大體積混凝土施工裂縫控制技術

摘 要：大體積混凝土施工的裂縫影響建筑物的抗滲性能和外觀質量甚至還會影響建筑結構的安全，是大體積混凝土施工迫切需要解決的關鍵問題。本文詳細闡述了大體積混凝土裂縫產生的原因，并提出了針對性的解決措施，實踐證明是有效的，為控制和減少大體積混凝土裂縫產生的提高了有效的途徑。

關鍵詞：大體積混凝土；施工；裂縫

1 大體積混凝土裂縫產生的原因

大體積混凝土結構的整體性要求高，施工時一般要求一次性整體澆筑。澆筑后，水泥因水化反應引起水化熱，由于混凝土體積大，內部與表面散熱速率不一樣，聚集在內部的水泥水化熱不容易散發，混凝土內部溫度將顯著升高，而混凝土表面則散熱較快，與混凝土內部產生較大的溫度差，使混凝土內部產生壓應力，表面產生拉應力。同時在澆筑初期混凝土的彈性模量和強度很低，對水化熱急劇溫升引起的變形約束不大，溫度應力比較小。隨著混凝土齡期的增長，其彈性模量和強度相應提高，對混凝土降溫收縮變形的約束越來越強，即產生很大的溫度應力，當混凝土的抗拉強度不能抵抗溫度應力時，即產生裂縫。大體積混凝土裂縫產生的形式和種類有很多，要根本解決大體積混凝土中裂縫問題，還是需要從大體積混凝土裂縫的形成原因入手。大體積混凝土裂縫產生的原因歸納起來主要有：（1）原材料方面。①粗細集料含泥量過大，造成混凝土收縮增大。集料顆粒級配不良或采取不恰當的間斷級配，容易造成混凝土收縮的增大，誘導裂縫的產生。②骨料粒徑越細，混凝土單方用灰量、用水量增多，收縮量增大。③混凝土外加劑、摻和料選擇不當、或摻量不當，嚴重增加混凝土的收縮。④水泥品種原因：礦渣硅酸鹽水泥收縮比普通硅酸鹽水泥收縮大、粉煤灰及礬土水泥收縮值較小、快硬水泥收縮大。（2）混凝土方面。①混凝土配合比。水泥等級或品種選用不當；配合比中水灰比（水膠比）過大；水泥用量越大、用水量越高，表現為水泥漿體積越大、坍落度越大，收縮越大；配合比設計中砂率、水灰比選擇不當造成混凝土和易性偏差，導致混凝土離析、泌水、保水性不良，增加收縮值；配合比設計中混凝土膨脹劑摻量選擇不當。②混凝土結構。結構中的斷面突變而產生的應力集中所產生的構件裂縫；對構件施加預應力不當，造成構件的裂縫（偏心、應力過大等）；構造鋼筋配置過少或過粗等引起構件裂縫；未充分考慮混凝土構件的收縮變形； 采用的混凝土等級過高，造成用灰量過大，對收縮不利；荷載收縮，使用環境溫度變化，管線配置不當，保護層厚度不足，抗溫度收縮配筋不足等；混凝土在硬化過程中，由于水分蒸發、體積逐漸縮小，產生收縮，而板的四周由于受到支座的約束，不能自由伸展，當混凝土的收縮所引起板的約束應力超過一定程度時，必然引起開裂。（3）施工方面。①現場澆搗混凝土時，振搗或插入不當，漏振、過振或振搗棒抽撤過快，均會影響混凝土的密實性和均勻性，誘導裂縫的產生。②高空澆注混凝土，風速過大、烈日暴曬，混凝土收縮值大。③對大體積混凝土工程，缺少兩次抹面，易產生表面收縮裂縫。④大體積混凝土澆筑，對水化計算不準、現場混凝土降溫及保溫工作不到位，引起混凝土內部溫度過高或內外溫差過大，混凝土產生溫度裂縫。

2 控制大體積混凝土裂縫的措施

（1）選擇好原材料。①優選水泥。在大體積混凝土的施工過程中，對水泥的選擇十分重要。不同品牌、類型的水泥其組織各不相同，因此配置出的混凝土的性能也不盡相同，一般大體積混凝土工程在澆筑初期發生開裂的最重要原因就是由于混凝土的內部溫度升高與收縮而造成的。通過對大體積混凝土的選材及配合比的控制，在大體積混凝土結構中加入外加劑，盡量減少水泥和水的用量，以減少水化熱現象引起的收縮變形。為了降低水化熱，優先采用水化熱較低的中熱或低熱水泥、礦渣水泥、粉煤灰水泥，由于水泥的水化熱是礦物成分與細度的函數，要降低水泥的水化熱，主要是選擇適宜的礦物組成和調整水泥的細度模數。②優選粗細集料。由于在大體積混凝土結構中涉及的配筋較密且多，因此為了確保混凝土的緊密填充，應加強石子中最大粒徑及其粗細集料級配，如果石子的粒徑過大，石子就可能卡在鋼筋中，而砂漿的收縮度大于混凝土的收縮度，拆模后就很可能在鋼筋下方造成裂縫。在滿足強度性和施工性的前提下，采用盡量低的砂率，使混凝土中有足夠的粗骨料。一定的粗骨料含量，可以有效的改善混凝土的抗裂能力；在保證混凝土級配正常的情況下，應盡量增大粗細集料粒徑，可減少用水量，相同水灰比的情況下，減少了水泥用量，有利于減少水化熱的產生；同時，應嚴格控制粗細集料的含泥量。③摻加粉煤灰。摻加粉煤灰可降低水泥用量，減少大體積混凝土的水化熱溫升。眾所周知，粉煤灰與水泥水化產物發生“二次水化反應”，粉煤灰的火山灰反應較水泥水化遲緩，從而使體系的發熱速率降低，使水泥的水化熱在一定程度上延緩釋放，這對大體積混凝土的溫控極為有利。④ 摻加緩凝型高效減水劑。緩凝型高效減水劑有效延緩水化熱的釋放，降低水化熱放熱峰值，使混凝土水化熱釋放趨于平緩，避免中心部位混凝土溫度急劇上升導致溫差增大。緩凝型高效減水劑的摻入，可大大減緩水泥的水化放熱速率，有利于混凝土的溫控，這對大體積混凝土溫度的均勻性是非常有利的。⑤摻加膨脹劑。可采用膨脹劑來控制混凝土裂縫的產生。膨脹劑具有膨脹作用，可通過補償混凝土收縮有效防止混凝土裂縫的產生和擴展，增進混凝土的密實度，提高抗滲性能。（2）進行結構優化。①應盡量避免結構斷面突變帶來的應力集中。如因結構或造型方面原因等而不得以時，應充分考慮采用加強措施。②積極采用補償收縮混凝土技術。 在常見的混凝土裂縫中，有相當部分都是由于混凝土收縮而造成的。要解決由于收縮而產生的裂縫，可在混凝土中摻用膨脹劑來補償混凝土的收縮。 ③大體積混凝土結構內除配置滿足承載力和構造要求的鋼筋外，還應增配抵抗水化熱引起的溫度應力及控制裂縫開展的鋼筋。配筋時應盡可能采用小直徑、小間距。為了保證每個澆筑層上下均有溫度筋，溫度筋分布細密，一般用φ8鋼筋，雙向配筋，間距15cm。這樣可以增強抵抗溫度應力的能力。上層鋼筋的綁扎，應在澆筑完下層混凝土之后進行。④在易產生應力集中的薄弱環節采取加強措施。如，在結構轉角和孔洞處增加構造加強筋。（3）施工方面。①混凝土的拌制。冬季施工中混凝土往往要加防凍劑，加熱水。但大體積混凝土極力要降低的就是混凝土的熱量，因此混凝土冬期人模的溫度一般要控制在5℃左右。夏季大體積混凝土拌制時應采用溫度較低的地下水，砂石骨料采用遮陽、淋水等降溫措施，使用的水泥應冷卻7天以上。拌制時嚴格控制混凝土的坍落度。②混凝土的澆筑。混凝土的澆筑可用分層連續澆筑或推移式連續澆筑，不留施工縫。混凝土的攤鋪厚度應根據所用振搗器的作用深度及混凝土的和易性確定，泵送混凝土攤鋪厚度不大于600mm，普通混凝土攤鋪厚度不大于400mm。在澆筑過程中應遵循“同時澆搗、分層推進、一次到頂、循序漸進”的成熟工藝。振搗時重點控制兩點即混凝土流淌的最近點和最遠點。高頻振動棒要垂直插入，快插慢撥，插點交錯均勻布置。在振搗上一層混凝土時應插入下一層以消除兩層間的接縫，同時在振搗上層混凝土時以表面呈水平并出現水泥漿及不再出現氣泡、不再明顯沉落為宜。采用二次振搗技術當澆筑后的混凝土即將凝結時，給予再振搗以提高密實度，減少混凝土塊體內部的微裂縫和提高強度和抗滲性能。在混凝土澆筑過程中須采取有效措施排除表面泌水，提高混凝土質量，減少表面裂縫。在混凝土澆筑后終凝前，宜對混凝土表面進行二次壓光，以減少塑性變形所引起的表面裂縫。混凝土的澆筑過程中應及時清理泌水，以免降低混凝土的質量。混凝土的澆筑時間應避開一天中的高溫低溫時段，宜選在傍晚。③控制入模溫度，敷設冷卻循環水管。混凝土的入模溫度指混凝土運輸至澆筑時的溫度，降低混凝土的入模溫度措施是用冷水對粗骨料進行沖洗，選擇在夜間澆筑混凝土，混凝土入模溫度控制在了24℃以內。在大體積混凝土中分層并相隔一定間距布置冷卻水管，當發現進出水口溫差過大或過少，或者水溫與混凝土內部溫度的差值超過25℃時，及時啟用冷卻循環水管，并調整水溫或流量，防止水管周圍產生溫度裂縫。④ 搞好溫度檢測。大體積混凝土測溫工作在混凝土澆灌開始進行，7天內每2小時測試一次，7天后每4小時測試一次，測溫天數30天，在澆筑混凝土前預埋溫度傳感片和測溫儀，一般布置上中下三個混凝土內部測溫點，從澆筑開始測溫，澆筑完后，根據溫控指標，及時調整保溫、保濕等養護條件。混凝土的內部溫度與表面溫度之間、混凝土表面溫度與室外最低氣溫之間的溫差均應小于20℃；測溫工作24小時連續進行，專人負責，認真記錄所測數據，并由施工現場人員配合，以保證測溫工作順利進行；測溫工作應連續進行，直至溫度變化滿足控制要求范圍后，方可停止測溫；測溫時，若發現混凝土內部最高溫度與表面溫度之差達到25℃或溫度異常，應及時采取措施控制溫差。⑤ 施工縫的處理。施工縫一般應設在墻板和底板交接處以上20～30cm處，在二次澆筑前應做到清除接縫表面的浮漿以及松動的石子，均勻露出粗骨料用壓力水沖洗混凝土表面的雜物，充分濕潤但不得留有積水對非泵送混凝土應采取接漿措施。⑥ 混凝土的養護。混凝土的澆筑后在其表面馬上覆蓋一層塑料薄膜，然后長時間地澆水養護，時間越長越好，不宜少于7天。拆模后應采取預防突然降溫和劇烈干燥的措施。混凝土盡可能晚拆模，拆模后混凝土表面溫度不應下降15℃以上。

3 結語

某寬12.4m、長36.2m的單個橋承臺的1710m3的C30混凝土要求一次性澆筑完成。施工中針對大體積混凝土裂縫開裂原因，水泥采用摻合粉煤灰和礦粉的普硅P.0.42.5水泥，細骨料采用不含有黏土團的細度模量2.6左右、含泥量小于1.5%、SO3含量小于1%的中砂。粗骨料采用1～3cm碎石。外加劑采用博特牌SFG高效緩凝減水劑，嚴格控制材料質量、配合比，施工中混凝土采用30cm分層澆筑，拌合采用14℃冷水，采用上下3層循環冷卻水管以降低承臺中心的溫度，采用模板表面掛兩層草袋，外裹塑料布的方法進行溫度控制，施工中振搗棒插入下一層50mm以上，逐車檢查混凝土坍落度，凡不合格者不得使用，嚴禁現場加水增加坍落；強度達到設計強度的75%以上，混凝土中心與最低溫度處溫差不大于25℃，預計拆模后混凝土表面溫降不超過9℃以上才允許拆模。拆模后立即用塑料布覆蓋，并澆水保持混凝土表面濕潤直至28d。采取上述措施有效的防止了承臺裂縫的產生，保證了工程質量，表明本文提出的大體積混凝土施工裂縫控制技術是成功的，可供同類工程施工參考。

參考文獻

[1]張建國.大體積混凝土質量控制探討[J].應用技術，2011，（35）.

[2]賈珍則.淺談大體積混凝土裂縫成因及控制[J].中國西部科技，2010，09（23）.

[3]張建國.大體積混凝土質量控制探討[J].應用技術，2011，（35）.

作者簡介：楊俊巖，男，（1980-），本科，工程師，主要從事道路、橋梁、隧道施工。