大體積混凝土施工裂縫處理方法分析

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摘要：大體積混凝土裂縫控制和處理是建筑工程施工中的重要內容之一。本文說明了大體積混凝土概念，列出了大體積混凝土裂縫控制考慮因素，闡述了大體積混凝土裂縫控制方法，分析了基礎大體積混凝土測溫點設置和柱墻梁大體積混凝土測溫點的設置，說明了大體積混凝土施工及養護過程的溫度控制，期望能給人們這方面有價值的參考。

關鍵詞：混凝土工程；大體積混凝土；裂縫控制；溫度控制；測溫

0 引言

隨著我國經濟的不斷增長，建筑施工項目的數量也在增加，大體積混凝土裂縫控制的重要性隨之提高。但是在一些工程中，施工人員因不按照規范來進行大體積混凝土的施工，導致了施工過程中出現了質量問題，影響了建筑施工的質量和安全，如何根據施工規范來提高大體積混凝土的施工質量成為了施工人員需要解決的問題。下面就此進行討論分析。

1 大體積混凝土概念

1.1 原有國家標準的概念

大體積混凝土被定義為“混凝土結構物實體最小幾何尺寸不小于1m的大體量混凝土，或預計會因混凝土中膠凝材料水化引起的溫度縮小和改變造成有害裂縫產生的混凝土。”這從幾何尺寸大于或等于1米的指標角度看不是很正確。

1.2 施工規范大體積混凝土的概念

大體積混凝土可視為體量大或預計會由于膠凝材料水化引至混凝土里外溫度差太大而造成裂縫的混凝土。

大體積混凝土包含梁、柱、墻、厚板、基礎底板等，不過過程里面，每個人都會運用適合自己的方法，希望通過相應條款的引導，基本達到不同的大體積混凝土采取不同的溫度控制方法的目的。

2 大體積混凝土裂縫控制考慮因素

2.1 裂縫控制影響因素

配合比、混凝土過程控制、養護、原材料、環境、邊界條件等跟大體積混凝土澆筑裂縫控制關系密切，有效控制各方面因素，是大體積混凝土裂縫控制的關鍵。

2.2 結構后期強度選擇

在滿足施工期間結構強度發展需要的前提下，對基礎大體積混凝土和高強度等級混凝土的結構構件，施工規范提出了可以采用60d（56d）或更長齡期的混凝土強度，這樣有利于通過提高礦物摻和料用量并降低水泥用量達到降低混凝土水化溫升、控制裂縫的目的。《混凝土結構設計規范》GB50010—2010的相關規定也提出設計單位可以采用大于28d的齡期確定混凝土強度等級，此時設計規定齡期可以作為結構評定和驗收的依據。

在國外隨著混凝土施工技術的發展，對于高強度等級的柱、墻混凝土已經較多地采用了混凝土后期強度，以減少混凝土水泥用量。施工規范對強度等級不小于C80的柱、墻混凝土規定了可以采用后期強度進行配合比設計，并可作為強度評定以及驗收的依據，這在國家標準中是第1次出現。關于后期強度的齡期，國內通常采用60d或90d齡期，而國外工程或國內工程國外設計的通常會采用56d齡期，為了兼顧所以一并列出。具體內容參見施工規范8.7.1條的規定。

2.3 配合比設計考慮因素

在采用中、低水化熱水泥的基礎上，通過摻加粉煤灰、礦渣粉均可大幅減少水泥用量，從而對裂縫控制起到良好作用。在沒有條件摻加礦渣粉的地區，混凝土配合比通常采用單摻配制技術，水泥用量往往較高，混凝土溫升往往較大，近年來我國大多數地區已經具備了摻加粉煤灰和礦渣粉的雙摻技術條件，大體積混凝土澆筑內部溫升已顯著減小。所以大體積混凝土采用雙摻技術減小水泥用量，是大體積混凝土溫度控制的最有效途徑。在混凝土配合比中，減水劑起到了非常重要的作用，外加劑的選擇對混凝土的裂縫控制以及耐久性起到了關鍵作用。具體內容參見施工規范8.7.2條的規定。

2.4 裂縫控制環境因素

入模溫度控制對于混凝土裂縫控制顯得非常重要，因為入模溫度是溫升基礎，入模溫度越低，混凝土內部最高溫度就越低，入模溫度越高，混凝土內部最高溫度就越高，控制混凝土的入模溫度應該從攪拌站開始，降低原材料的溫度可以減少混凝土的入模溫度。在高溫季節澆筑大體積混凝土時，通過控制原材料的溫度降低混凝土入模溫度顯得尤為重要。在國外一般對入模溫度控制較為嚴格，有的工程為了減少混凝土入模溫度采用了用冰水拌制混凝土的方法，但在國內一般都不具備采用冰水拌制混凝土的條件，所以采用較常規的減少原材料溫度的方法就成為減少混凝土入模溫度的主要措施。對于入模溫度的控制應該靈活掌握，對混凝土最大溫升相對較低的工程，其入模溫度可以相對高一些，小幅突破30℃也不會有問題，但對于混凝土最大溫升相對較高的工程，其混凝土入模溫度就應該控制得嚴一點。

3 大體積混凝土裂縫控制方法

3.1 裂縫控制基本方法

通過配合比的合理設計減少混凝土收縮是大體積混凝土裂縫控制的主要技術方法。減少混凝土收縮的技術措施包括混凝土組成材料的選擇、配合比設計、澆筑方法以及養護條件等。近年來高性能減水劑發展迅速，其中，聚羧酸類高效減水劑的發展，不但可以有效減少混凝土水泥用量，還可以大幅減少混凝土收縮，這一新技術的采用已經成為混凝土裂縫控制的發展方向，成為工程實踐中裂縫控制的有效技術途徑。

3.2 減少收縮是否要加微膨脹劑

目前國內絕大數的大體積混凝土施工沒有采用摻加微膨脹劑的解決方法，只有小部分工程摻加，從大量未摻加微膨脹劑的大體積混凝土工程來看，裂縫控制良好，證明了不摻加微膨脹劑可以達到大體積混凝土裂縫控制的目的。國內體量大、控制難度大的一些大體積混凝土施工同樣沒有采用摻微膨脹劑的方法，裂縫控制均沒有采用摻加微膨脹劑的方法，充分說明了超大體積混凝土不摻加微膨脹劑可以很好地解決裂縫控制問題。

通過混凝土工程的研究和實踐，已經證明了采用新一代的聚羧酸類外加劑配制的混凝土，在強度等級相同的條件下，其混凝土收縮量將會比采用奈系類外加劑配制的混凝土大大減少，可以滿足GB50010—2010提出的采用低收縮混凝土材料的要求。此技術的施工操作相對簡單，是解決基礎大體積混凝土裂縫控制問題的方向，對于基礎以外的其他大體積混凝土結構也同樣適用。

3.3 裂縫控制溫控信息化施工

大體積混凝土裂縫控制采用測溫是最主要的裂縫控制手段，是進行溫控信息化施工的關鍵。在《混凝土結構工程施工及驗收規范》GB50204—92中，關于大體積混凝土測溫點的布置沒有明確規定，在實際工程中存在許多問題。施工規范通過對大量的工程實踐進行系統的總結，形成了關于測溫點設置的相關條文。大體積混凝土裂縫控制主要是對相應點位的溫差進行控制，相應點位的溫度通過測溫方法獲得。

4 基礎大體積混凝土測溫點設置

4.1 代表性測溫剖面選擇

對于需要采用測溫方法來進行大體積混凝土裂縫控制的工程，施工規范要求選擇具有代表性的兩個豎向剖面設測溫點進行測溫，其主要原因是為了便于進行相應豎向剖面測溫點溫度變化的比較。施工規范規定了測溫豎向剖面宜通過中部區域，是為了反映基礎大體積混凝土中的最高溫升情況。由于不同的基礎工程其形狀各異，對于不規整的基礎平面有時也難以精確確定基礎平面的中心點，在這種情況下應該尋找基礎平面兼顧厚度變化的中部區域作為豎向剖面通過的位置，在豎向剖面上的測溫點應該具有代表性和可比性。豎向測溫剖面可以是基礎的整個剖面，也可以根據對稱性選擇半個剖面。對于絕大多數的基礎工程通常都會有相應的對稱關系，選擇半個剖面一般都能夠反映整個剖面測溫點溫度的變化情況。對于整個工程選擇兩個半剖面進行測溫既可以做到具有代表性，又可以達到節約經費的目的。

4.2 測溫點設置要求

施工規范規定豎向測溫剖面的周邊及以內部位應設置測溫點，周邊測溫點是指周邊表面以內40～100mm位置處的測溫點；豎向剖面上的周邊及以內部位測溫點上下、左右對齊是為了方便相鄰兩處測溫點溫度的比較，測溫點間距不應小于0.4m，是為了合理反映兩點之間的溫差。圖1以矩形基礎為范例，根據對稱性以及最長邊選擇了兩個具有代表性的基礎半個豎向剖面進行測溫點設置，說明了測溫點布置的一般方法。具體內容參見施工規范8.7.4條的規定。

由于在覆蓋養護或帶模養護階段可以通過保溫覆蓋層底部的測溫點或通過模板內側表面的測溫點來監測混凝土表面溫度，用于反映混凝土溫差變化情況；而在拆除覆蓋養護層或拆除模板后，因無法測得混凝土表面溫度，所以施工規范采用了在基礎承臺表面以內40～100mm位置設置測溫點來代替混凝土表面溫度測溫點。環境測溫點的溫度與混凝土表面以內40～100mm位置的溫度差值是決定覆蓋養護結束的依據。環境溫度測溫點應距離基礎周邊一定距離，以保證不受基礎溫升影響。

施工規范明確了對基礎厚度≤1.6m的工程，在裂縫控制技術措施完善的情況下可不進行測溫的規定，這是因為厚度≤1.6m的基礎底板，溫升很容易根據絕熱溫升計算進行預估，通常可以根據工程施工經驗來采取技術措施進行溫差控制。具體內容參見施工規范8.7.4條的規定。

5 柱墻梁大體積混凝土測溫點的設置

5.1 對柱、墻、梁大體積混凝土的認識

GB50496—2009中定義，只要實體最小幾何尺寸≥1m的結構物就是大體積混凝土，從這個定義來看有把大體積混凝土概念擴大化的趨勢。對于有些較大的工程，有可能整個工程的柱斷面都>1m，而使得整個工程的柱結構都為大體積混凝土施工，這在操作上顯然存在問題，會造成相應的資源浪費。事實上對于柱、墻、梁結構工程，雖然有可能斷面較大，但其縱向長度一般不會太長，其裂縫控制與長度或寬度較長的基礎大體積混凝土有很大區別，這一點也為工程事實所證明。因為基礎大體積混凝土所具有的較大邊長，對于柱、墻、梁結構來說是不存在的，其裂縫控制所要考慮的因素相對較少，控制也較方便，所以對柱、墻、梁大體積混凝土施工還是應該區別對待。

5.2 代表性測溫剖面及測溫點位的設置

為了避免大體積混凝土概念擴大化，施工規范在編制時進行了認真研究，把大體積混凝土按基礎大體積混凝土和柱、墻、梁大體積混凝土分開考慮，按兩條規定分別做出測溫的相應規定。經過研究施工規范，做了柱、墻、梁結構實體最小尺寸>2m，且混凝土強度等級≥C60時應進行測溫的規定。測溫點設置在沿縱向的兩個橫向剖面中，測溫點上下、左右對齊。每個橫向剖面中的中部區域以及周邊應設置測溫點，測溫點不應少于2點，間距不應小于0.4m；豎向剖面周邊的測溫點宜設置在距澆筑體表面內40～100mm。模板內側表面測溫點設置不應少于2點，環境測溫點設置不應少于1點。對于需要進行測溫的工程，通常可以根據第1次測溫分析結果完善混凝土裂縫控制施工方案，并制定溫差控制技術措施，作為后續工程施工的依據，在這種情況下，施工規范做了在后續工程中可不繼續進行測溫的規定。具體內容參見施工規范8.7.5條的規定。

6 大體積混凝土測溫及其測溫頻率要求

6.1 對混凝土入模溫度的認識

從入模溫度的字面涵義來看，應該是入模后測得的溫度，對于體量較小的混凝土，由于入模后混凝土流淌距離較短，入模后受環境因素影響也較小，很快會被后續澆筑的混凝土覆蓋，這時測得的入模溫度是具有代表性的，也較為準確。但從體量較大的基礎大體積混凝土來看，由于入模后混凝土還會流淌較遠的距離，在流淌過程中也會受到環境因素的影響，從而使混凝土溫度有所變化，冬天混凝土在基礎內流淌后溫度會有不同程度下降，夏天混凝土在基礎內流淌后溫度會有不同程度上升，在這種情況下，混凝土要流淌一段距離以后才會被其后澆筑的混凝土覆蓋，而一些較大的工程中混凝土流淌往往經歷較長時間，這時環境溫度會對其產生較大影響，使初始測得入模溫度并不能代表真正意義上的入模溫度，所以施工規范做了宜根據每個測溫點被混凝土初次覆蓋時測得的溫度來代表各測點部位混凝土入模溫度的規定，采用這一方法主要考慮到操作方便，測溫數據從入模溫度到混凝土最后溫升達到峰值整個溫度變化過程的連續性。

6.2 測溫要求

大體積混凝土澆筑首先要測定混凝土的入模溫度，在通常情況下混凝土的入模溫度加上混凝土的溫升就是大體積混凝土的最高溫度。施工規范對混凝土測溫開始的時間以及混凝土測溫結束的時間做了明確的規定，混凝土各測溫點測到的初始溫度就是各點位的環境溫度，隨著測溫點被所澆筑的混凝土覆蓋，這時測溫點反映的是混凝土入模溫度，測得入模溫度以后的溫度變化值即為混凝土溫升后的溫度數值，而溫升后測得的最大溫度值減去入模溫度即為混凝土最大溫升數值；雖然混凝土裂縫控制要求在相應測點溫差≤25℃時可以停止覆蓋養護，但考慮到天氣變化對溫差可能產生的影響，測溫還應持續一段時間，所以施工規范規定了當溫差<20℃時，才可停止測溫。測溫過程要按照測溫頻率要求及時提供每次測溫結果，測溫結果應該分析后形成報告，測溫報告應包含各測溫點的溫度數據、相應點位的計算溫差數據、代表點位的溫度變化曲線，并對溫度變化趨勢進行分析，必要時還應對溫控提出建議措施。具體內容參見施工規范8.7.6條的規定。

6.3 測溫頻率要求

由于大體積混凝土溫升通常在第2～4天達到峰值，所以施工規范對第1～4天時段的大體積混凝土測溫頻率做了≥1次/4h的規定。由于在1d之內晚間和白天環境溫度有可能存在較大的變化，所以施工規范對第7天至測溫結束時段的大體積混凝土測溫頻率做了≥1次/12h的規定。具體內容參見施工規范8.7.7條的規定。

7 大體積混凝土施工及養護過程的溫度控制

7.1 溫度控制規定

施工規范規定了大體積混凝土施工及養護過程中的溫度控制指標，做了入模溫度不宜大于30℃，最大溫升值不宜大于50℃，降溫速率不宜大于2.0℃/d的規定，從以往大量的工程實踐測溫數據來看，這些控制指標是相對偏于安全的。在溫差控制方面，施工規范規定了覆蓋養護或帶模養護階段，混凝土澆筑體表面以內40～100mm位置處的溫度與混凝土澆筑體表面溫度差值不應大于25℃；結束覆蓋養護或拆模后，混凝土澆筑體表面以內40～100mm位置處的溫度與環境溫度差值不應大于25℃；混凝土澆筑體內部相鄰兩測溫點的溫度差值不應大于25℃。施工規范與GB50496—2009相比，同樣是溫差25℃控制要求，區別在于施工規范采納的是“應”，而GB50496—2009是“宜”。結合施工規范測溫點布置要求來看，測溫點布置更加具體化，對測溫點最小間距做了規定，在這些條件下施工規范采納了溫差不應大于25℃的規定。具體內容參見施工規范8.7.3條的規定。

7.2 混凝土最大溫升計算分析

大體積混凝土澆筑前，通過計算分析估算混凝土最大溫升是進行裂縫控制的基本工作，計算分析并結合以往工程經驗進行溫控是大體積混凝土裂縫控制的關鍵。為了對最大溫升進行控制，可按GB50496—2009進行絕熱溫升計算，絕熱溫升即為預估的混凝土最大溫升，絕熱溫升計算值加上預估的入模溫度即為預估的混凝土內部最高溫度。對于混凝土最大溫升應該靈活掌握，當混凝土入模溫度較低時，其最大溫升可以略高一些，小幅突破50℃也不會有問題，但對于入模溫度相對較高的混凝土，應該對混凝土最大溫升進行控制。

7.3 混凝土溫差計算分析方法

溫差控制是避免混凝土裂縫的關鍵，溫差控制主要通過混凝土裸露表面保溫覆蓋養護或通過帶模養護過程進行。通過測溫進行信息化施工控制，并根據混凝土溫控指標要求指導保溫覆蓋層或模板拆除時間是大體積混凝土施工必不可少的技術手段。施工規范所述的混凝土澆筑體表面溫度是指保溫覆蓋層與混凝土交界面或模板內側表面與混凝土澆筑體之間測得的溫度，表面溫度在有覆蓋養護層或模板未拆除時用于溫差計算，環境溫度在拆除覆蓋養護層或模板時用于溫差計算。對于大體積混凝土來說，溫差計算有3種類型：（1）覆蓋保溫養護或帶模保溫養護的情況下混凝土澆筑體周邊表面以內40～100mm位置測溫點與混凝土澆筑體表面溫度的差值計算；（2）拆除覆蓋保溫層或模板的情況下混凝土澆筑體周邊表面以內40～100mm位置測溫點與環境溫度的差值計算；（3）混凝土澆筑體內部相鄰測溫點的差值計算。同時應該控制降溫速率，降溫速率可由現場同一測溫點通過每次測溫數據經差值計算獲得。

7.4 大體積混凝土抹面處理要求

在混凝土覆蓋養護開始之前，為避免混凝土澆筑后裸露表面產生塑性收縮裂縫，在初凝、終凝前進行抹面處理是非常關鍵的，而對于大體積混凝土由于更易產生表面收縮裂縫，所以抹面次數應該在常規要求的基礎上適當增加。從大量的大體積混凝土施工案例來看，裸露表面收縮裂縫還是較為普遍的，雖然這些表面收縮裂縫并不會影響工程質量，但還是應該采取措施控制。具體內容參見施工規范8.3.7，8.3.16條的規定。

7.5 表面覆蓋養護要求

在混凝土抹面處理以后應該及時覆蓋保溫層進行養護，混凝土終凝后至養護開始的時間間隔應盡可能縮短。對于較為干燥的天氣，為了使覆蓋保溫層的塑料薄膜與混凝土澆筑體表面具有充足的水分，可以在塑料薄膜覆蓋以前采用適宜溫度的水對覆蓋面進行噴霧處理。大體積混凝土在覆蓋保溫養護階段，也可以對最下一層塑料薄膜下的水分進行檢查，在缺失水分的情況下，也可以采用適宜溫度的水對覆蓋面進行噴霧處理。具體內容參見施工規范8.5.6條的規定。

7.6 溫差控制技術措施

對于大體積混凝土來說，裂縫控制的關鍵是相應點位的溫差控制。在大體積混凝土澆筑后的4d內，由于混凝土的強度較低，混凝土的抗拉強度難以抵抗過大溫差導致的裂縫，所以覆蓋保溫養護或帶模保溫養護的前期混凝土澆筑體表面以內40～100mm位置測溫點與混凝土澆筑體表面溫度的差值控制就顯得非常重要，覆蓋保溫層的厚度以及模板外側是否要加掛保溫覆蓋層就是根據25℃溫差來確定的。

在大體積混凝土覆蓋養護或帶模保溫養護的后期，由于混凝土內部溫升較高，混凝土強度發展較快，通常情況下混凝土養護7d后強度可達設計強度等級的70%～80%，有的甚至更高，此時混凝土的抗裂性能大大提高，抵御裂縫開展的能力大大加強。按常規觀點，在混凝土抗裂性能大大提高的前提下，混凝土25℃溫差控制在此時可適當放寬，但由于缺乏系統的數據作為溫差放寬限制的依據，施工規范25℃溫差控制值在養護后期并未根據齡期發展做相應的增加，這可作為今后大體積混凝土溫差控制限值進一步研究的內容。有許多工程由于前期溫差控制不力，而導致混凝土澆筑體表面過多的塑性收縮裂縫，雖然淺表的塑性收縮裂縫無害，但在施工過程中還應嚴格控制。

8 結語

綜上所述，在施工的過程當中，許多大體積混凝土工程的施工相關規定和普通混凝土施工的要求規定是基本一致的，我們要明確大體積混凝土的施工概念，熟悉掌握相關的施工技術，不斷總結施工經驗，結合實際的情況來進行施工，做好施工質量管理工作，為施工質量的提高打下基礎。

參考文獻：

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