淺談水泥工業大體積混凝土裂縫控制

劉明亮 谷春濤 陳賀義 張慧怡 嚴昭君 張 昊 馬 新

河南建筑材料研究設計院有限責任公司（450002）

1 水泥工業中大體積混凝土的應用

水泥廠施工生產線主要由破碎、輸送、磨機、配料樓、回轉窯、儲存庫、包裝等車間組成。其中磨機、窯墩等均要承擔較重的設備荷載，按照水泥廠設計規范，回轉窯基礎、磨機基礎、破碎機基礎和大型風機基礎，可不作抗震驗算，按照振動設備基礎構造要求，需要增加自重來滿足配重的要求，滿足基礎剛度的要求，所以此類基礎體積很大，很厚。按照我國《大體積混凝土施工標準》GB 50496—2018規定:混凝土結構物實體最小幾何尺寸不小于1 m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。因此可以將水泥廠中的回轉窯基礎、磨機基礎、風機基礎均按大體積混凝土進行設計施工。

2 大體積混凝土裂縫產生的原因

2.1 水泥水化熱引起的裂縫

水泥在水化過程中要釋放出一定的熱量，而大體積混凝土結構斷面較厚，表面系數相對較小，所以其釋放出的熱量聚集在結構內部不易揮發。這樣混凝土內部的水化熱無法及時散發出去，以至于越積越高，使內外溫差增大，混凝土開裂形成裂縫。

2.2 環境溫度變化引起的裂縫

在施工階段，大體積混凝土的澆筑溫度隨著外界氣溫變化而變化。當氣溫驟降，會大大增加內外層混凝土溫差，這對大體積混凝土是極為不利的。溫度應力是由于溫差引起混凝土變形造成的。溫差愈大，溫度應力也愈大。混凝土自身的抗拉能力不足時，產生開裂。此類裂縫多發生在混凝土表面。

2.3 混凝土收縮引起的裂縫

混凝土收縮可以概括地認為在混凝土硬化過程中，由于各種原因引起的隨時間變化而發生的體積縮小，從力學上分析，可以稱之為在零應力狀態下混凝土的徐變。這對混凝土的安全很不利。

2.4 施工引起的裂縫

在大體積混凝土施工時，澆筑、振搗、養護等工序的不規范引起的裂縫現象普遍存在。

3 大體積混凝土裂縫控制要點

根據大體積混凝土裂縫產生的原因，我們必須采取相應的措施，盡可能將裂縫控制在許可的范圍之內。

3.1 設計方面

按照《動力機器基礎設計手冊》中第2.4.2章節“大塊式基礎通常在頂面與底部配置鋼筋網，非大塊式基礎及體積大于40 m3的大塊式基礎，應沿四周和頂面、底面配置鋼筋網。當基礎底面最大邊長與基礎高度之比不超過5時，上下層鋼筋網的鋼筋直徑為12～18 mm，間距為200～300 mm。當基礎底面最大邊長與基礎高度之比大于5時，則按照2-24公式進行估算。”到目前為止，在進行水泥工業中的大體積混凝土設計時應按此條進行構造配筋。實踐證明，按此條配筋是可以滿足使用要求的。

設計中還需要考慮布置合理的伸縮縫、后澆帶等措施來降低裂縫產生的不利影響。

3.2 材料方面

水泥用量是影響混凝土收縮率的重要因素，采用減少水泥用量的方法來降低混凝土的絕對溫升值，可以使混凝土澆筑后的內外溫差和降溫速度控制的難度降低，也可降低保溫養護的費用，這是大體積混凝土配合比選擇的特殊性。水泥用量最好不超過380 kg/m。

采用5～40 mm顆粒級配的石子，控制含泥量小于1.5%。

采用中、粗砂，控制含泥量小于1.5%。

混凝土中應摻入適量的摻和料。摻用的品種和摻量應根據工程的技術要求、摻和料品質和資源條件通過試驗論證確定。外加劑主要指減水劑、緩凝劑和膨脹劑。水灰比是影響混凝土收縮的重要因素，摻加減水防裂劑的混凝土在保持混凝土強度的條件下可減少15%的水泥用量，也可使混凝土用水量減少25%。

3.3 施工方面

施工必須按照GB 50496—2018《大體積混凝土施工標準》進行施工。

3.3.1 大體積混凝土的澆筑方案

大體積混凝土澆筑時，澆筑方案可以選擇整體分層連續澆筑施工或推移式連續澆筑施工方式,保證結構的整體性。混凝土澆筑宜從低處開始，沿長邊方向自一端向另一端進行。當混凝土供應量有保證時,亦可多點同時澆筑。混凝土的攤鋪厚度應根據所用振搗器的作用深度及混凝土的和易性確定。分層連續澆筑或推移式連續澆筑，其層間的間隔時間應盡量縮短，必須在前層混凝土初凝之前，將次層混凝土澆筑完畢。

3.3.2 大體積混凝土的振搗

混凝土應采取振搗棒振搗。在振動界限以前對混凝土進行二次振搗,排除混凝土因泌水在粗骨料、水平鋼筋下部生成的水分和空隙，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，減少內部微裂，增加混凝土密實度，使混凝土抗壓強度提高，從而提高抗裂性。

3.3.3 大體積混凝土的養護

大體積混凝土應進行保溫、保濕養護，在每次混凝土澆筑完畢后，除應按普通混凝土進行常規養護外，還應及時按溫控技術措施的要求進行保溫養護。及時用濕潤的草簾、麻片等覆蓋，灑水養護，適當延長養護時間，保證混凝土表面緩慢冷卻。在寒冷季節，混凝土表面應實施保溫措施，以防止寒潮襲擊。

預設溫度收縮縫，并在大體積混凝土內部預設循環冷卻管道，通冷水或者冷氣，及時將內部熱量排出,以減小混凝土的內外溫差。

在混凝土澆筑過程中應進行混凝土澆筑溫度的監測，在養護過程中應進行混凝土澆筑塊體升降溫、內外溫差、降溫速度及環境溫度等監測。這些監測結果能及時反映現場大體積混凝土澆筑塊內溫度變化的實際情況及所采用的施工技術措施的效果，為技術人員及時采取溫控對策提供科學依據。

4 大體積混凝土裂縫處理措施

大體積混凝土中裂縫的出現不但會影響結構的整體性和剛度，還會引起鋼筋的銹蝕，加速混凝土的碳化，降低混凝土的耐久性、抗疲勞、抗滲能力。盡管我們采取了很多的預防措施,但是仍然會出現一些意想不到的裂縫。這種現象是普遍存在的,針對這些裂縫我們必須及時進行修補處理,將裂縫的不良影響降到最低。

引起裂縫的原因很多，從安全方面可歸納以下兩種:①結構性裂縫，由荷載引起的裂縫，原因是結構承載力不足；②非結構性裂縫，是由結構內部自身應力變化形成的，如混凝土收縮、溫度變形、地基不均勻沉降等。

水泥工業中的磨機基礎、風機基礎等大體積混凝土構件中，以非結構性裂縫居多，可以根據結構的耐久性和使用方面的要求，采取修補措施。主要的方法有表面處理法和壓力灌漿法。

1）表面處理法:適用于修補寬度較細、較淺的表面裂縫。方法是在裂縫表面涂刷水泥砂漿或改性環氧樹脂漿液、瀝青、油漆等封護材料。

2）壓力灌漿法:適用于處理較寬的穩定裂縫。方法是用壓送設備將漿液灌入混凝土內部，漿液凝結硬化后對構件裂縫有粘合、封閉和補強作用，恢復構件使用功能，提高耐久性。

5 結語

文章對水泥工業大體積混凝土構件裂縫形成的原因、預防措施及裂縫的修復處理進行了初步探討，認為裂縫控制是一項多方位持續性的工作，要從設計、材料、施工、后期維護修復等環節采取一系列的技術措施，結合多種預防手段，做到多觀察，多檢測，多分析，保證水泥工業中大體積混凝土的裂縫是可控的，結構是安全的。