大體積混凝土施工裂縫控制

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摘要：隨著我國經濟的快速發展，掀起建設高潮，混凝土結構在現代工程建設中占有重要的地位。然而混凝土的裂縫是比較常見的，開裂可以說是“常見病”和“多發病”，經常困擾著工程技術人員。本文針對大體積混凝土裂縫產生的影響因素入手分析，從設計方面，材料方面和施工方面等三個方面采取綜合防治措施。

關鍵詞：大體積混凝土；溫度裂縫；養護；裂縫控制；水泥水化熱

前言

大體積混凝土裂縫是困擾建筑業多年的質量通病，如裂縫較多、較深，將直接影響結構安全。這些大體積混凝土結構，由外荷載引起裂縫的可能性較小，而由水泥水化過程中釋放的水化熱引起的溫度變化和混凝土收縮產生的溫度應力和收縮應力是產生裂縫的主要原因，是大體積混凝土結構施工中要解決的重要問題。

一、大體積混凝土定義

國際預應力混凝土協會（FIP）在《海工混凝土設計與施工建議》規定：凡是混凝土一次澆筑成型的最小截面尺寸不小于0.6m，特別是水泥用量超過400kg/m3時，應考慮采取有效降溫散熱措施或采用水化放熱慢的水泥。

我國《大體積混凝土施工規范》（GB50496-2009）對大體積混凝土的定義：混凝土成型結構實體最小幾何尺寸大于或等于1m大體積量的混凝土，或者預計因混凝土中膠凝材料水化引起的溫度變化和收縮而造成有害裂縫產生的混凝土。

由此可見，對大體積混凝土的定義，既要考慮結構的幾何尺寸，又要考慮水泥水化熱引起體積變化與裂縫的問題。

二、大體積混凝土裂縫產生主要因素分析

按裂縫深度不同，分為貫穿裂縫、深層裂縫及表面裂縫三種。貫穿裂縫是由混凝土表面裂縫發展為深層裂縫，最終形成貫穿裂縫。它切斷了結構的斷面，可能破壞結構的整體性和穩定性，其危害性是較嚴重的；而深層裂縫部分地切斷了結構斷面，也有一定危害性；表面裂縫一般危害性較小。

混凝土裂縫產生的原因是由于收縮變形受到約束，在混凝土中產生拉應力，當拉應力超過混凝土的極限抗拉強度，混凝土就開裂。收縮變形包括冷縮，干縮和約束條件是裂縫產生的三個主要因素。

1、冷縮變形影響分析

冷縮變形時混凝土中溫度變化引起的變形，混凝土中的溫度由三個部分組成：澆筑溫度，絕熱溫升，散熱溫度。當澆筑溫度高時，內外溫差和總降溫差增大，容易引起表面裂縫和貫通裂縫。澆筑溫度與原材料溫度高低關系很大，施工時要注意對原材料溫度的控制。

2、干縮變形影響分析

干縮是混凝土中自由水蒸發，引起體積收縮變形。新拌混凝土中只有20%的水參與水化，80%的水在硬化過程中要蒸發。干縮是一個不可忽視的變形值，它的增加，也就相應增加了總降溫差，增加了混凝土裂縫的可能性。

3、約束條件影響分析

收縮分為自由收縮和約束收縮，自由收縮不會引起開裂。任何混凝土都受不同程度的約束，不受約束的自由混凝土幾乎沒有。

綜上分析，控制大體積混凝土開裂從兩方面入手。一方面，提高混凝土的抗拉強度，使其足夠大，大到各種因素引起的開裂應力小于它。另一方面，控制各種溫度應力，使其盡可能小，使之小于混凝土的抗拉強度。

三、大體積混凝土裂縫控制對策

基于以上分析，可從提高混凝土抗裂性能和控制溫度應力兩大方面入手。

1、提高混凝土抗裂性能。⑴、摻膨脹劑。在混凝土中摻入膨脹劑，在硬化過程中產生體積膨脹，這部分膨脹可以部分或全部補償硬化過程中冷縮和干縮，減少或避免混凝土的開裂。⑵、摻增強材料。在混凝土中摻入增強材料，可以提高混凝土的抗拉強度，如在混凝土中摻入有機纖維、無機纖維、金屬纖維，可明顯提高混凝土的抗拉強度。⑶、配溫度筋。經研究認為，合理配筋可以提高混凝土的抗拉強度，而且當鋼筋的直徑較細，間距較密時，對提高混凝土的抗裂效果較好。對大體積的基礎工程，中間配筋少，增加一些溫度筋，可以提高抗裂性。⑷、提高混凝土的強度。混凝土的強度等級提高，其抗拉強度也相應提高，增強了抗裂度，可以通過優選水泥及配合比，減少水灰比，采用合理的施工工藝，提高混凝土的強度。2、控制溫度應力。⑴、降低混凝土的絕熱升溫。①減少水泥用量。水泥水化放熱是混凝土升溫的內熱源，降低水泥用量，就減少了水化熱。一般方法是：減少塌落度，摻大塊石，減少砂率，使用減水劑，緩凝劑，摻混合材（如粉煤灰），采用先進的攪拌工藝。②使用低熱水泥。選用水化熱低的水泥，一般采用礦渣硅酸鹽水泥，減少水化熱引起的絕熱溫升。③降低澆筑溫度。澆筑溫度低可以降低最高溫升。盡量避免炎熱的夏季施工，不宜中午澆筑，對原材料實行預冷卻等，盡可能降低澆筑溫度。④降低當量溫差。當量溫差是由于干縮引起的，應減少干縮率。影響干縮率的主要因素有骨料，養護條件，水灰比，摻和料等。⑤強制降溫。在混凝土內預埋水管，通入冷卻水，降低混凝土內部的最高溫度。⑵、減少約束。①減少外部約束。大體積混凝土一般是厚實體重的整澆結構物，地基對其約束十分明顯，這是引起約束收縮，產生裂縫的一個主要因素。減少地基約束的方法是設置滑動層，即在塊體與地基之間設置砂墊層或瀝青油氈層，允許塊體自由變形，避免開裂。合理分塊，縮小約束范圍，減輕約束作用，使收縮自由。分塊的方法有設伸縮縫，施工縫，后澆帶。當澆筑地平面尺寸控制在15m×15m左右時，溫度應力比較小。②減少內部約束。內部約束主要是內外溫差過大造成的，解決的方法是加強保溫養護，控制內外溫差、降溫速率，保證濕度。保溫法養護有覆蓋法，暖棚法，蓄水法。

綜上所述，控制大體積混凝土裂縫的方法很多，而且各種方法之間是相互關聯，相互制約的。要想避免大體積混凝土的質量問題應該進行綜合治理。

1、設計方面

⑴、合理的平面和立面設計，避免截面的突變，從而減少約束力；

⑵、合理布置分布鋼筋，盡量采用小直徑、密間距；變截面處加強分布筋；

⑶、采用滑動層來減少基礎的約束。

2、材料方面

⑴、科學地選用材料配比，用較低的水灰比、水和水泥用量；

⑵、嚴格控制砂石骨料的含泥量；

⑶、宜采用后期強度作為配合比、強度評定的依據。基礎混凝土可采用齡期為60d（56d）、90d 的強度等級；柱、墻混凝土強度等級不小于C80時，可采用齡期為60d（56d）的強度等級；采用混凝土后期強度應經設計單位認可。

3、施工方面

⑴、用保溫隔熱法對大體積混凝土進行養護；

⑵、控制水化熱的溫升，混凝土中心與外表的最大溫差不宜高于25℃，總降溫差小于30℃；

⑶、采用分層澆筑利于散熱，有全面分層、分段分層、斜面分層；

⑷、控制降溫速度，使之小于1.5℃/d；

⑸、用草袋和塑料薄膜進行保溫和保濕；

⑹、混凝土澆筑采用跳倉法施工，施工縫處留企口縫；

⑺、采用后澆帶施工減少溫度收縮；

⑻、宜用兩次振搗工藝，以提高混凝土密實度和抗拉強度，對大面積的板面要進行拍打振實，去除浮漿，實行兩次抹面，以減少表面收縮裂縫。

四、結束語

總而言之，大體積混凝土裂縫的控制，要注意混凝土配合比設計及原材料的選擇，通過合理的配合比優化，不僅可以使得混凝土的收縮變形引起的裂縫得到有效降低，還可以有效地降低混凝土內部的施工溫度，從而有效地預防了溫度裂縫的產生。在施工階段，從原材料控制、施工方案的設計、澆筑、振搗等方面提出了控制方法。

參考文獻：

[1]王鐵夢.工程結構裂縫控制[M].北京：中國建筑工業出版社，1997.

[2]大體積混凝土施工規范（GB50496-2009）[S].北京：中國計劃出版社，2009.