淺析大體積混凝土裂縫控制

陳鍵

摘要：簡述大體積砼裂縫產生的原因，裂縫預測、現(xiàn)場控制，材料選擇，砼的養(yǎng)護 。

關鍵詞：大體積砼;溫度裂縫;沉縮裂縫;裂縫預測;裂縫控制

前言

建筑業(yè)是國民經濟的支柱產業(yè)之一，建筑工業(yè)的發(fā)展，主要體現(xiàn)在工業(yè)化生產的水平上。隨著我國經濟結構的改善，建筑設計思想的飛躍基礎設施建設中大體積砼越來越多。工程實踐證明大體積砼施工難度比較大，砼產生裂縫的機率較多。為了降低經濟損失，我們必須減少和控制裂縫的出現(xiàn)。

從裂縫的形成過程可以看到，砼特別是大體積砼之所以開裂，主要是砼所承受的拉應力和砼本身的抗拉強度之間的矛盾發(fā)展的結果。因而為了控制大體積砼裂縫，就必須盡最大可能提高砼本身抗拉強度性能和降低抗應力（特別是溫度應力）這兩方面綜合考慮。抗拉強度主要決定于砼的強度等級及材料組成，要保證抗拉強度關鍵在于原材料的優(yōu)選和配合比的優(yōu)化（砼強度等級設計已經確定），由于砼選用地材，從經濟角度來考慮，原材料優(yōu)化的空間相對較小，所以降低拉應力是控制砼裂縫的有效途徑，而降低拉應力主要通過減少溫度應力和沉縮應力來控制溫度裂縫和沉縮裂縫。

一、溫度裂縫產生的原因

溫度裂縫產生的主要原因：一是由于砼內外溫差較大引起的，砼結構在硬化期間水泥放出大量水化熱，內部溫度不斷上升，使砼表層和內部溫差較大，出現(xiàn)內部膨脹高于外部，此時砼表層將受到很大的拉應力，而砼的早期抗拉強度很低，因而出現(xiàn)裂縫。這種溫差一般僅在表面處較大，離開表面就很快減弱，因此裂縫只在接近表面的范圍內發(fā)生，表面層以下結構仍保持完整。二是由結構差較大，受到外界的約溫束引起的，當大體積砼澆筑在約束地基（例如樁基）上時，又沒有采取特殊措施降低，放松或取消約束，或根本無法消除約束，易發(fā)生深進，直至貫穿的溫度裂縫。

一般（人為）分為三個時期：一是初期裂縫，就是在砼澆筑的升溫期，由于水化熱使砼澆筑后2-3天溫度急劇上升，內熱外冷引起“約束力”，超過砼抗拉強度引起裂縫。二是中期裂縫——就是水化熱降溫期，當水化熱溫升到達峰值后逐漸下降，水化熱散盡時結構物的溫度接近環(huán)境溫度，此間結構物溫度引起“外約束力”，超過砼抗拉強度引起裂縫。三是后期裂縫，當砼接近周圍環(huán)境條件之后保持相對穩(wěn)定，而當環(huán)境條件下劇變時，由于砼為不良導體，形成溫度梯度，當溫度梯度較大時，砼產生裂縫。

二、沉縮裂縫產生的主要原因

沉縮裂縫產生的主要原因：砼沉縮裂縫在大體積砼（特別是泵送大流態(tài)砼）施工中也是非常多的。主要原因是振搗不密實，沉實不足，或者過度振搗、骨料下沉，使表層浮漿過多，砼澆筑后，沒有及時抹壓實（特別是初凝前的二次抹壓），且表面覆蓋不及時，受風吹日曬，表面水份散失快，產生干縮，砼早期強度又低，不能抵抗這種變形而導致開裂。

三、控制措施

（一）溫度控制

溫度裂縫的產生一般是不可避免的，重要的是如何把其控制在規(guī)范允許的范圍之內，要進行有效的控制，就必須進行科學預測，以保證控制的準確性。對溫度應力的控制現(xiàn)場一般是進行溫控（比如預埋導管通水降溫、水沖洗骨料降低原材料溫度等）。在澆筑砼時，采用溫度傳感片和測溫儀，從澆筑開始測溫（包括入模溫度，環(huán)境溫度），混凝土澆筑體內部相鄰兩測點的溫度差值不應大于25℃。混凝土降溫速度不宜大于2℃/d并及時抹壓（特別是初凝前）和保溫保濕養(yǎng)護。澆筑完后根據(jù)溫控指標，及時調整保溫保濕養(yǎng)護條件。

溫度影響系數(shù)受多種因素影響，其中溫度、濕度、散熱界面（土、空氣等），初凝時間、風速、溫差等影響較大。特別是風速和溫差較大時，溫度影響系數(shù)大大降低，最高溫升將降低，這與我們的實測結果是相吻合的。但為防止降溫過快，形成大的溫度梯度，夏季選用蓄水養(yǎng)護，秋冬季加蓋草袋、海綿如果工地氣候風大、干燥特征拆模后及時采取防風，保溫措施，并及時回填土，結果證明這些方法對溫度影響系數(shù)的改變是非常有用的，事實表明控制也是非常成功的。

（二）選擇合適水泥和嚴格控制水泥用量

大體積混凝土應選用中、低熱硅酸鹽水泥或低熱礦渣硅酸鹽水泥，大體積混凝土施工所以水泥其3d的水化熱不宜大于240kJ/kg，7天的水化熱不宜大于270kJ/kg。采用高標號水泥，以減少水泥用量，減少水化熱，降低混凝土的溫升值。在滿足設計和混凝土可泵性的前提下以降低砼最高溫升，降低砼所受的拉應力。

（三） 嚴格控制骨料級配和含泥量不得混有有機質等雜物，杜絕使用海砂

粗骨料選用連續(xù)級配碎石，細骨料采用中砂或混合砂，細度模數(shù)必須符合規(guī)范要求。砂、石含泥量控制在1%以內，并

（四）選擇適當外加劑

（四）外加劑中糖鈣能提高混凝土的和易性，使用水量減少20%左右，水灰比可控制在0.55以下，初凝延長到5h左右可根據(jù)設計要求，混凝土中摻加適量的外加劑，如緩凝、減水、微膨脹的外加劑，外加劑應符合現(xiàn)行國家標準《混凝土外加劑》GB8076-2008、《混凝土外加劑應用技術規(guī)范》GB50119-2013和有關環(huán)境保護的規(guī)定。

（五）選擇優(yōu)化配合比

大體積混凝土配合比的設計除應符合工程設計所規(guī)定的強度等級、耐久性、抗?jié)B性、體積穩(wěn)定性等要求外，尚因符合大體積混凝土施工工藝特性的要求，并應符合合理使用材料、減少水泥用量、降低混凝土絕熱溫升值的要求。在確定混凝土配合比時，應根據(jù)混凝土的絕熱溫升、溫控施工方案的要求等，提出混凝土制備時粗細骨料和拌合用水及入模溫度控制的技術措施。在混凝土制備前，應進行常規(guī)配合比實驗，并應進行水化熱、泌水率、可泵性等對大體積混凝土控制裂縫所需的技術參數(shù)的實驗，必要時其配合比設計應當通過試泵送驗證。選用良好級配的骨料，嚴格控制砂石質量，降低水灰比，并在砼中摻加粉煤灰和外加劑等，以降低水泥用量，減少水化熱，以降低砼溫升，從而可以降低砼所受的拉應力。（如圖示）

（六）采用切實可行的施工工藝

根據(jù)泵送大體積混凝土的特點，采用“分段定點，一個坡度，薄層澆筑，循序推進，一次到頂”的方法。這種自然流淌形成斜坡混凝土的方法，能較好地適應泵送工藝，避免混凝土輸送管道經常拆除、沖洗和接長，從而提高泵送效率，簡化混凝土的泌水處理，保證上下層混凝土澆筑間隔不超過初凝時間。根據(jù)混凝土泵送時自然形成一個坡度的實際情況，在每個澆筑帶的前后布置兩道振動器，第一道布置在混凝土出料口，主要解決上部混凝土的振實;由于底層鋼筋間距較密，第二道布置在混凝土坡腳處，以確保下部混凝土密實。隨著澆筑的推進，振動器也相應跟上，以確保整個高度上混凝土的質量。由于大體積泵送混凝土表面水泥漿較厚，故澆筑結束后須在初凝前用鐵滾筒碾壓數(shù)遍，打磨壓實，以閉合混凝土的收水裂縫。

（七）嚴格控制混凝土入模溫度

大體積砼最好選在春秋季施工，以降低入模溫度，既是在夏季施工最好采取有效措施降低入模溫度，再者澆筑砼時最好不要讓砼在太陽下直接爆曬。混凝土入模溫度不宜大余30℃，混凝土澆筑體最大溫升值不宜大于50℃.施工過程中應對碎石灑水降溫、避免暴曬，保證水泥庫通風良好，自來水可預先放入地下蓄水池中降溫（拌合水中加冰屑或采用地下水）。

（八）加適當預埋件

在砼易裂縫部位埋設應力應變傳感片，直接測試拉應力，以便更直接控制砼（調節(jié)保溫保濕養(yǎng)護條件，保證溫度梯度），確保砼不裂縫。在基礎面筋上加設鐵絲網(wǎng)或小直徑鋼筋網(wǎng)，以提高砼表面抗裂性（中間溫度筋可去掉）。在工期允許的情況下，這種施工方法可降低內部最高溫升、減少人力、材料及機械設備的投入。

（九）改進施工技術

施工時加強插筋位置的振搗、抹壓、養(yǎng)護。大體積混凝土澆筑宜采用二次振搗工藝，澆筑面應及時進行二次抹壓處理，減少表面收縮裂縫。由于鋼筋是熱的良導體，易產生大的溫度梯度，這是裂縫產生的一個主要環(huán)節(jié)。同時加強初凝前的抹壓，以消除初期裂縫，并加強早期養(yǎng)護，提高砼抗拉強度。

（十）加強砼澆筑后的養(yǎng)護

砼澆筑后采用蓄水法保溫、覆蓋養(yǎng)護或帶膜養(yǎng)護，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不應大于25℃;結束覆蓋養(yǎng)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(huán)境溫度差值不應大于25℃。蓄水法保溫養(yǎng)護，在混凝土施工期間可通入冷卻循環(huán)水，以便加快承臺內部熱量的散發(fā)。如采用內散外蓄綜合養(yǎng)護措施，可有效降低混凝土的溫升值，且可大大縮短養(yǎng)護周期，對于超厚大體積混凝土施工尤其適用。

（十一）加強技術管理

加強原材料的檢驗、試驗工作。施工中嚴格按照方案及交底的要求指導施工，明確分工，責任到人。加強計量監(jiān)測工作，定時檢查并做好詳細記錄，認真對待澆筑過程中可能出現(xiàn)的冷縫，并采取措施加以杜絕。在變截面施工前，一定要加強預測，并保證預測的科學性。同時在實施過程中，要切實落實施工方案。

（十二） 加強混凝土的測溫工作

為及時掌握混凝土內部溫升與表面溫度的變化值，在砼內埋沒若干個測溫點，采用L形布置，每個測溫點埋設溫管2根，管底埋置于混凝土的中心位置，測量混凝土中心的最高溫升，另一根管底距砼上表面100 mm，測量混凝土的表面溫度，測溫管均露出混凝土表面100 mm。用100的紅色水銀溫度計測溫，以方便讀數(shù)。第l～5d每2h測溫1次，第6d后每4h測溫1次，測至溫度穩(wěn)定為止。從已有施工經驗的測溫情況看，混凝土內部溫升的高峰值一般在3～5d內產生，3d內溫度可上升到或接近最大溫升，內外溫差值在20℃左右，控制在規(guī)范規(guī)定范圍內，未發(fā)現(xiàn)異常現(xiàn)象。測溫點布置如圖示

（十三）其它參考意見

大體積混凝土采用泵送工藝，泵送過程中，常會發(fā)生輸送管堵塞故障，故提高混凝土的可泵性十分重要。須合理選擇泵送壓力，泵管直徑，輸送管線布置應合理。泵管上須遮蓋濕麻袋，并經常淋水散熱。混凝土中的砂石要有良好的級配，碎石最大粒徑，砂率、水灰比等必須滿足規(guī)范及泵送砼的要求，坍落度宜在15-18cm間。 混凝土施工必須作好施工準備，包括混凝土配合比設計、混凝土攪拌、混凝土運輸、混凝土澆筑路線、混凝土入模、混凝土振搗、混凝土測溫和混凝土養(yǎng)護等。

及時與氣象臺取得聯(lián)系，掌握天氣情況。由于大體積混凝土連續(xù)澆筑，故澆筑現(xiàn)場須設置防雨棚，并在澆筑部位四周，設置盲溝和集水井。

四、結束語

大體積砼施工只要施工方法采用正確，采取一些防治措施，并且在施工中加強過程控制，責任落實到人，大體積砼施工質量是可以得到保證的。在以后的施工中，尚有待不斷提高施工技術和不斷積累施工經驗，采用更為科學的施工方法，以不斷提高建設工程施工質量。