承臺大體積混凝土裂縫控制建議技術方案

仲懷寶

（無錫市眾誠砼業有限公司，江蘇 無錫 214124）

1 工程背景

無錫地鐵 3 號線新梅車輛段新設計方案增加上蓋，本車輛段工程劃分為四個區域：檢修庫（C3、C4）、運用庫（C1、C2）、咽喉區（B1、B2、B3）、出入段線（A1、A2、A3），目前工程處于基礎承臺施工階段，采用 C30 大體積混凝土，混凝土的厚度較厚（1.5～2m），混凝土出現開裂風險較高，主要表現在：（1）混凝土的溫降收縮、內外溫差易引起溫度裂縫。（2）混凝土自收縮較大，且由于厚度較大，外界水難以進入混凝土內部進行緩解自收縮。與此同時，自收縮和溫度收縮早期相互疊加，加劇了開裂風險。（3）混凝土暴露面積較大，凝結硬化前存在塑性開裂風險；此外，后期的干燥收縮問題也不容忽視。此外，由于所受水壓較高，開裂后極易發生滲漏問題。

2 總體思路及建議技術方案

2.1 裂縫控制總體思路

（1）采取低溫升、低收縮的高性能混凝土。

（2）根據施工季節、材料性能、施工工藝等，選取合適的澆筑方案。

（3）采取必要的保濕、保溫措施，控制混凝土收縮裂縫。

（4）必要時采取具有降低混凝土溫升的功能材料，以進一步降低混凝土的開裂風險。

2.2 建議技術方案

（1）凝結之前塑性裂縫控制：暴露于環境中的混凝土（混凝土大面積暴露表面），容易因失水導致塑性裂縫。建議：應在抹面之后混凝土表面開始變干時（可通過肉眼觀察，當泌水光澤消失時進行）即開始采取覆蓋、表面噴霧等措施進行養護；或者在凝結前進行二次抹面，使出現的塑性裂縫愈合，其后進行蓄水養護。

（2）配合比優化設計：采取低水膠比、大摻合料技術措施，少摻甚至不摻礦粉，優選具有減縮功能的聚羧酸減水劑，減小水化熱及混凝土自收縮。

（3）摻加功能材料：采用水化熱溫升抑制材料（SBT?-TRI），調控混凝土水化歷程，降低結構混凝土的溫升，同時降低混凝土內外溫差。其技術原理為：通過降低水泥水化進程中加速期的水化放熱速率，延長水泥水化加速期放熱過程，充分利用結構的散熱條件，為結構散熱贏得寶貴的時間，達到大幅度緩解水化集中放熱程度，削弱溫峰和溫降過程，降低溫度開裂風險的目的。圖 1 顯示了水化調控型化學外加劑對水泥水化放熱速率的影響。

圖1 水化溫升抑制劑對水化放熱的影響

（4）做好保溫養護：控制內外溫差≤18℃。可通過控制表面保溫等效散熱系數需不大于 170kJ/(m2·d·℃)或保溫效果等效于 2cm 干棉絮的保溫效果，若條件允許，應盡量采取蓄水（蓄水深度不小于 10cm）保溫養護方式，且控制水溫與混凝土表面溫度之差應不大于15℃。

3 配合比設計及施工工藝措施

為了實現總體方案中的技術要求，從原材料、配合比設計等方面，提出相應指標，以提高結構的抗裂性。

3.1 原材料及控制指標

（1）水泥：宜選用 P·O42.5 普通硅酸鹽水泥，品質應穩定，細度適當，C3A 含量和堿含量不宜過高，保水性好，與外加劑的相容性好；避免使用溫度較高的水泥，防止混凝土溫度與環境溫度差幅過大而形成溫度裂縫。嚴禁使用不合格和過期水泥。

（2）粉煤灰：采用滿足 GB/T 1596—2017《用于水泥和混凝土中的粉煤灰》、Ⅱ 級以上的粉煤灰。粉煤灰應品質穩定、燒失量低。嚴禁在本工程中使用高鈣粉煤灰。

（3）粒化高爐礦渣粉：應符合 GB/T 18046—2017《用于水泥和混凝土中的粒化高爐礦渣粉》的要求，應選用 S95 及以上級別，比表面積不宜大于 450m2/kg。

（4）砂、石：各項指標應滿足國家現行標準 JGJ 52—2006《普通混凝土用砂、石質量標準及檢測方法》。砂應采用級配良好的潔凈中、粗河砂、江砂，細度模數≥2.4。石子應采用 5～31.5mm 連續級配碎石。嚴格控制石子的含泥量不超過 1%，泥塊含量不超過 0.5%；砂子的含泥量不超過 2%，泥塊含量不超過1%，云母含量不大于 1%。建議采用線膨脹系數較低的石灰巖骨料。

（5）減水劑：建議使用收縮率低的高效減水劑，如聚羧酸類減水劑或減縮型聚羧酸減水劑。

（6）水：應盡量采用潔凈的地下水，水的性能指標應符合 JGJ 63—2006《混凝土用水標準》的規定。

（7）水化溫升抑制材料：本工程中混凝土的開裂主要原因為溫降應力，該材料應可有效降低早期的放熱總量，且不影響最終的放熱量。具體指標如下：初凝之后的 24h 水化熱降低率≥30%、7d 水化熱降低率≤15%。水化熱按現行國家標準 GB/T 12959—2008《水泥水化熱測定方法》中直接法進行測試。

3.2 混凝土配合比設計

（1）混凝土配合比設計時，混凝土最低水泥用量不應低于 220kg/m3；在滿足力學和耐久性要求前提下，宜采用較低的水泥用量，以降低結構混凝土溫升和自收縮，條件允許時，宜采用 60d 強度作為強度等級評判標準和設計依據。

（2）摻加礦物摻合料。對于本工程，在滿足力學和耐久性要求前提下，建議少摻甚至不摻礦粉。粉煤灰摻量不宜超過膠凝材料用量的 30%，粉煤灰礦粉雙摻時，摻量不宜超過 40%。

（3）水膠比應不大于 0.45。

4 方案制定依據

4.1 配合比優化依據

摻入礦粉會增大水泥基材料的自收縮（圖 2），隨著礦粉摻量增加自收縮也不斷增加，摻入粉煤灰則會減小水泥基材料的自收縮；使用礦物摻合料的目的之一是降低水泥用量、進而降低水化熱和結構混凝土的溫升，從而降低開裂風險，礦粉在較低摻量（30% 以內），實體監測結果表明，其對結構混凝土溫升速率幾乎無影響，對溫度峰值的調控效果也遠低于同摻量的粉煤灰（圖 3）。

圖2 礦粉摻入對水泥凈漿自收縮的影響

圖3 礦物摻合料摻入對結構混凝土溫升影響

4.2 抗裂性計算結果

夏季施工時（夏季溫度開裂風險最高），開裂方向計算結果如圖 4、5 所示。開裂風險定義為“拉應力和抗拉強度比值”，開裂風險和開裂關系如下：

開裂風險＜0.7：基本不會開裂

開裂風險＞1.0：一定會開裂

開裂風險介于 0.7～1.0 之間：存在較大開裂風險

混凝土中心及底部開裂風險（拉應力和抗拉強度比值）均小于 0.7，表面不采取保溫措施時，開裂風險大于 1.0。

圖4 混凝土開裂風險計算結果

圖5 表面保溫措施對開裂風險的影響

（1）入模溫度控制：入模溫度宜小于 30℃，且不應大于 35℃。混凝土入模溫度控制方法可參照附錄C。

（2）表面保溫措施：控制表面保溫等效散熱系數需不大于 170kJ/(m2·d·℃)，內外溫差小于 18℃，可有效控制表面溫度裂縫。

5 結語

裂縫的產生一直是大體積混凝土施工的難點，經過采取本文建議技術方案，在施工中精心選擇原材料，并采用合理的澆筑方法，能有效的防止裂縫的發生，保證施工質量。