大體積混凝土施工裂縫的成因分析及控制措施

王元鈞

遼寧地質(zhì)工程職業(yè)學院（118008）

對于大體積混凝土，不同國家定義不同。美國定義：任何就地澆筑混凝土，若尺寸大，必須采取措施解決體積膨脹和水化熱，以便減小開裂為大體積混凝土。日本定義：結(jié)構(gòu)斷面最小尺寸在80 cm以上,水化熱引起的混凝土最高溫度與外界氣溫差大于25℃為大體積混凝土。我國定義：混凝土結(jié)構(gòu)物實體最小尺寸大于或等于1 m或預計會因水泥水化熱引起內(nèi)外溫差過大而導致裂縫的混凝土。

在工業(yè)與民用建筑的設(shè)備基礎(chǔ)、箱形基礎(chǔ)、筏基底板、立墻及地下隧道等大體積混凝土施工中,由于水泥水化熱引起混凝土澆筑內(nèi)部溫度和溫度應力劇烈變化，而導致混凝土發(fā)生裂縫現(xiàn)象。因此，控制混凝土澆筑塊體因水泥水化熱引起的升溫、混凝土澆筑塊體的里外溫差及降溫速度，防止混凝土出現(xiàn)溫度裂縫是施工技術(shù)的關(guān)鍵問題,必須認真對待。

1 大體積混凝土施工裂縫產(chǎn)生的原因

造成大體積混凝土施工裂縫的原因是復雜的，而且是綜合性的，主要有以下幾種：

1.1 溫度原因

1）由于溫差較大引起的，混凝土結(jié)構(gòu)在硬化期間水泥放出大量水化熱，內(nèi)部溫度不斷上升，使混凝土表面和內(nèi)部溫差較大，混凝土內(nèi)部膨脹高于外部，此時混凝土表面將受到很大的拉應力，而混凝土的早期抗拉強度很低，因而出現(xiàn)裂縫。這種溫差一般僅在表面處較大，離開表面就很快減弱，因此裂縫只在接近表面的范圍內(nèi)發(fā)生，表面層以下結(jié)構(gòu)仍保持完整。

2）由結(jié)構(gòu)溫差較大，受到外界的約束引起的，當大體積混凝土澆筑在約束地基（例如樁基）上時，又沒有采取特殊措施降低，放松或取消約束，或根本無法消除約束，易發(fā)生深進，直至貫穿的溫度裂縫。

1.2 沉縮裂縫

當然混凝土沉縮裂縫在大體積混凝土（特別是泵送大流態(tài)混凝土）施工中也是非常多的。混澆筑成型后，養(yǎng)護工作不到位，沒有及時地進行表面履蓋，表面水份散失過快，導致混凝土內(nèi)部與外部不均勻收縮。其表面干收縮大于其內(nèi)部干收縮值。由于此干縮快慢差而形成的混凝土表面拉應力，也是混凝土產(chǎn)生裂縫的重要原因。主要表現(xiàn)在振搗不密實，沉實不足，或者骨料下沉，表層浮漿過多，混凝土澆筑后，沒有及時抹壓實（特別是初凝前的二次拌壓），且表面覆蓋不及時，受風吹日曬，表面水份散失快，產(chǎn)生干縮，混凝土早期強度又低，不能抵抗這種變形而導致開裂。

在施工中采用緩凝型泵送劑，延緩混凝土的凝結(jié)硬化速度，充分利用外加劑（特別是緩凝劑）的特性，適時增加抹加次數(shù)，消除表面裂縫，特別是初凝前的抹壓，這對消除有效。

2 大體積混凝土施工裂縫的控制

針對以上所分析的裂縫形成原因，我們可以采用以下措施加以控制：

2.1 嚴格控制混凝土的組成材料

大體積混凝土一般都是采用商品混凝土和泵送工藝澆筑，泵送商品混凝土對原材料的技術(shù)指標要求很高。因此，首先混凝土的生產(chǎn)設(shè)備的穩(wěn)定運行和計量的精確應得到有效保障，組成混凝土的所有材料應符合規(guī)范標準的要求，以確保混凝土的質(zhì)量。

1）水泥品種的選擇。應根據(jù)大體積混凝土的特點，既要注意水泥的水化熱，又要注意水泥的收縮作用，選用低水化熱、低收縮的水泥，如抗硫酸鹽水泥、粉煤灰水泥、礦渣水泥，而不要采用早強型水泥。

2）摻入粉煤灰，選擇減水劑，保證泵送流動度。在盡量少用水泥的基礎(chǔ)上,摻入一定量的粉煤灰，以保證膠凝材料的總量。摻入適量的優(yōu)質(zhì)粉煤灰可以代替和節(jié)約水泥,一般摻量為水泥重量的15%～20%，在加拿大標準中，此摻量值已達到25%。從反應堆廠房底板混凝土的試塊強度分析，粉煤灰的摻量提高，混凝土的強度稍有降低。粉煤灰在混凝土中主要起物理填充作用，加強了粉末效應，增加了混凝土的密實度，可以改善混凝土的工作度，改善施工性能，減少混凝土的泌水和離析現(xiàn)象，減少收縮。粉煤灰還能夠延緩水化熱峰值的出現(xiàn)，降低溫度峰值。粉煤灰和減水劑同時摻入混凝土中，可以降低水灰比，減少水泥漿量，提高混凝土的可泵性。

3）粗細骨料的選擇。配制大體積混凝土，應選用細度模數(shù)在2.7～3.1之間的含泥量最低的中粗砂，砂率最佳值為0.33，以合理粗細骨料的比例，砂率過高意味著細骨料多，粗骨料少，增加了收縮，對抗裂不利。碎石應采用連續(xù)級配、良好粒級的彈性模量低的骨料。其次是砂石的吸水率應盡可能小一些，以利于降低收縮。

4）混凝土的配合比設(shè)計。應根據(jù)施工單位的經(jīng)驗數(shù)據(jù)，優(yōu)化合理地選擇混凝土的強度和強度標準差。結(jié)合現(xiàn)場的實際要求，合理利用混凝土的后期強度，如60天、90天或更長時間的強度。

2.2 優(yōu)化混凝土的施工過程

混凝土的抗拉強度遠小于抗壓強度，這是混凝土容易開裂的內(nèi)在因素。普通混凝土極限拉伸離散性很大，因此在施工中必須創(chuàng)造條件，確保混凝土均勻密實。混凝土坍落度各車不要有大的差異，澆筑基礎(chǔ)時坍落度可控制在100～140 mm,坍落度大時會使表面鋼筋下部產(chǎn)生水分，或表層鋼筋上部的混凝土產(chǎn)生細小裂縫。為防止這種裂縫，在混凝土初凝前和混凝土預沉后采取二次抹面壓實措施。混凝土澆灌時，攪拌車在卸料前，要求高速運轉(zhuǎn)一分鐘，確保進入泵車受料斗的混凝土質(zhì)量均勻。

大體積混凝土的澆筑應合理分段,分層進行，使混凝土高度均勻上升,混凝土澆筑應連續(xù)進行，間歇時間不能過長，在前層混凝土初凝前必須把后層混凝土澆上。澆筑應在室外氣溫較低時進行，混凝土澆筑氣溫不宜超過28℃,在炎熱的氣候條件下應采取降溫措施。

在澆筑混凝土過程中，應嚴格按照施工組織設(shè)計的施工線路實施澆筑。禁止閑散人員在鋼筋上部停留。澆筑施工人員不應在鋼筋上部無序走動。采用雙層鋼筋網(wǎng)時，在上下層鋼筋網(wǎng)片之間應設(shè)置足夠的支撐用鋼筋撐腳，以保證鋼筋位置正確。在澆筑線路上，鋪設(shè)臨時操作腳手板。所有澆筑人員的工作原則上均應在腳手板上完成，以減少對鋼筋網(wǎng)的踩踏次數(shù)。臨時腳手板隨澆筑區(qū)域的轉(zhuǎn)移而移動。

2.3 加強混凝土的養(yǎng)護

在盡量減小混凝土內(nèi)部溫升的前提下，大體積混凝土的養(yǎng)護是一項關(guān)鍵工作，必須切實做好。養(yǎng)護主要是保持適宜的溫度和濕度條件，保溫的目的有兩個：①減小混凝土表面的熱擴散，減小混凝土表面的溫度梯度，防止產(chǎn)生表面裂縫；②延長散熱時間,充分發(fā)揮混凝土強度的潛力和材料松馳特性，使平均總溫差對混凝土產(chǎn)生的拉應力小于混凝土的抗拉強度，防止產(chǎn)生貫穿性裂縫。潮濕養(yǎng)護的作用：①剛澆筑不久的混凝土,尚處在凝固硬化階段，水化的速度較快，適宜的潮濕條件可防止混凝土表面脫水而產(chǎn)生干縮裂縫；②混凝土在保溫（25～40℃）及潮濕條件下可使水泥的水化作用順利進行，提高混凝土的極限拉伸和抗拉強度，使早期抗拉能力增長很快。

在施工過程中正確規(guī)定拆模時間對防止裂縫的開展關(guān)系較大，早期因水泥水化熱使混凝土內(nèi)部濕度很高，如過早拆模，混凝土表面溫度較低，形成很陡的溫度梯度，產(chǎn)生很大的拉應力，這對于早期強度低，極限拉伸小的混凝土處于不利的溫度條件下，就極易形成裂縫。因此大體積混凝土除要求強度外，還必須防止內(nèi)外溫差太大而引起裂縫。

3 結(jié)語

通過以上分析探討，筆者認為目前大體混凝土施工要做到優(yōu)化配合比,選用良好級配的骨料，嚴格控制砂石質(zhì)量，降低水灰比，以降低混凝土最高溫升，降低混凝土所受的拉應力。同時，要加強施工現(xiàn)場的管理。混凝土澆筑后，應盡快回填土，加以養(yǎng)護。

[1]GBJ10-89,混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范[S].

[2]GB50204-92,混凝土結(jié)構(gòu)工程施工及驗收規(guī)范[S].

[3]JGJ3-88,鋼筋混凝土高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計與施工規(guī)程[S].