大體積混凝土裂縫控制研究

王東東

（三門峽職業技術學院，472000）

大體積混凝土裂縫控制研究

王東東

（三門峽職業技術學院，472000）

隨著混凝土的廣泛應用和建筑規模的擴大化，混凝土凝結固化時產生的水化熱是大體積混凝土產生裂縫的主要原因之一，所以大體積混凝土裂縫控制是現澆工程中重要內容之一，主要包括：溫度裂縫的成因分析、裂縫控制措施。本文將對大體積混凝土裂縫產生的原因及防治措施進行研究，希望能為施工提供幫助。

大體積混凝土；水化熱；裂縫控制

0 概述

我國《大體積混凝土施工規范》GB50496-2009規定：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變化和收縮而導致有害裂縫產生的混凝土，稱之為大體積混凝土。

現代建筑由于地價及建筑規模的擴大化，大量建筑涉及到大體積混凝土施工，如高層建筑基礎、大型設備基礎、水利大壩等。它們主要的特點就是體積大，一般實體最小尺寸大于或等于1m，但是，其表面系數比較小，水泥水化熱釋集中混凝土內容，造成內部升溫比較快。根據相關實驗數據，水泥的水化熱大致在200-400kj/kg，由于混凝土屬于絕熱材料，故水化熱可導致混凝土溫度上升30-40℃，在加上自身原有的溫度，混凝土中最高溫度可達60-70℃，造成混凝土內部拉應力增加，當其超過混凝土抗拉強度時，會使混凝土產生溫度裂縫，影響結構安全和正常使用。所以必須從根本上分析它，來保證施工的質量。

1 大體積混凝土產生裂縫的原因

1.1 水泥在凝結硬化屬于放熱的化學反應。大體積混凝土構件一般斷面較大，水化產生的熱量集聚在結構物內不易散失。通過試驗，水泥的水化熱大致在200-400kj/kg，在建筑工程中易造成構件升溫達20-30℃，有時更高。

由于混凝土屬于絕熱材料，其導熱性較差，而澆筑初期的混凝土其強度和彈性模量都很低，對水化熱造成的升溫影響不大，相應的溫度應力也較小。隨著混凝土齡期的增長，強度和彈性模量的升高，對砼降溫收縮的影響越來越大，以致混凝土內部產生很大的拉應力。當產生的拉應力超過混凝土的抗拉輕度時，便開始出現溫度裂縫。

1.2 施工質量問題

在施工之前，沒有做好好充分的準備工作，包括：對材料（砂、石）的含泥量控制不合格、場地的灑水處理、施工場地的清理沒有做到位，在施工過程中，沒有嚴格按照標準進行澆筑，振搗的不密實，在施工結束后，沒有注意養護工作，都會造成裂縫的產生

1.3 外界溫度的變化

在大體積混凝土施工階段，外界溫度對其影響是非常明顯的。如外界的溫度越高，混凝土的澆筑溫度也越高；而外界氣溫下降，又增加混凝土的表面降溫速度，造成混凝土外部和內部的溫差增大，這都會造成裂縫的產生。所以，合理的溫度控制，對防止混凝土產生過大的溫差，從而防止出現溫度裂縫是非常重要的。

1.4 混凝土的收縮變形

混凝土中除23%的水分是水化必須外，其余77%的水分都要蒸發。多余水分的散失會導致混凝土體積出現干縮，可造成混凝土的開裂，并隨時間的增長而發展。混凝土的收縮機理比較復雜，其最主要原因，可能是內部孔隙水變化時引起的毛細管引力[1]。收縮是可逆現象，即如果混凝土干縮后，再吸水飽和，還可能恢復到原有的體積。但這種干濕循環引起的混凝土體積的循環變化對混凝土是不利的。

2 大體積混凝土裂縫控制措施

根據上述分析，大體積混凝土產生裂縫的主要原因是溫度、施工環境和施工組織不良所造成的，所以針對大體積混凝土的裂縫控制主要從溫度的控制、良好的施工組織來進行。

2.1 溫度控制

2.1.1 材料的合理選擇

為降低混凝土內部的水化熱，宜優先選用水化熱低的水泥。在水泥的選擇上，應該選擇中、低熱的硅酸鹽水泥、礦渣硅酸鹽水泥、火山或硅酸鹽水泥等，這樣的水泥在水化熱反映中所釋放的熱量相對較低[2]。并想方設法的降低水泥的用量，同時，應選擇添加減水劑，從而減少水的用量，減少水分蒸發引起的干縮。

砂石的含泥量對混凝土的干縮和抗拉輕度都有直接的影響，含泥量過大會降低混凝土的抗拉強度，會引起構件的嚴重開裂，故應嚴格控制砂石的含泥量，一般工程中，砂的含泥量應不大于2%，石的含泥量不大于1%。

2.1.2 調整混凝土骨料級配和粒徑

盡可能增大骨料的最大粒徑，因為，粒徑越大，骨料的孔隙度和表面積就越小，混凝土所用的水泥量就越小。同時，石塊本身有吸收熱量的能力，可使產生的水化熱進一步減少。但須注意的是如果粗骨料的粒徑過大，會對混凝土澆筑工藝產生影響，所以，規范規定：粗骨料的最大粒徑不得超過構件截面最小尺寸的1/4，也不得大于鋼筋最小凈距的 3/4.假如采用泵送混凝土施工，其骨料最大粒徑不得超過泵管管徑的1/3.同時，混凝土的級配應選擇連續級配，連續級配的骨料可增加混凝土的密實性，從而提高混凝土的抗拉強度，減少收縮。

2.1.3 摻加料、外加劑的合理選擇

除上述所說的減少劑外，在施工過程中，還可以往混凝土拌合料中添加粉煤灰、膨脹劑。

粉煤灰水化熱遠小于水泥，7天約為水泥的1/3，28天約為水泥的1/2[3]。且大體積混凝土對強度通常要求較低，可用粉煤灰代替一部分水泥用量，這可減少水泥用量，從而達到減少水化熱，同時，還可減少混凝土的體積干縮，有利于防止開裂。粉煤灰對堿集料反應有抑制作用從而防止因此而發生的開裂；膨脹劑可是混凝土在硬化時產生微膨脹，可來補償混凝土的收縮，可延遲混凝土收縮過程，使混凝土有充分的時間來增強其抗壓和抗拉強度，來抵抗收縮應力的作用，同時，膨脹節可提高抗滲性和改善泌水性。

2.1.4 降低混凝土入模溫度

1）可在骨料堆放區和混凝土運輸車上設置遮陽棚，以降低太陽輻射所造成的溫度升高。

2）在拌制混凝土時可采用冰水攪拌；在砂、石骨料倉四周鋪設水管，用水管噴水霧降低砂、石骨料溫度。

3）在地斗上料口輸送帶面加裝水管噴水霧降溫。

4）使用大型水泥庫儲存水泥，避免水泥即進即用，防止水泥溫度過高。

5）在水泥罐泵管表面設冷卻水管，盡量降低水泥溫度。

6）水泥及摻合料輸送泵管、缸體外表面保持淋水降溫；對水泥及摻合料盡量貯存時間長點再使用，以便更有效地降低水泥及摻合料溫度。

2.2 良好的施工組織

2.2.1 配合比的設計

混凝土配合比設計時，在保證混凝土具有良好性的情況下，盡可能的降低混凝土的單位用水量，采用“三低(低砂率、低坍落度、低水膠比)二摻(摻高效減水劑和高性能引氣劑)一高(高粉煤灰摻量)”的設計準則，生產出“高強、高韌性、中彈、低熱和高極拉值”的抗裂混凝土[4]。減少水泥用量即可減少產生的水化熱，又可降低工程造價。設計混凝土配合比時，應注意下面幾點：

1)選擇合理的水泥品牌和標號

2)為改善和易性，應考慮摻入摻加料和外加劑

3)選擇連續級配的粗細骨料且選用粒徑較大的骨料用量。

2.2.2 混凝土的澆筑與振搗

1）為有效降低大體積混凝土的內外溫差，在大體積混凝土施工中經常采用分塊澆筑。分塊澆筑又可分為分段調倉澆筑法和分層澆筑法兩種[5]。分層澆筑法目前有全面分層法、分段分層法和斜面分層法，見圖1。

圖1 混凝土澆筑方法

a.全面分層。在整個基礎內全面分層澆筑混凝土，要求第一層全面澆筑完畢澆筑第二層時，第一層澆筑的混凝土還未初凝，如此逐層進行，直至澆筑好。這種方案適用于結構的平面尺寸不太大，施工時從短邊開始，沿長邊進行較適宜。

b.分段分層。適宜于厚度不太大而面積或長度較大的結構。混凝土從底層開始澆筑，進行一定距離后澆筑第二層，如此依次向前澆筑以上各分層。

c.斜面分層。適用于結構的長度超過厚度的3倍，振搗工作應從澆筑層的下端開始，逐漸上移，以保證混凝土施工質量。

2）對澆筑的混凝土采用二次振搗的形式，可提高混凝土與鋼筋的粘結應力，防止混凝土因沉落而出現的裂縫，減少內部裂縫，爭強混凝土的密實性，進而提高抗裂性。而二次振搗的時間是指混凝土振搗后還能恢復到塑性狀態的時間，所以，在確定振搗時間時，應考慮技術上的合理，同時也要滿足施工的操作時間，避免出現“冷接頭”的質量問題。

2.2.3 設置后澆帶

目前，世界上大多數國家均采用設置后澆帶的方法控制裂縫。新澆混凝土在硬化過程中會收縮。混凝土的大部分硬化收縮將在施工后的前1～2個月完成，而溫度變化對構件的作用則是長期的。當其收縮受到約束時，在結構內部就會產生溫度應力，應力超過混凝土抗拉強度時，構件就會產生裂縫。在施工中后澆帶設置的位置，是在過長的建筑物中，每隔30～40m設寬度為700～1000mm的縫，縫內鋼筋采用直通加彎或搭接做法，鋼筋可斷開，也可不斷，前者施工麻煩。留出后澆帶后，施工過程中混凝土可以自由收縮，從而大大減少了收縮應力。混凝土的抗拉強度可以大部分用來抵抗溫度應力，提高結構抵抗溫度變化的能力。后澆帶留置時間一般不少于一個月，在此期間，收縮變形可完成 30%～40%。后澆帶的澆筑時間宜選擇氣溫較低（但應為0℃以上）時，后澆帶混凝土采用比縫兩側混凝土設計強度等級提高一級的微膨脹混凝土澆灌并振搗密實，且加強養護，其養護時間不得少于28天，防止新老混凝土之間出現裂縫，形成薄弱部位。

2.2.4 加強混凝土的保濕保溫養護

早期保濕養護不足對混凝土的強度發展和耐久性都是不利的。所以，在混凝土澆筑完畢后，必須在12小時之內對其進行保濕養護，不斷在其表面進行補水，保證水分的充足。補水的方式有很多，如淋水、鋪設濕麻袋、濕砂層或草簾子，最好采用塑料薄膜養護，這樣既可滲入，有能起到保濕作用。當然，保濕養護的時間越長越好，但考慮到施工的影響，一般不應少于15天，重要構件不得少于一個月。

保溫養護是指在澆筑的混凝土表面或四周模板外覆蓋保溫材料（如濕砂、草袋、鋸末、塑料薄膜、棉被等）進行養護，以減緩混凝土表面降溫速度。在大體積混凝土施工中，采用保溫養護應注意材料的覆蓋時間，在溫度較高夏季，對剛澆筑好的混凝土不能立即包裹保溫材料，其原因是覆蓋后降低不利于混凝土內部的最高溫度，增加了后期開裂的可能。若溫度較低使，對剛澆筑的混凝土應立即進行覆蓋養護，保溫養護適宜的施工溫度在10～30℃，這樣可取的最好的經濟效益。在保濕保溫養護時，養護工作應符合下列規定：

1）保溫養護措施應使混凝土澆筑塊體的內外溫差及降溫速度滿足溫控指標的要求；

2）保溫養護的持續時間應根據溫度應力(包括混凝土收縮產生的應力)加以控制，但不得少于15天，保溫層的拆除應分層逐步進行；

3）在保溫養護過程中，應在混凝土表面先覆蓋一層薄膜，保證水分不散失，并在薄膜下灑水保持混凝土表面的濕度。

3 總結

本文初步探討了大體積混凝土在施工中裂縫的成因，并繼而從材料的選擇、骨料的質量要求、外加劑和摻加料的選用、入模溫度的控制、配合比的選擇、混凝土澆筑、振搗和養護方面對大體積混凝土的裂縫控制進行了研究。根據以上內容，對大體積混凝土的裂縫控制進行了總結并提出了一下建議，希望對其他同行在施工時有參考作用。

[1]許文忠.大體積混凝土基礎溫度裂縫控制施工技術研究.上海：同濟大學土木工程學院橋梁工程系.2007：8-9

[2] 楊亞斌.基礎大體積混凝土裂縫控制.建筑·技術，2014（06）.

[3] 史風香.大體積混凝土裂縫控制研究.武漢：武漢理工大學土木工程與建筑學院.2003：13-14

[4]王良榮.大體積混凝土裂縫產生的原因與防治技術措施.施工技術.2014（05）

[5] 楊俊華.胡杰.大體積混凝土裂縫控制技術初探.淮海工學院學報2002（06）.

TU75

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1007-6344（2015）08-0269-02