對大體積混凝土裂縫控制的研究

劉宏偉 姜鷗

摘 要：現代建筑中時常涉及到大體積混凝土施工，如高層樓房基礎、大型設備基礎、水利大壩等。這些部位整體性質量要求高，質量的好壞直接影響到結構的安全使用，因此全面的質量控制就顯得至關重要。工程實踐證明，大體積混凝土施工難度比較大，混凝土產生裂縫及質量通病的機率較多，為了降低經濟損失，我們要減少和控制裂縫及質量通病的出現。

關鍵詞：大體積混凝土；質量控制；裂縫

大體積混凝土按其深度不同可以分為：貫穿性裂縫、深層裂縫、表面裂縫。按照裂縫的成因又分為兩種：一種是由于荷載直接作用，混凝土超過極限拉應力而引起的裂縫，也稱作荷載裂縫或結構性裂縫，另一種是由于變形變化引起的裂縫，如結構由于溫度、收縮和膨脹、不均勻沉降等因素而引起的裂縫，也稱做變形裂縫。

大體積混凝土產生裂縫的原因很多，包括混凝土自身的因素、環境的因素、人為的因素等。混凝土自身的因素包括水泥水化放熱后混凝土降溫過程中產生的溫度裂縫、水泥漿硬化時體積收縮所產生的硬化收縮、混凝土干燥時產生的干縮等；環境的因素包括外界的約束、外界溫度升降使混凝土膨脹或收縮；人為的因素包括設計的不合理、混凝土配合比不當、材料質量不合格、施工質量差等。在這些因素中，比較普遍且影響較大的有：混凝土因水泥水化放熱而升溫降溫、混凝土收縮、外界約束的存在、混凝土配合比的選擇等。

通過對大體積混凝土的深入研究和工程實踐經驗的反饋，控制大體積混凝土開裂應從兩方面入手。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。而混凝土溫度應力取決于其澆筑溫度、水泥水化熱和混凝土表面溫度。即通過優化配合比、選擇水泥品種、改善混凝土養護條件等亦可達到控制大體積混凝土裂縫的目的。因此，防止大體積混凝土出現裂縫應從以下幾個方面加以有效控制。

1 減小混凝土內外溫差

1.1降低水化熱溫升

（1）選用低標號低水化熱水泥

（2）適當降低水泥用量

經驗認為，每1M3混凝土水泥用量減少10KG，混凝土溫升值就會降低10℃。降低水泥用量可以作為控制溫度應力的另一主要手段，且越是厚大體積混凝土其效果越明顯。

1.2降低混凝土入模溫度

研究表明，混凝土的澆筑溫度越高，水泥的水化反應速度越快。一般認為，混凝土澆筑溫度每升高10℃則混凝土內部溫度的峰值將提高3～5℃，大體積混凝土的澆筑溫度最好控制在25℃以下。攪拌后混凝土熱量與攪拌前原材料所含熱量是相等的，要想控制混凝土的出機溫度就要從控制原材料的溫度入手。因為砂石料降溫較困難，因此主要是采取措施降低水溫和水泥溫度。在夏季施工時，加強組織協調，縮短混凝土從出機到入模的時間。將泵送管路用濕麻袋覆蓋，防止日曬升溫。還可在混凝土罐車的轉筒上澆水降溫。

1.3加強保溫，控制混凝土內外溫差

根據以往施工經驗，混凝土中心溫度和表面溫度之差控制在20～30℃以內，一般可以防止有害裂縫的產生。為了防止大體積混凝土表面溫度下降速率太快，條件允許時應該盡量延長拆模時間。拆模以后也要盡快覆蓋保溫層，防止風吹。正常施工時的保溫，混凝土表面鋪設一層塑料薄膜，然后是兩層麻袋，為了防止雨冷擊，麻袋外再設一層薄膜。冬季施工時采用蓄熱法保溫養護，混凝土頂面鋪雙層塑料薄膜，內夾三層草簾；側模采用保溫模板，即模板外側掛三層草簾，外罩篷布或加塑編織布。模板拆除以后，混凝土側表面圍保溫被。

2 減小約束應力的措施

2.1結構段，減小結構長度對約束應力的影響

為了減少出現有害裂縫的機會，施工中建議設計結構段長為15M以內，規范要求為5～15M。經驗得出結論，結構段長在15M以內時出現裂縫的可能性大大減少。

2.2設置施工縫

（1）水平施工縫的設置

在底板上連續澆筑墻體時，其上水平縫嚴格按規范設置。該措施可以避免大斷面約束小斷面情況的出現。

（2）豎向施工縫的設置

施工中采用設置閉合塊的方法，進行分塊澆筑，共設置4個閉合塊，減小了一次澆筑的長度，一方面降低了約束應力，另一方面將水化熱從時間和空間上均分散開來，增加了散熱面積，降低了溫升。

2.3凝土澆筑間歇期

混凝土的彈性約束應力是在降溫過程中由其自身收縮產生的。降溫速度越快，約束應力越大，施工中通過測溫和采取保溫措施調整降溫速率，注意防止寒潮侵襲，充分利用混凝土徐變特性產生的松弛效應，避免裂縫的產生。

3合理選擇施工方案、提高施工質量

3.1編制詳細的施工組織設計

在大體積混凝土工程施工之前，應編制詳細的施工組織設計，通過對施工階段大體積混凝土澆筑塊體的溫度估算，對是否可能出現溫度裂縫進行驗算，確定施工階段大體積混凝土澆筑塊體的升溫降值、內外溫差及降溫速度的控制指標，并制定出相應的措施辦法。

3.2要重視施工前的準備工作

在施工以前，首先要對工人進行必要的技術交底，使之掌握大體積混凝土的施工工藝及技術要點；其次，確保各種設備、工具能立即投入使用，使混凝土溫度控制能夠滿足設計要求。

3.3振搗工藝

澆筑后的混凝土，在振動界限以前，給予二次振搗，能排除混凝土因泌水在粗骨料、水平鋼筋下部生成的水分和孔隙，提高混凝土與鋼筋的握裹力，防止因混凝土沉落而出現的裂縫，以減小內部微裂，增加混凝土密實度，從而可使餛凝土強度提高10～20%左右。根據結構物的大小、鋼筋的疏密程度、混凝土供應條件等具體情況，混凝土澆筑可采用全面分層澆筑和分段分層澆筑及斜面分層澆筑三種。

4 加強對大體積混凝土的保溫和養護

混凝土在澆筑的初期，強度低、抵抗變形能力小，如果遇到不利的外界條件，其表面容易發生有害的冷縮和干縮裂縫。保溫的目的是減小混凝土表面與內部溫差及表面混凝土溫度梯度，防止表面裂縫的發生。無論在常溫還是在負溫下施工，混凝士表面都需覆蓋保溫層。常溫保溫層，可以對混凝土表面因受大氣溫度化或雨水襲擊的溫度影響起到緩沖作用；負溫保溫層則根據工程項目地點、氣溫以及控制混凝土內外溫差等條件進行設計。但負溫保溫層必須設置不透風材料覆蓋層，否則效果不夠理想。保溫層兼有保濕的作用，如果用濕砂層，濕鋸末層或積水保濕效果尤為突出，保濕可以提高混凝土的表面抗裂能力。

參考文獻

[1] 朱伯芳.《大體積混凝土溫度應力及溫度控制》.北京電力出版社，1999

[2] 陳輝.《大體積混凝土溫度裂縫的成因分析及控制措施》.混凝土，2006

[3] 東南大學 同濟大學合編.《混凝土結構設計原理》.中國建筑工業出版社，2006

[4] 中華人民共和國住房和城鄉建設部.《大體積混凝土施工規范GB50496-2009》.中國計劃出版社，2009

[5] 同濟大學材料科學與工程學院編.《大體積混凝土配合比設計、施工與溫度控制全套技術》.同濟大學出版社，2007.6

（作者單位：沈陽市城鄉建設事務服務中心）