大體積混凝土的裂縫原因分析與防治措施

楊 海 文

(山西省第二建筑工程公司，山西 太原 030013)

大體積混凝土的裂縫原因分析與防治措施

楊 海 文

(山西省第二建筑工程公司，山西 太原 030013)

主要對(duì)大體積混凝土裂縫的產(chǎn)生形式及原因進(jìn)行了分析，并從技術(shù)、施工、養(yǎng)護(hù)、溫度等角度出發(fā)，探討了大體積混凝土裂縫的控制措施，以采取科學(xué)合理的施工技術(shù)，從而保證大體積混凝土的施工質(zhì)量。

大體積混凝土，裂縫，溫度，控制

0 引言

由于大體積混凝土截面體積大、強(qiáng)度等級(jí)高，水泥用量大等特點(diǎn)，造成水泥水化熱較大，混凝土內(nèi)部溫度升溫快，難以短時(shí)散發(fā)熱量，與表面混凝土的溫差大，超出正常溫差范圍，從而引起裂縫，對(duì)混凝土的質(zhì)量形成嚴(yán)重的危害。因此如何控制好混凝土的溫度是大體積混凝土施工中必須解決的首要問(wèn)題，是保證混凝土質(zhì)量的根本。

1 混凝土裂縫形成原因及形式

大體積混凝土的溫度變化過(guò)程由溫升期、降溫期和穩(wěn)定期等三個(gè)階段組成?；炷翝仓?，在溫升期由于混凝土截面體積大、強(qiáng)度等級(jí)高、水泥用量大等因素，形成內(nèi)部溫度提升快，且內(nèi)部溫度由于混凝土導(dǎo)熱性能隨熱傳導(dǎo)距離呈線性衰減而散發(fā)慢。大部分水化熱將積蓄在澆筑體內(nèi)，無(wú)法快速散熱，使體內(nèi)溫度上升過(guò)高。從而必然引起溫度變形，在降溫期，在外部約束力的作用下，由于內(nèi)脹外縮，產(chǎn)生溫度應(yīng)力?；炷恋目估瓘?qiáng)度小于混凝土溫度拉應(yīng)力時(shí)，就會(huì)有裂縫產(chǎn)生。大體積混凝土溫度裂縫的形式主要有表面裂縫、深層裂縫和貫通裂縫。

1)表面裂縫：混凝土澆筑后，由于混凝土結(jié)構(gòu)尺寸相對(duì)較大，混凝土內(nèi)部水化熱溫升大，不容易散失，表面溫度散失快，形成內(nèi)脹外縮，表層產(chǎn)生拉應(yīng)力。假設(shè)混凝土內(nèi)處于內(nèi)外溫度平均值的點(diǎn)應(yīng)力為零，那么高于平均值的點(diǎn)為壓應(yīng)力，低于平均值的點(diǎn)為拉應(yīng)力，當(dāng)表層溫度拉應(yīng)力超過(guò)混凝土的允許抗拉強(qiáng)度時(shí)，將形成表面裂縫。

2)深層裂縫：在表層裂縫的基礎(chǔ)上，由于混凝土降溫的過(guò)程較長(zhǎng)，在混凝土體內(nèi)部溫度場(chǎng)復(fù)雜，出現(xiàn)脫離基礎(chǔ)約束范圍以外的裂縫，裂縫向縱深發(fā)展，形成了深層裂縫。

3)貫通裂縫：混凝土在冷卻收縮時(shí)在外部約束力的作用下，澆筑體對(duì)基礎(chǔ)產(chǎn)生擠壓，基礎(chǔ)對(duì)混凝土則產(chǎn)生大小相等、方向相反的拉應(yīng)力，當(dāng)此拉應(yīng)力大于混凝土的抗拉強(qiáng)度，則引起貫穿裂縫。

由此可知，大體積混凝土產(chǎn)生表面裂縫、深層裂縫及貫穿裂縫，都對(duì)混凝土的抗?jié)B性、整體性、穩(wěn)定性、耐久性方面有嚴(yán)重的危害。為保證混凝土的澆筑質(zhì)量，應(yīng)通過(guò)對(duì)混凝土的拌和溫度、入模溫度、原材控制、配比控制、外加劑的摻用、施工控制等各方面進(jìn)行有效控制，起到降低混凝土內(nèi)部的水化熱溫升對(duì)混凝土溫度變化引起裂縫的影響，減少混凝土因溫度引起的裂縫產(chǎn)生。

2 大體積混凝土的裂縫控制措施

2.1 技術(shù)控制

1)混凝土澆筑前根據(jù)其結(jié)構(gòu)類型、環(huán)境因素、澆筑順序、工藝要求、強(qiáng)度要求等確定配合比及編制澆筑方案。

2)做好澆筑前的各項(xiàng)保障工作，避免出現(xiàn)緊急停電、停水、交通不暢等突發(fā)情況，確保均勻、連續(xù)澆筑，避免出現(xiàn)施工縫和薄弱層面，影響混凝土的施工質(zhì)量。

3)澆筑前應(yīng)將模板內(nèi)雜物清除干凈，并澆水潤(rùn)濕。

4)對(duì)水、電管線、預(yù)埋件的位置、數(shù)量及測(cè)溫導(dǎo)線、盤管的設(shè)置進(jìn)行驗(yàn)收，并在測(cè)溫導(dǎo)線處設(shè)立臨時(shí)標(biāo)志。

5)對(duì)每車混凝土進(jìn)行坍落度測(cè)量，做好詳細(xì)的施工記錄。

2.2 施工控制

1)施工前，做好各項(xiàng)隱蔽驗(yàn)收工作，及時(shí)了解天氣情況，避免在雨雪天氣進(jìn)行澆筑。

2)混凝土澆筑前做好各項(xiàng)準(zhǔn)備工作，人員、機(jī)械、材料及保溫設(shè)施要到位，連續(xù)澆筑要安排好夜間照明。

3)基礎(chǔ)混凝土澆筑采取分段分層或斜面分層連續(xù)澆筑，利用混凝土層面散熱，降低大體積混凝土的溫度。為防止因供應(yīng)不及時(shí)或自然流淌太大而造成冷縫，控制混凝土的坍落度使混凝土的自然流淌不超過(guò)7∶1，分層厚度控制在300 mm內(nèi)，為保證混凝土在初凝之前被上層混凝土覆蓋，將混凝土的初凝時(shí)間控制在2 h～3 h內(nèi)。

4)振搗手必須經(jīng)過(guò)培訓(xùn)，清楚分層厚度、振搗時(shí)間、振搗標(biāo)準(zhǔn)，并能夠嚴(yán)格執(zhí)行。振搗手應(yīng)指揮布料、嚴(yán)格控制布料時(shí)機(jī)，在未振搗完畢前不得布料。

5)振搗作業(yè)中，振搗點(diǎn)要均勻排列，工地上使用的振搗棒的有效振動(dòng)半徑一般為R=20 cm～30 cm，所以每振點(diǎn)的距離為1.5R=50 cm左右。

振搗棒移動(dòng)間距應(yīng)小于50 cm，振搗器應(yīng)插人下層混凝土5 cm，不得振模振筋，不得碰撞盤管、各種埋件、鐵件、止水帶等。每一振點(diǎn)的延續(xù)時(shí)間以表面出現(xiàn)浮漿和不再沉落為度，為增加混凝土的密實(shí)度和均勻性，應(yīng)在澆筑后一段時(shí)間內(nèi)，一般在20 min左右對(duì)混凝土進(jìn)行二次復(fù)振，從而避免因混凝土不密實(shí)造成塌陷裂縫。

6)澆筑時(shí)備用一臺(tái)水泵，及時(shí)抽掉因振搗產(chǎn)生的泌水，防止混凝土離析。

7)混凝土澆筑后，應(yīng)用人工在混凝土終凝前進(jìn)行多次抹壓，收平拉毛后采用塑料膜密封覆蓋，以便減少混凝土表面收縮龜裂。

2.3 溫度控制

1)做好混凝土原材控制，有效降低混凝土的入模溫度。

a.為減少水泥水化熱量，防止發(fā)生裂縫，混凝土配置可采用礦渣或火山灰類低水化熱的水泥，采用摻粉煤灰的方法控制其最小水泥用量不超過(guò)275 kg/m3。但粉煤灰的摻量不大于15%。

b.混凝土坍落度宜控制在(140±20)mm，入泵前坍落度每小時(shí)損失值不應(yīng)大于30 mm，坍落度總損失值不應(yīng)大于60 mm。

c.采用高效外加減水劑減少水泥用量，使28 d齡期混凝土的發(fā)熱量減少。

d.改善骨料級(jí)配，增大骨料粒徑，以減少每立方米混凝土的水泥用量。

e.對(duì)骨料進(jìn)行預(yù)冷。采用加冰或加冰水拌和混凝土，當(dāng)加冰拌和不能滿足要求時(shí)，通常采取骨料預(yù)冷的辦法。例如在澆筑面上搭涼棚。

2)加速混凝土散熱。

a.采用斜面分層澆筑可增加散熱面，自然散熱冷卻降溫，適當(dāng)延長(zhǎng)間歇時(shí)間，延長(zhǎng)散熱時(shí)間。

b.在混凝土內(nèi)預(yù)埋連通冷卻水管，通過(guò)盤管冷水循環(huán)進(jìn)行降溫。將內(nèi)部熱量排出，減小溫差幅度，使內(nèi)外溫差控制在25 ℃以內(nèi)，澆筑后進(jìn)行不少于一周的濕潤(rùn)養(yǎng)護(hù)，減小水分散發(fā)過(guò)快造成的表面開裂。

2.4 養(yǎng)護(hù)控制

1)混凝土澆筑后，為防止面層起粉及塑性收縮產(chǎn)生開裂，在泌水結(jié)束、初凝前應(yīng)進(jìn)行多次搓壓，并在終凝前對(duì)表面進(jìn)行收平拉毛，邊收面邊覆蓋一層薄膜，然后在塑料薄膜上覆蓋保溫材料進(jìn)行養(yǎng)護(hù)。

2)養(yǎng)護(hù)時(shí)間要求：對(duì)混凝土強(qiáng)度等級(jí)C60及以上的混凝土、抗?jié)B混凝土，大摻量礦物摻合料及緩凝型外加劑配制的混凝土，其養(yǎng)護(hù)時(shí)間不應(yīng)小于14 d。對(duì)采用礦渣硅酸鹽水泥或硅酸鹽水泥、普通硅酸鹽水泥配置的混凝土，其養(yǎng)護(hù)時(shí)間不應(yīng)小于7 d。

2.5 測(cè)溫控制

1)在混凝土施工和澆筑完2周內(nèi)，應(yīng)按時(shí)測(cè)定混凝土內(nèi)外溫差；連續(xù)測(cè)設(shè)混凝土表面溫度、大氣溫度、澆筑體內(nèi)部溫度，發(fā)現(xiàn)溫度變化范圍超出可控值時(shí)，及時(shí)采取必要的防護(hù)措施，防止因溫度應(yīng)力造成混凝土的表面裂縫和貫穿裂縫。

2)混凝土測(cè)溫點(diǎn)的布置、測(cè)溫時(shí)間頻率的確定?；炷寥肽囟炔灰舜笥?0 ℃，施工中，入模溫度的測(cè)量，每班不少于2次?；炷翝仓畲鬁厣灰舜笥?0 ℃。在覆蓋養(yǎng)護(hù)階段，混凝土體表以內(nèi)40 mm～100 mm位置處的溫度與混凝土體表面溫度差值不應(yīng)大于25 ℃，結(jié)束覆蓋養(yǎng)護(hù)或拆模時(shí)混凝土體表以內(nèi)40 mm～100 mm位置處的溫度與混凝土體表面溫度差值不應(yīng)大于25 ℃?；炷翝仓w內(nèi)部相鄰兩測(cè)溫點(diǎn)的溫差值不應(yīng)大于25 ℃。混凝土降溫速率不宜大于2 ℃/d。

a.測(cè)溫點(diǎn)布置應(yīng)沿混凝土澆筑體厚度方向在澆筑體的底部、中部和表面設(shè)置溫度測(cè)點(diǎn)，基礎(chǔ)表面內(nèi) 40 mm～80 mm 位置；每個(gè)剖面的測(cè)溫點(diǎn)宜豎向、橫向?qū)R，且不宜大于1.0 m；每個(gè)剖面橫向設(shè)置的測(cè)溫點(diǎn)不應(yīng)少于4處，間距不應(yīng)小于0.4 m且不應(yīng)大于10 m。

測(cè)點(diǎn)必須具有代表性和可比性。

b.所有測(cè)溫孔均應(yīng)編號(hào)，進(jìn)行混凝土內(nèi)部不同深度和表面溫度的測(cè)量。

c.測(cè)量混凝土溫度時(shí)，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)條件，可采用熱電偶、熱敏電阻等預(yù)埋式溫度計(jì)檢測(cè)混凝土的溫度。測(cè)溫計(jì)應(yīng)設(shè)置在測(cè)溫孔低于面層3 mm以下，防止受到外界氣溫的影響，造成溫度計(jì)量不準(zhǔn)確的后果。

d.測(cè)溫過(guò)程中應(yīng)根據(jù)溫度記錄及時(shí)描繪出各點(diǎn)的溫度變化曲線和斷面的溫度分布曲線。

e.測(cè)溫頻率：在混凝土澆筑后的前4天即溫度上升階段每2 h～4 h測(cè)一次，溫度下降階段的3 d時(shí)間內(nèi)每8 h測(cè)一次，第8天至測(cè)溫結(jié)束每12 h測(cè)一次。

f.測(cè)溫結(jié)束時(shí)間：在混凝土溫度下降，混凝土面層下40 mm～100 mm 位置的溫度與環(huán)境溫度的差值小于20 ℃時(shí)，可停止測(cè)溫。

溫度控制是大體積混凝土防治裂縫的前提條件，在施工中應(yīng)根據(jù)工程實(shí)際情況進(jìn)行科學(xué)的研究分析，制定切實(shí)可行的施工方案，從原材，工藝，施工等各個(gè)方面采取措施降低混凝土內(nèi)外溫差，這樣就能夠有效地控制混凝土裂縫的產(chǎn)生，從而保證大體積混凝土的質(zhì)量。

[1] GB 50666—2011，混凝土結(jié)構(gòu)工程施工規(guī)范[S].

[2] 王玉鎖.大體積混凝土裂縫成因及控制技術(shù)研討[J].山西建筑，2014，40(6)：113-114.

On analysis of reasons for cracks on large concrete and prevention measures

Yang Haiwen

(ShanxiSecondArchitecturalEngineeringCompany,Taiyuan030013,China)

The paper mainly analyzes the forms and reasons for large concrete cracks, and explores the sound controlling measures of the large concrete cracks from techniques, construction, and maintenance, temperature, so as to adopt scientific and reasonable construction techniques and ensure the construction quality of large concrete.

large concrete, crack, temperature, control

2014-11-28

楊海文(1968- )，男，工程師

1009-6825(2015)04-0105-02

TU746.3

A