大體積混凝土裂縫控制技術

【摘 要】本文根據北同蒲取直線工程DK157+788.03跨京原鐵路特大橋的施工實踐，從技術可行性、經濟性、可靠性等方面對墩臺施工進行了比選，并重點介紹了大體積混凝土的施工技術。

【關鍵詞】大體積混凝土；裂縫控制；冷卻管；溫度收縮效應；配合比設計

混凝土結構物的裂縫可分為微觀裂縫和宏觀裂縫。微觀裂縫是指那些肉眼看不見的裂縫，主要有三種：一是骨料與水泥石粘合面上的裂縫，稱為粘著裂縫；二是水泥石中自身的裂縫，稱為水泥石裂縫；三是骨料本身的裂縫，稱為骨料裂縫。微觀裂縫在混凝土結構中的分布是不規則、不貫通的。反之，肉眼看得見的裂縫稱為宏觀裂縫，這類裂縫的范圍一般不小于0.05mm。宏觀裂縫是微觀裂縫擴展而來的。在混凝土結構中裂縫是絕對存在的，只是應將其控制在符合規范要求范圍內，以不致發展到有害裂縫，因此了解大體積混凝土裂縫產生原因及采取合理施工技術措施來控制微觀裂縫發展成為宏觀裂縫，對混凝土結構的施工具有重要的意義。

一、工程概況

（1）概述。DK157+788.03跨京原鐵路特大橋為雙線橋，線間距4.4m～5.12m，各橋墩線間距24m，32m不等，位于-2.8‰～12.7‰坡道及R=2800的曲線上。（2）工程地質及水文。地質及水文情況：濕陷性黃土層，2m以內具有濕陷性，新黃土，黃褐色，具有垂直節理及大孔隙。6m以內無水。

二、大體積混凝土裂縫成因分析

（1）溫度效應。大體積混凝土澆筑后，水泥因水化引起水化熱，由于混凝土體積大，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，而混凝土表面土則散熱較快，形成了較大的溫度差，使混凝土內部產生壓應力，表面產生拉應力，此時，混凝齡期短，抗拉強度很低。（2）收縮效應?；炷脸醅F裂紋的時間可以作為判斷裂紋原因的參考：塑性收縮裂紋大約在澆筑后幾小時到十幾小時出現；溫度收縮裂紋大約在澆筑后2d到10d出現；自收縮主要發生在混凝土凝結硬化后的幾天到幾十天；干燥收縮裂紋出現在接近1年齡期內。一是干燥收縮：當混凝土在不飽和空氣中失去內部毛細孔和凝膠孔的吸附水時，就會產生干縮，高性能混凝土的孔隙率比普通混凝土低，故干縮率也低。二是塑性收縮：塑性收縮發生在混凝土硬化前的塑性階段。高強混凝土的水膠比低，自由水分少，礦物細摻合料對水有更高的敏感性，高強混凝土基本不泌水，表面失水更快，所以高強混凝土塑性收縮比普通混凝土更容易產生。三是自收縮：密閉的混凝土內部相對濕度隨水泥水化的進展而降低，稱為自干燥。自干燥造成毛細孔中的水分不飽和而產生負壓，因而引起混凝土的自收縮。高強混凝土由于水膠比低，早期強度較快的發展，會使自由水消耗快，致使孔體系中相對濕度低于80%，而高強混凝土結構較密實，外界水很難滲入補充，導致混凝土產生自收縮。高強混凝土的總收縮中，干縮和自收縮幾乎相等，水膠比越低，自收縮所占比例越大。與普通混凝土完全不同，普通混凝土以干縮為主，而高強混凝土以自收縮為主。四是溫度收縮：對于強度要求較高的混凝土，水泥用量相對較多，水化熱大，溫升速率也較大，一般可達35℃～40℃，加上初始溫度可使最高溫度超過70℃～80℃。一般混凝土的熱膨脹系數為10×10-6/℃，當溫度下降20℃～25℃時造成的冷縮量為2～2.5×10-4，而混凝土的極限拉伸值只有1～1.5×10-4，因而冷縮常引起混凝土開裂。五是化學收縮：水泥水化后，固相體積增加，但水泥-水體系的絕對體積則減小，形成許多毛細孔縫，高強混凝土水膠比小，外摻礦物細摻合料，水化程度受到制約，故高強混凝土的化學收縮量小于普通混凝土。

三、大體積混凝土控制溫度收縮裂縫的技術措施

（1）大體積混凝土配合比設計。第一，混凝土用原材料的選擇。一是選用中低水化熱的水泥：選用鼎新水泥廠生產的

P.O42.5R粉煤灰水泥，該水泥屬于低水化熱品種的水泥。二是提高水泥標號以減少水泥用量。三是在選擇骨料時，應選擇線膨脹系數小、巖石彈模較低、表面清潔無弱包裹層、級配良好的骨料。四是砂除滿足骨料規范要求外，應適當放寬石粉或細粉含量，這樣不僅有利于提高混凝土的工作性，而且可提高混凝土的密實性、耐久性和抗裂性。砂子中石粉比例一般在15%～18%之間為宜。五是高效減水劑的使用對減少大體積混凝土單位用水量和膠凝材料用量，改善新拌混凝土的工作度，提高硬化混凝土的力學、熱學、變形、耐久性等性能起著極為重要的作用，也是混凝土向高性能化發展的不可或缺的重要組分。第二，大體積混凝土配合比的設計優化。運用三摻技術減少單位混凝土絕對用水量和水泥用量，為減少水泥用量，降低混凝土內水化熱，混凝土中加入一定數量II級粉煤灰、減水劑和膨脹劑，改善混凝土的和易性與可泵性，延緩凝結時間，減慢水泥水化熱的釋放速度，推遲和降低混凝土體內溫度峰值。在滿足可泵性及混凝土強度的條件下，盡可能降低砂率，減少坍落度，降低單位體積水泥用量，經過多次試配最后確定。（2）施工過程控制。第一，循環冷卻水管的設置。由于混凝土體積大，施工過程中聚集水化熱大.內外散熱不均勻和內外約束不一致，使混凝土內部產生較大的溫度應力，導致裂縫產生，埋下了嚴重的質量隱患.因此，在大體積混凝土內設置循環冷卻水管是大體積混凝土降溫的主要關鍵措施。根據設計要求，冷卻管采用φ32mm的標準鑄鐵水管，管與管之間的連接采用與之配套的接頭。（見圖1）冷卻管在埋設和澆筑混凝土的過程中，接頭部分應采用膠帶纏裹，以防漏水，使用完畢后灌漿封孔，出露部分應割除。

圖1 冷卻管布置示意圖

第二，澆筑過程控制。一是選擇較適宜的氣溫澆筑大體積混凝土，盡量避開炎熱天氣澆筑混凝土。夏季可采用低溫水或冰水攪拌混凝土，可對骨料噴冷水霧或冷氣進行預冷，或對骨料進行覆蓋或設置遮陽裝置避免日光直曬，運輸工具如具備條件也應搭設避陽設施，以降低混凝土拌合物的入模溫度。二是加強測溫和溫度監測與管理，實行信息化控制，隨時控制混凝土內的溫度變化，內外溫差控制在25℃以內，基面溫差和基底面溫差均控制在20℃以內，及時調整保溫及養護措施，使混凝土的溫度梯度和濕度不至過大，以有效控制有害裂縫的出現。第三，大體積混凝土養護。在混凝土澆筑之后，做好混凝土的保溫保濕養護，緩緩降溫，充分發揮徐變特性，減低溫度應力，夏季應注意避免曝曬，注意保濕，冬期應采取措施保溫覆蓋，以免發生急劇的溫度梯度發生。

大體積砼施工是一個系統工程，不僅要有技術措施，而且還要有組織措施和管理措施，為保證施工處于受控狀態，澆筑時應建立由施工、監理、甲方等多方共同組成的現場質量保證體系機構，對保證混凝土的澆筑質量和連續施工有很好的作用；后期的監測、養護最為關鍵，一定要在時間、人員、材料、設備予以保證。本工程現已竣工投產，除表面有一些細微裂縫外，未出現任何貫穿性的影響結構的裂縫。摻加較高比例的粉煤灰以及加入一定比例的減水劑、抗裂增強型膨脹劑是十分必要的，不僅提高混凝土的性能，而且使大面積底板混凝土的連續施工成功，保證了施工質量。

參 考 文 獻

[1]江正榮，朱國梁編著.簡明施工計算手冊[M].北京：中國建筑工業出版社，2002

[2]DK157+788.03跨京原鐵路特大橋施工設計圖北同蒲應原施橋-01.2006