關于大體積混凝土裂縫控制技術的探討

摘要：本文先介紹了大體積混凝土裂縫形成機理及影響因素，然后就四個方面研究其裂縫控制技術。

1 大體積混凝土裂縫形成機理及影響因素

大體積混凝土裂縫大部分是因收縮而引起，根據形成的機理不同，常見的主要分為溫度裂縫、干縮裂縫、塑性收縮裂縫、沉陷裂縫等；從裂縫大小程度看還可以分為宏觀裂縫和微觀裂縫，上述所列裂縫均屬于宏觀裂縫；而微觀裂縫主要有骨料銜接裂縫、硬化水泥漿裂縫、骨料裂縫等。混凝土的開裂與原材料、配合比、結構尺寸、配筋、約束程度、養護條件等多種因素有關，下面筆者根據其形成機理及影響因素的不同具體探究裂縫的源頭問題以及裂縫控制技術的影響因素。

（一）溫度與收縮裂縫形成機理

大體積混凝土收縮是由自生收縮、碳化收縮、塑性收縮、干縮、溫度收縮組成的。這里要區分開干縮與溫度收縮，前者指混凝土內多余水分蒸發引起的體積收縮，后者指由于混凝土溫度下降引起的收縮。大體積混凝土在硬化過程釋放大量水化熱，使基礎中部產生較高溫度，而混凝土表面和邊界受氣溫影響，溫度較低，這樣形成較大內外溫差，在混凝土內部產生壓應力，在混凝土表面產生拉應力，當此拉應力超過混凝土抗拉強度時，便會產生表面裂縫；該裂縫多發生在混凝土升溫階段。當大體積混凝土降溫產生的收縮和混凝土自身收縮受到地基或基礎約束時，在截面中產生拉應力，當此拉應力超過混凝土的抗拉強度時，便會產生貫穿裂縫；該裂縫多發生在混凝土降溫階段。

（二）原材料和配合比的影響

在原材料選用過程中，影響裂縫控制技術的因素主要有水泥品種、水灰比、膠凝材料、骨料、外加劑、粉煤灰等。不同品種的水泥對混凝土極限拉伸值的影響不大，但對其干縮影響較大，一般情況下，C3A含量大，細度較小的水泥干縮較大。一般來說大體積混凝土的極限拉伸值均隨著水灰比的減小而提高，混凝土收縮則隨著水灰比的減小而減小，顯然，在滿足混凝土施工要求的前提下，減小水灰比對大體積混凝土抗裂是有利的。同時優選骨料且在混凝土中摻加外加劑或煤灰能改善混凝土和易性，在水泥用量不變的情況下，能減少用水量，提高混凝土強度；在水灰比不變的情況下，能減少水泥用量，降低溫升，延緩水化熱放熱速率。綜合以上的原材料相關作用及影響，在選用時需要有適合的配合比。

（三）配筋的影響

合理配筋可以提高極限拉伸和約束裂縫開展的優點大于增加收縮應力缺點。一方面配置構造筋對提高混凝土極限拉伸和抗裂能力是有利的，同時它也能起到控制裂縫開展，減少裂縫寬度的作用。另一方面，配筋也將會增加一定程度的收縮應力，過大的配筋率將會導致較大的收縮應力，從而產生裂縫。合理配筋要求配筋率不能過大，大致范圍是0.3%~0.5%；宜用小直徑、小間距的形式，且不宜采用光圓鋼筋。

（四）齡期及養護的影響

由于池壁、地下室側墻等露天薄壁結構對環境濕度及養護條件極為敏感，其相應的收縮比大塊式基礎要大。在混凝土早齡期容易因干縮產生表面裂縫，從而削弱了截面并在隨后的溫度應力作用下產生應力集中，導致表面裂縫往深處發展，誘發貫穿性裂縫。因此，對薄壁結構的配筋要求要嚴格，并注意保濕養護，盡可能避免表面裂縫的出現。同時根據資料，混凝土任意齡期t與28天齡期的抗拉強度的關系為：ft﹦0.8f28(㏒t)2/3，為了合理控制裂縫，要嚴格把握標準齡期和抗拉強度。關于養護問題主要把握濕度及溫度兩方面，良好的保濕能顯著增加混凝土的抗拉強度及極限拉伸。在控制內外溫差的前提下，在升溫階段應盡可能適當放熱，一方面可以降低混凝土溫升峰值，另一方面又可防止影響后期強度。

2 從四個方面探究大體積混凝土裂縫控制技術

根據上部分談到的大體積混凝土裂縫控制技術的幾點重要因素，下面筆者根據以下四個方面對大體積混凝土采取裂縫控制技術。

（一）從原材料方面采取技術措施

關于原材料的選擇，這里根據工程需要有著相應的優選技術。水泥材料優選與用量控制應首當其沖，一般來說我們主要選用C3S及C3A含量低的中、低熱水泥，而且每立方米混凝土中的水泥用量每增減10kg，其水化熱將使混凝土內部溫度相應升降；所以我們要在保證其強度和耐久性的前提下，盡量減少水泥的用量，其水泥用量不超過400kg/立方米，從而有效控制溫升及防止溫度裂縫。

同時還要根據施工要求盡量選用粒徑較大、級配良好的石子，以減少用水量和水泥用量、混凝土的收縮和泌水性。在無筋或少筋的大塊混凝土中，可摻入不超過混凝土體積的25%的大塊石，以減少水泥用量，降低水化熱；并保證粗骨料中的針、片狀顆粒按重量計應不大于15%。而細骨料以中、粗砂為宜，還要嚴格控制砂、石的含泥量；石子控制在小于1%，黃砂控制在小于2%。

在混凝土中加入適量的外摻料，如一定量的粉煤灰不僅能改善混凝土特性，而且能代替部分水泥，減少水化熱；但應注意摻加粉煤灰后混凝土早期強度有所降低。同時還可以適當地在混凝土內摻水泥用量10%~12%的U型混凝土膨脹劑，以實現超長結構的無縫施工。當然為了達到更好的技術效果還可以加入硅粉增強混凝土抗凍性、早強性、抗沖磨及控空蝕性，再加入引氣劑可提高抗凍融循環和抗侵蝕能力。由于大體積混凝土的施工工期較長，上部荷載逐步施加，因此可以考慮采用齡期為45~90天強度代替28天強度，以減少水泥用量；混凝土的強度等級宜在C20~C35的范圍內選用。

（二）從設計構造及養護方面采取技術措施

在進行施工設計時，大體積混凝土的設計構造要符合工程及施工的要求。在遇有約束作用較大的巖石類地基或較厚的混凝土墊層時，可在地基或墊層與基礎的接觸面上或于兩端四分之一基礎全長的區段內，鋪設滑動層用來減少滑動應力。同時還可以混凝土上涂刷一層3~5mm厚的瀝青膠，或干鋪兩層瀝青油氈或鋪設厚50左右的黃砂或石屑作為隔離層，以緩和地基對基礎收縮時的側向壓力。在大體積混凝土結構的孔洞或截面突變處，由于溫度和收縮作用，會產生應力

集中而導致開裂，應采取增配鋼筋或設置過渡段的技術措施避免應力集中。

大體積混凝土保溫保濕養護中，應對混凝土的內表溫度，頂面及底面溫度，室外溫度進行監測，根據監測結果對養護措施作出相應的調整，確保溫控指標的要求。溫度測定可采用在每個測溫點上埋設測溫片，常用的有銅熱電阻或銅-康銅熱電偶測溫，或采用埋設鋼管的簡易測溫方法。

（三）從施工及溫控方面采取技術措施

大體積混凝土施工前，應對施工階段大體積混凝土澆筑塊體的最高溫度、溫度收縮應力進行驗算，以此確定施工階段混凝土的澆筑溫度、內表溫差、降溫速度及溫度陡降等控制指標，制定相應的技術措施（包括混凝土原材料的選擇、混凝土拌制運輸過程中的降溫措施、保溫養護措施等），以達到控制裂縫的目的。

在施工的過程中，首先要對混凝土進性表面處理——先用長刮尺刮平，在初凝前用鐵滾筒碾壓數遍，再用木蟹打磨壓實，以閉合收水裂縫。施工過程中要堅持“放抗結合”，在施工期間設置作為臨時施工縫的“后澆帶”，將結構分成若干段，可有效削減溫度收縮應力。然后再采用“跳倉打”的施工方法將整個結構按垂直施工縫分段，間隔一段，澆筑一段，經過不少于5d的間歇期后再澆筑成整體。接著采用“混凝土薄層澆筑”的施工方法將底板水平分成幾個施工層，施工層之間的結合按施工縫處理；分層厚度一般控制在0.6~2.0m范圍內，層間間歇時間約取5~7d為宜。

當然合理選擇混凝土澆筑方案以及先進混凝土攪拌和振搗工藝是這個環節的核心要點。其澆筑方法可采用分層連續澆筑或分段分層踏步式推進的澆筑方法。一般情況下，應盡量采用分層連續澆筑；對于工程量較大，澆筑面積也大，一次連續澆筑層厚度不大，且澆筑能力不足時的混凝土工程，宜采用分段分層踏步式推進的澆筑方法。同時二次投料和二次振搗的新工藝，可有效提高混凝土的強度。

這個過程中尤其要注意控制混凝土出機溫度和澆筑溫度，對混凝土出機溫度影響最大的是石子及水的溫度，而砂次、水泥的影響較小；所以具體施工中可采取加冰拌和，砂石料遮陽覆蓋，送管道用草袋包裹灑水降溫等技術措施。同時預埋冷卻水管使其按照中心距1.5~3.0m交錯排列，水管上下間距一般也為1.5~3.0m，并通過立管相連接可有效降低最高溫升。

（四）雙摻技術及膨脹混凝土的應用

雙摻技術實際上是對原材料配合技術的一次加強，即在煤灰混凝土中加入適當的減水劑不僅可以提高煤灰混凝土密實性、耐久性和抗拉強度，還可以使拌合物更均勻，減少泌水、離析、坍落、收縮等現象發生。在熱天施工可以適當用煤灰混凝土取代一部分水泥，通過其與氫氧化鈣二次水化反應提高早期強度，有利于防裂。在冷天施工，煤灰混凝土利于低溫下的保溫養護，以避免冷擊造成的混凝土開裂。

膨脹混凝土即是一種在膨脹約束下混凝土產生一種壓應力抵消由其干縮而產生的拉應力的補償收縮混凝土，其技術要求較高，要有很好的施工控制和質量效果才能達到高強度、抗滲抗凍、不易泌水離析及可泵性強的良好施工性能。

參考文獻

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