大體積混凝土施工方法及裂縫產(chǎn)生的原因分析

熊茂輝

摘要：大體積混凝土結(jié)構(gòu)物施工技術(shù)難度大，容易引發(fā)許多影響使用安全的質(zhì)量隱患。從混凝土內(nèi)部溫度分布情況及其變化規(guī)律著手，分析了大體積混凝土施工過(guò)程中裂縫產(chǎn)生的原因。

關(guān)鍵詞：大體積混凝土；裂縫；原因；分析

貴陽(yáng)市某工程基礎(chǔ)采用預(yù)制靜壓樁柱下獨(dú)立基礎(chǔ)和整體筏板基礎(chǔ)，南北軸線長(zhǎng)50m，東西軸線84m片筏板基礎(chǔ)板厚1500mm，局部位混凝土深約5.6m，屬于典型的大體積混凝土。混凝土強(qiáng)度等級(jí)C45P6。墻、柱為C60P8，混凝土量1700m3。大體積混凝土底板施工具有水化熱高、收縮量大、容易開(kāi)裂等特點(diǎn)，是一個(gè)施工重點(diǎn)和難點(diǎn)部位，按照后澆帶分段施工。采用hbt60c混凝土泵施工。

下面就大體積混凝土的施工方法及施工中裂縫產(chǎn)生的原因進(jìn)行分析。

1 施工方法

1.1 底板標(biāo)高的控制

底板鋼筋綁扎前，將主軸線引至防水找平層（豎向）上，作出標(biāo)志，彈出墨線。根據(jù)臨時(shí)標(biāo)準(zhǔn)點(diǎn)，在底板墻、柱鋼筋上，用紅油漆標(biāo)出該層+50cm線。澆筑混凝土?xí)r每個(gè)開(kāi)間用小白線拉對(duì)角線控制標(biāo)高。

1.2 材料控制

（1）水泥：優(yōu)先采用低強(qiáng)度水泥，水泥含堿量應(yīng)小于0.6%，此外，應(yīng)進(jìn)行水化熱檢驗(yàn)，7d水化熱不宜大于250KJ/Kg。

（2）骨料：粗骨料應(yīng)采取連續(xù)級(jí)配或合理的摻配比例，含泥量不得大于1%，泥塊含量不得大于0.25%；細(xì)骨料選用粗砂或中砂，含泥量不得大于1%，泥塊含量不得大于0.5%。

（3）摻合料：優(yōu)先采用磨細(xì)礦粉，因其比粉煤灰更具耐久性，更有效降低每立方米砼中的水泥用量。

（4）膨脹劑：摻入適量膨脹劑，它能對(duì)砼起補(bǔ)償收縮作用，減少砼的溫度應(yīng)力，但含堿量不應(yīng)大于0.75%。

（5）外加劑：選用低收縮率的外加劑，應(yīng)有7d、28d收縮率試驗(yàn)報(bào)告，任何齡期砼的收縮率均不得大于基準(zhǔn)砼的收縮率、外加劑每立方米砼帶入堿量不得超過(guò)1Kg，選用高效的緩凝劑和減水劑，減少水泥用量，推遲水化熱的峰值期。

1.3 優(yōu)化混凝土配合比

（1）現(xiàn)場(chǎng)砼坍落度：泵送宜為80～140mm，坍落度允許偏差±15mm，到達(dá)現(xiàn)場(chǎng)坍落度損失不應(yīng)大于30mm/h，總損失不應(yīng)大于60mm。

（2）盡可能降低砼的干縮與溫差收縮，由于砼最高純熱值溫升Tmax與每m3砼內(nèi)的水泥用量成線性正比關(guān)系，應(yīng)根據(jù)選用的原材料不同、水泥試驗(yàn)的富余標(biāo)號(hào)不同，進(jìn)行各種試配，最后確定最佳配合比。

1.4 整體筏板基礎(chǔ)混凝土澆注與振搗

先澆筑底板混凝土，到達(dá)電梯井、積水坑時(shí)，由地泵集中澆電梯坑，積水坑底板。然后澆筑大面底板混凝土，最后澆外墻導(dǎo)墻。

底板板厚1500mm，底板混凝土澆筑采用分層、分段施工，底板分3層澆筑，每層澆筑厚度為500㎜，采用測(cè)桿檢查分層厚度。在已澆筑的下層混凝土尚未初凝前，開(kāi)始澆上一層，逐層進(jìn)行，直至澆筑完成，為了不使混凝土在澆筑過(guò)程中出現(xiàn)冷縫，初凝時(shí)間不小于8h。

大體積混凝土施工測(cè)溫孔的留置原則：水平間距6m左右；距邊緣不大于3m，孔深詳見(jiàn)圖示，采用ф20薄壁鐵管端封閉預(yù)埋，用作測(cè)溫。繪制測(cè)溫孔布置詳見(jiàn)圖，并編號(hào)，施工時(shí)按圖施工。委派責(zé)任心較強(qiáng)、培訓(xùn)合格的人員負(fù)責(zé)測(cè)溫工作，及時(shí)準(zhǔn)確記錄，測(cè)溫過(guò)程中發(fā)現(xiàn)溫差超過(guò)25℃時(shí)及時(shí)報(bào)告工地技術(shù)人員，采取必要措施。

在混凝土澆筑之后，做好混凝土的保濕養(yǎng)護(hù)，保溫措施采用邊成型邊灌水50mm～60mm深，即控制大體積混凝土散熱，又防止混凝土溫度過(guò)高表面失水。混凝土強(qiáng)度未達(dá)到1.2mpa前不允許上人施工。

后澆帶：混凝土繼續(xù)澆筑混凝土前，要將其表面鑿毛，清除浮漿，使之露出石子，用水沖洗后保持濕潤(rùn)。

混凝土振搗：φ50振動(dòng)棒移動(dòng)間距≤600mm，不得漏振，欠振或過(guò)振，每根振動(dòng)棒配2名工人。振動(dòng)時(shí)，振動(dòng)棒應(yīng)快插慢拔。

1.5 混凝土養(yǎng)護(hù)措施

（1）養(yǎng)護(hù)是大體積混凝土施工中一項(xiàng)十分關(guān)鍵的工作。

為保證新澆砼有適宜的硬化條件，防止早期干縮產(chǎn)生裂縫，大體積砼澆筑完畢后，要加以覆蓋和澆水養(yǎng)護(hù)，普通硅酸鹽水泥拌制的砼不得少于14天；其它水泥不少于21天。養(yǎng)護(hù)方法分降溫法和保溫法，夏季施工時(shí)一般可使用草袋覆蓋、灑水、蓄水養(yǎng)護(hù)或噴刷養(yǎng)生液養(yǎng)護(hù)；冬季施工時(shí)，由于環(huán)境氣溫較低，一般可利用保溫材料提高新澆筑砼表面和四周溫度，減少砼的內(nèi)外溫差。

（2）在混凝土養(yǎng)護(hù)階段的溫度控制應(yīng)遵循以下幾點(diǎn)

1）為了掌握大體積砼的溫升和降溫的變化規(guī)律以及各種材料在各種條件下的溫度影響，需要對(duì)砼進(jìn)行溫度監(jiān)測(cè)控制。大體積砼的溫度變化在1～72h變化最大，這段時(shí)間要每2h測(cè)量一次，4～7d每4h測(cè)量一次，其后為8h一次，整個(gè)測(cè)量過(guò)程時(shí)間不少于20d，并作詳細(xì)記錄，整理繪制溫度曲線。測(cè)溫可采用埋鋼管和采用測(cè)溫裝置等方法。

2）經(jīng)測(cè)溫如觀測(cè)到砼內(nèi)部最高溫度與大氣溫度之差超過(guò)規(guī)定極限值時(shí)，要立即采取降溫措施，降低砼內(nèi)部溫度，控制砼內(nèi)部裂縫的產(chǎn)生，常見(jiàn)的方法有導(dǎo)溫管加冷卻水循環(huán)方法來(lái)降低砼內(nèi)部溫度。

2 大體積混凝土裂縫類型

2.1 表面裂縫

這種裂縫在混凝土升溫階段和降溫階段都有可能發(fā)生，在混凝土熱量通過(guò)表面向周圍環(huán)境散發(fā)過(guò)程中，表面溫度低于內(nèi)部溫度，形成內(nèi)外溫差。當(dāng)這種溫差沿著厚度方向呈非線性分布時(shí)，引起混凝土的非均勻變形。起初混凝土處于塑性狀態(tài)，凝結(jié)硬化過(guò)程中，其彈性模量隨強(qiáng)度不斷增長(zhǎng)，當(dāng)溫差產(chǎn)生的拉應(yīng)力超過(guò)當(dāng)時(shí)混凝土的極限抗拉強(qiáng)度時(shí)，就會(huì)在混凝土表面產(chǎn)生裂縫。

2.2 貫穿裂縫

這種裂縫一般發(fā)生在降溫階段，大體積混凝土基礎(chǔ)呈降漸收縮狀態(tài)，降溫收縮受到基底及自身約束作用，產(chǎn)生很大的收縮應(yīng)力（拉應(yīng)力），當(dāng)拉應(yīng)力超過(guò)當(dāng)時(shí)混凝土的極限抗拉強(qiáng)度時(shí)，就會(huì)在混凝土中產(chǎn)生收縮裂縫。這種收縮裂縫有時(shí)會(huì)貫穿全斷面，成為結(jié)構(gòu)裂縫?；准白陨順?gòu)造約束作用越強(qiáng)，平均溫度峰值越高，貫穿裂縫出現(xiàn)的可能性越大。降溫階段經(jīng)歷時(shí)間較長(zhǎng)，大約從3d～5d開(kāi)始，延續(xù)1個(gè)月或更長(zhǎng)時(shí)間。降溫收縮與混凝土硬化收縮呈疊加趨勢(shì)，硬化收縮會(huì)大幅度加劇裂縫出現(xiàn)的可能性與程度。

2.3 深層裂縫

深層裂縫部分地切斷了結(jié)構(gòu)斷面，也有一定危害性。

3 大體積混凝土產(chǎn)生裂縫的原因

混凝土中產(chǎn)生裂縫有多種原因，主要是溫度和濕度的變化，混凝土的脆性和不均勻性，以及結(jié)構(gòu)不合理，原材料不合格(如堿骨料反應(yīng))，模板變形，基礎(chǔ)不均勻沉降等，歸納起來(lái)主要有以下幾點(diǎn)。

外界氣溫變化。大體積混凝土在施工階段，它的澆筑溫度隨著外界氣溫變化而變化。特別是氣溫驟降，會(huì)大大增加內(nèi)外層混凝土溫差，這對(duì)大體積混凝土是極為不利的。溫度應(yīng)力是由于溫差引起溫度變形而造成的，溫差愈大，溫度應(yīng)力也愈大。同時(shí)，在高溫條件下，大體積混凝土不易散熱，混凝土內(nèi)部的最高溫度一般可達(dá)60℃-65℃，并且有較長(zhǎng)的延續(xù)時(shí)間。因此，應(yīng)采取溫度控制措施，防止混凝土內(nèi)外溫差引起的溫度應(yīng)力。

混凝土的收縮?；炷林屑s20％的水分是水泥硬化所必需的，而約80％的水分要蒸發(fā)，多余水分的蒸發(fā)會(huì)引起混凝土體積的收縮?；炷潦湛s的主要原因是內(nèi)部水蒸發(fā)引起混凝土收縮。如果混凝土收縮后，再處于水飽和狀態(tài)，還可以恢復(fù)膨脹并幾乎達(dá)到原有的體積。干濕交替會(huì)引起混凝土體積的交替變化，在混凝土內(nèi)部產(chǎn)生很大的收縮應(yīng)力，導(dǎo)致混凝土的裂縫。影響混凝土收縮，主要是水泥品種、混凝土配合比、外加劑和摻合料的品種以及施工工藝、養(yǎng)護(hù)條件等。

水泥水化熱。水泥在水化過(guò)程中要釋放出一定的熱量，而大體積混凝土結(jié)構(gòu)斷面較厚，表面系數(shù)相對(duì)較小，所以水泥產(chǎn)生的熱量聚集在結(jié)構(gòu)內(nèi)部不易散失。這樣混凝土內(nèi)部的水化熱無(wú)法及時(shí)散發(fā)出去，以至于越積越高，使內(nèi)外溫差增大，產(chǎn)生溫度應(yīng)力和收縮應(yīng)力。水化熱產(chǎn)生的混凝土內(nèi)部最高溫度，多發(fā)生在澆筑后的最初3天至5天，以后逐漸降低，這與混凝土單位體積中水泥用量和水泥品種有關(guān)。結(jié)構(gòu)裂縫主要是由降溫和收縮引起的，前者引起外約束，是導(dǎo)致貫通裂縫的主要原因；后者引起自約束，主要引起表面裂縫。因此在降溫階段，如果溫差較大，則早期出現(xiàn)裂縫的可能性較大。

約束條件。大體積混凝土與地基澆在一起，早期混凝土溫度上升時(shí)，混凝土膨脹受到地基約束會(huì)產(chǎn)生壓應(yīng)力；當(dāng)后期溫度下降時(shí)，混凝土收縮受到地基約束便會(huì)產(chǎn)生拉應(yīng)力。由于混凝土的抗壓性能優(yōu)于抗拉性能，所以在受壓時(shí)一般不會(huì)出現(xiàn)裂縫，而在受拉時(shí)，當(dāng)拉應(yīng)力大于混凝土的抗拉強(qiáng)度時(shí)，就會(huì)在混凝土中出現(xiàn)垂直裂縫。

4 結(jié)束語(yǔ)

大體積混凝土施工中的裂縫控制是一個(gè)系統(tǒng)工程，在工程實(shí)踐中要根據(jù)具體的要求進(jìn)行控制，不可盲目地嚴(yán)格要求從而帶來(lái)大量的浪費(fèi)。同時(shí)，要從設(shè)計(jì)、施工、材料等各個(gè)方面綜合采取措施，來(lái)控制裂縫的產(chǎn)生和開(kāi)展，只有這樣才能取得預(yù)期的效果。