會的發展，其身影出現在了建筑結構地下室底板的基礎工程中。對于大體積混凝土結構，如果處理不當則極易形成裂縫，從而影響混凝土結構的質量及耐久性。怎樣提高混凝土的抗裂性能是大體積混凝土施工的關鍵問題之一。下面筆者將結合工作實踐，對大體積混凝土溫度裂縫產生的原因作綜合分析并提出相應的裂縫控制技術,供參考。

1 裂縫形成的原因

1.1 水泥的水化熱

大體積混凝土易于開裂，究其原因主要是由水泥水化熱產生的溫度應力和溫度變形引起的。水泥膠體在水化-結晶而成為水泥石的過程中，由于水化反應會釋放出熱量，每1kg水泥水化時的放熱量大約在300KJ左右[2]。由于混凝土是熱的不良導體，如果混凝土結構的尺寸較大，厚度較厚，水泥用量較多，則其內部將會積聚大量熱量且難以在短時間散出,使內部溫度明顯上升。而結構表層的混凝土，卻容易散熱而迅速冷卻。這樣便會形成混凝土溫度場中的內外溫差。表層混凝土冷卻收縮變形受阻于內部受熱混凝土的膨脹變形，使混凝土內部產生壓應力,而表面產生拉應力。溫度應力與溫差成正比，溫差越大，溫度應力也越大。當這種溫差應力超過同期混凝土抗拉強度時,就會導致溫度裂縫。這就是大體積混凝土的水化熱裂縫。

1.2 外界環境溫度的變化

澆注溫度、散熱溫度及水泥水化熱溫度疊加形成大體積混凝土的里部溫度。處于大氣環境中的大體積混凝土結構，在施工階段其溫度必然會受到外界環境的影響，例如季節變化、日曬、雨淋。經過運輸、卸料、泵送、澆注及振搗等一系列工序后的混凝土拌和物溫度便是澆注溫度，它就和外界環境溫度的高低有著直接關聯。一般而言，如果混凝土拌和物溫度小于外界環境溫度時,那么混凝土內部熱量將難以散失從而容易引起混凝土開裂；相反，如果混凝土拌和物溫度大于外界環境溫度時,尤其是當溫度發生驟降,那么將會在混凝土內部和外層混凝土之間形成很大的溫度梯度,從而導致大體積混凝土開裂[3]。

1.3 約束的影響

混凝土結構中的構件除少數是靜定構件（如簡支梁、簡支板、懸臂構件等）以外，絕大多數構件由于澆筑的混凝土在凝固以后已融為一體，多為具有多余約束的超靜定結構。超靜定結構由于其連續性強而具有很好的整體穩固性和抗震性能。但是其變形、位移受到約束，往往在微小的外界作用下即會產生約束作用。工程結構中，在非受力的溫差或收縮等間接作用下，超靜定的現澆結構很可能由于自由的伸縮變形受到限制而產生約束應力。而當此約束應力超過一定限度以后,就有可能產生裂縫。

1.4 混凝土的收縮

混凝土凝固過程中的體積變化（縮?。┘觿?，是引起混凝土表層收縮裂縫的主要原因?；炷恋氖湛s大體可以分為以下三種類型[2]：

1.4.1 膠凝固化的自生收縮

水泥膠體凝固過程中鋁酸三鈣C3A因結晶固化而體積縮小，宏觀效果即為混凝土的收縮。這是混凝土中水泥膠體的整體收縮，持續于整個水化-凝固過程，是引起收縮的主要因素。如果上部混凝土的均勻收縮沉降受到限制，一般會產生相互平行的不規則深裂縫。

1.4.2 干燥失水和表面收縮

隨著時間的推移，混凝土中未被水化的游離水通過泌水現象逸出，或經過其他途徑揮發，造成混凝土的體積減小而收縮。特別是引起泌水的毛細管中，因水的張力而引起表層混凝土產生收縮趨勢。加上混凝土因離析，表層水泥漿體多而骨料（石子）較少，更加劇了這種收縮。但這種加劇的收縮僅限于混凝土的表層，這樣表層收縮較快，而內部收縮較慢，往往導致表層裂縫。

1.4.3 碳化收縮

混凝土中的可溶性氫氧化鈣Ca(OH)2與二氧化碳CO2化合而形成碳酸鈣CaCO3，體積減小而引起收縮。碳化收縮是在很長時間內逐漸形成的，且僅限在混凝土的表層，并隨時間而逐漸向內發展。

2 裂縫控制措施

由上述大體積混凝土開裂原因的分析,工程技術人員可以有針對性地采取下列一些技術措施來控制裂縫的產生。

2.1 材料措施

（1）大體積混凝土結構宜采用低水化熱和長凝結時間的水泥，粒徑較大的骨料和中粗砂，粗骨料宜采用連續級配；

（2）大體積混凝土宜加適量的摻和料以及外加劑來降低水泥用量，并減少水化熱的影響；

（3）大體積混凝土宜摻加粉煤灰，以減少水泥用量并減小水化熱及收縮。摻入粉煤灰后，可按有關規范用60d，90d等后期強度進行混凝土強度驗收，以減少水化熱的影響。

2.2 施工措施

（1）在砂、石、水等原材料拌和前，預先通過遮陽、預冷、加冰等措施來控制其溫度。并注意混凝土拌和物運輸過程中的降溫，以降低混凝土拌和物的入模溫度，減少水化熱的影響。

（2）大體積混凝土結構宜采用跳倉法施工或設置后澆帶的方法來控制混凝土單方向長度不大于30m，長寬比不大于4，長厚比不大于40。并且嚴格控制坍落度，選擇分層連續澆筑等采取有效措施以防止施工過程中熱量積聚，溫度升高。

（3）進行溫度監測，大體積混凝土施工時應控制大體積內外溫差不大于25℃，混凝土表面與環境溫差不大于15℃。并控制養護時間，保持表面濕潤，根據實際情況采取控溫措施（加冷卻水管等）。控溫覆蓋應分層逐步拆除，不得采取強制，不均勻的降溫措施。

（4）在大體積混凝土底板澆筑之前，宜在基礎墊層和混凝土基礎之間設置滑移層以減少其內外約束?；茖涌梢圆捎迷O置瀝青油氈或者鋪設砂石層緩沖。

（5）為提高混凝土的抗裂性能，可在容易產生裂縫的部位配置斜向鋼筋或鋼筋網片,并配置一定數量的抗裂鋼筋。

3 工程實例

3.1 工程概況

某高層住宅樓，地下2層，地上33層，總建筑面積46378m2。剪力墻結構，基礎筏形板混凝土強度等級為C40，混凝土抗滲等級為P8?；A筏形板厚3m。

3.2 技術措施

基礎筏形板部分屬于大體積混凝土,為保證大體積混凝土不出現裂縫,采取了以下一系列的技術措施。

（1）采用525號礦渣硅酸鹽水泥，其水化熱較低并充分利用其富余活性，降低水化熱；粗骨料采用碎石，粒徑為6mm～15mm；細骨料采用中砂，細度模數大于2.50；同時摻入粉煤灰和緩凝劑、減水劑；充分利用混凝土的后期強度；為控制表面收縮裂縫，在筏形板表面放置鋼筋網片。

（2）在混凝土的表面覆蓋兩層塑料薄膜和兩層草袋以保溫保濕；在混凝土內部排放冷卻水管，在現場相應配置為控制冷卻水水溫的循環調溫水箱，使混凝土內部降溫完全處于受控狀態，以防止冷卻水管壁四周的混凝土溫差過大。

（3）為了解冷卻水的進出水溫，將溫度傳感器預先埋設在混凝土的內外給測點出處，并用“大體積混凝土微機自動測試儀”對各個測點定時測溫。一旦混凝土的內外溫差超過規定，系統將自動報警，施工人員便可以視情況進行調節。

3.3 控制結果

由于施工前充足的技術準備以及上述技術措施的認真貫徹實行,整個基礎筏形板大體積混凝土施工過程得到了良好的控制,最終混凝土表面光滑平整、無麻面及裂縫。4 結語

工程中大體積混凝土產生裂縫的例子屢見不鮮，究其原因也比較復雜,因此必須從材料、施工及設計等多方面來進行質量控制,方能最大限度地控制裂縫的產生,避免因混凝土開裂給工程帶來的不必要麻煩。

[1]中華人民共和國行業標準.普通混凝土配合比設計規程JGJ55-2000[S].

[2]陳寶春.大體積混凝土溫度裂縫的成因及控制[J].施工技術,2003,6:26-28.

[3]徐友鄰，顧祥林.混凝土結構工程裂縫的判斷與處理[M].北京：中國建筑工業出版社，2010,3:26-28.

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10.3969/j.issn.1001-8972.2012.19.015