淺析大體積混凝土裂縫控制

陳鍵

摘要：簡(jiǎn)述大體積砼裂縫產(chǎn)生的原因，裂縫預(yù)測(cè)、現(xiàn)場(chǎng)控制，材料選擇，砼的養(yǎng)護(hù) 。

關(guān)鍵詞：大體積砼;溫度裂縫;沉縮裂縫;裂縫預(yù)測(cè);裂縫控制

前言

建筑業(yè)是國(guó)民經(jīng)濟(jì)的支柱產(chǎn)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(chǎn)的水平上。隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)結(jié)構(gòu)的改善，建筑設(shè)計(jì)思想的飛躍基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)中大體積砼越來(lái)越多。工程實(shí)踐證明大體積砼施工難度比較大，砼產(chǎn)生裂縫的機(jī)率較多。為了降低經(jīng)濟(jì)損失，我們必須減少和控制裂縫的出現(xiàn)。

從裂縫的形成過(guò)程可以看到，砼特別是大體積砼之所以開(kāi)裂，主要是砼所承受的拉應(yīng)力和砼本身的抗拉強(qiáng)度之間的矛盾發(fā)展的結(jié)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(qiáng)度性能和降低抗應(yīng)力（特別是溫度應(yīng)力）這兩方面綜合考慮。抗拉強(qiáng)度主要決定于砼的強(qiáng)度等級(jí)及材料組成，要保證抗拉強(qiáng)度關(guān)鍵在于原材料的優(yōu)選和配合比的優(yōu)化（砼強(qiáng)度等級(jí)設(shè)計(jì)已經(jīng)確定），由于砼選用地材，從經(jīng)濟(jì)角度來(lái)考慮，原材料優(yōu)化的空間相對(duì)較小，所以降低拉應(yīng)力是控制砼裂縫的有效途徑，而降低拉應(yīng)力主要通過(guò)減少溫度應(yīng)力和沉縮應(yīng)力來(lái)控制溫度裂縫和沉縮裂縫。

一、溫度裂縫產(chǎn)生的原因

溫度裂縫產(chǎn)生的主要原因：一是由于砼內(nèi)外溫差較大引起的，砼結(jié)構(gòu)在硬化期間水泥放出大量水化熱，內(nèi)部溫度不斷上升，使砼表層和內(nèi)部溫差較大，出現(xiàn)內(nèi)部膨脹高于外部，此時(shí)砼表層將受到很大的拉應(yīng)力，而砼的早期抗拉強(qiáng)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(kāi)表面就很快減弱，因此裂縫只在接近表面的范圍內(nèi)發(fā)生，表面層以下結(jié)構(gòu)仍保持完整。二是由結(jié)構(gòu)差較大，受到外界的約溫束引起的，當(dāng)大體積砼澆筑在約束地基（例如樁基）上時(shí)，又沒(méi)有采取特殊措施降低，放松或取消約束，或根本無(wú)法消除約束，易發(fā)生深進(jìn)，直至貫穿的溫度裂縫。

一般（人為）分為三個(gè)時(shí)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(nèi)熱外冷引起“約束力”，超過(guò)砼抗拉強(qiáng)度引起裂縫。二是中期裂縫——就是水化熱降溫期，當(dāng)水化熱溫升到達(dá)峰值后逐漸下降，水化熱散盡時(shí)結(jié)構(gòu)物的溫度接近環(huán)境溫度，此間結(jié)構(gòu)物溫度引起“外約束力”，超過(guò)砼抗拉強(qiáng)度引起裂縫。三是后期裂縫，當(dāng)砼接近周圍環(huán)境條件之后保持相對(duì)穩(wěn)定，而當(dāng)環(huán)境條件下劇變時(shí)，由于砼為不良導(dǎo)體，形成溫度梯度，當(dāng)溫度梯度較大時(shí)，砼產(chǎn)生裂縫。

二、沉縮裂縫產(chǎn)生的主要原因

沉縮裂縫產(chǎn)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(shí)，沉實(shí)不足，或者過(guò)度振搗、骨料下沉，使表層浮漿過(guò)多，砼澆筑后，沒(méi)有及時(shí)抹壓實(shí)（特別是初凝前的二次抹壓），且表面覆蓋不及時(shí)，受風(fēng)吹日曬，表面水份散失快，產(chǎn)生干縮，砼早期強(qiáng)度又低，不能抵抗這種變形而導(dǎo)致開(kāi)裂。

三、控制措施

（一）溫度控制

溫度裂縫的產(chǎn)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(nèi)，要進(jìn)行有效的控制，就必須進(jìn)行科學(xué)預(yù)測(cè)，以保證控制的準(zhǔn)確性。對(duì)溫度應(yīng)力的控制現(xiàn)場(chǎng)一般是進(jìn)行溫控（比如預(yù)埋導(dǎo)管通水降溫、水沖洗骨料降低原材料溫度等）。在澆筑砼時(shí)，采用溫度傳感片和測(cè)溫儀，從澆筑開(kāi)始測(cè)溫（包括入模溫度，環(huán)境溫度），混凝土澆筑體內(nèi)部相鄰兩測(cè)點(diǎn)的溫度差值不應(yīng)大于25℃。混凝土降溫速度不宜大于2℃/d并及時(shí)抹壓（特別是初凝前）和保溫保濕養(yǎng)護(hù)。澆筑完后根據(jù)溫控指標(biāo)，及時(shí)調(diào)整保溫保濕養(yǎng)護(hù)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(shí)間、風(fēng)速、溫差等影響較大。特別是風(fēng)速和溫差較大時(shí)，溫度影響系數(shù)大大降低，最高溫升將降低，這與我們的實(shí)測(cè)結(jié)果是相吻合的。但為防止降溫過(guò)快，形成大的溫度梯度，夏季選用蓄水養(yǎng)護(hù)，秋冬季加蓋草袋、海綿如果工地氣候風(fēng)大、干燥特征拆模后及時(shí)采取防風(fēng)，保溫措施，并及時(shí)回填土，結(jié)果證明這些方法對(duì)溫度影響系數(shù)的改變是非常有用的，事實(shí)表明控制也是非常成功的。

（二）選擇合適水泥和嚴(yán)格控制水泥用量

大體積混凝土應(yīng)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(biāo)號(hào)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(shè)計(jì)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(yīng)力。

（三） 嚴(yán)格控制骨料級(jí)配和含泥量不得混有有機(jī)質(zhì)等雜物，杜絕使用海砂

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

（四）選擇適當(dāng)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(zhǎng)到5h左右可根據(jù)設(shè)計(jì)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(yīng)符合現(xiàn)行國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《混凝土外加劑》GB8076-2008、《混凝土外加劑應(yīng)用技術(shù)規(guī)范》GB50119-2013和有關(guān)環(huán)境保護(hù)的規(guī)定。

（五）選擇優(yōu)化配合比

大體積混凝土配合比的設(shè)計(jì)除應(yīng)符合工程設(shè)計(jì)所規(guī)定的強(qiáng)度等級(jí)、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(yīng)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(shí)，應(yīng)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(shí)粗細(xì)骨料和拌合用水及入模溫度控制的技術(shù)措施。在混凝土制備前，應(yīng)進(jìn)行常規(guī)配合比實(shí)驗(yàn)，并應(yīng)進(jìn)行水化熱、泌水率、可泵性等對(duì)大體積混凝土控制裂縫所需的技術(shù)參數(shù)的實(shí)驗(yàn)，必要時(shí)其配合比設(shè)計(jì)應(yīng)當(dāng)通過(guò)試泵送驗(yàn)證。選用良好級(jí)配的骨料，嚴(yán)格控制砂石質(zhì)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(yīng)力。（如圖示）

（六）采用切實(shí)可行的施工工藝

根據(jù)泵送大體積混凝土的特點(diǎn)，采用“分段定點(diǎn)，一個(gè)坡度，薄層澆筑，循序推進(jìn)，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(yīng)泵送工藝，避免混凝土輸送管道經(jīng)常拆除、沖洗和接長(zhǎng)，從而提高泵送效率，簡(jiǎn)化混凝土的泌水處理，保證上下層混凝土澆筑間隔不超過(guò)初凝時(shí)間。根據(jù)混凝土泵送時(shí)自然形成一個(gè)坡度的實(shí)際情況，在每個(gè)澆筑帶的前后布置兩道振動(dòng)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(shí);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(shí)。隨著澆筑的推進(jìn)，振動(dòng)器也相應(yīng)跟上，以確保整個(gè)高度上混凝土的質(zhì)量。由于大體積泵送混凝土表面水泥漿較厚，故澆筑結(jié)束后須在初凝前用鐵滾筒碾壓數(shù)遍，打磨壓實(shí)，以閉合混凝土的收水裂縫。

（七）嚴(yán)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(shí)最好不要讓砼在太陽(yáng)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(guò)程中應(yīng)對(duì)碎石灑水降溫、避免暴曬，保證水泥庫(kù)通風(fēng)良好，自來(lái)水可預(yù)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(dāng)預(yù)埋件

在砼易裂縫部位埋設(shè)應(yīng)力應(yīng)變傳感片，直接測(cè)試?yán)瓚?yīng)力，以便更直接控制砼（調(diào)節(jié)保溫保濕養(yǎng)護(hù)條件，保證溫度梯度），確保砼不裂縫。在基礎(chǔ)面筋上加設(shè)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(nèi)部最高溫升、減少人力、材料及機(jī)械設(shè)備的投入。

（九）改進(jìn)施工技術(shù)

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

（十）加強(qiáng)砼澆筑后的養(yǎng)護(hù)

砼澆筑后采用蓄水法保溫、覆蓋養(yǎng)護(hù)或帶膜養(yǎng)護(hù)，混凝土澆筑體表面以內(nèi)40-100mm位置處的溫度與混凝土澆筑體表面溫度差不應(yīng)大于25℃;結(jié)束覆蓋養(yǎng)護(hù)或拆模后混凝土澆筑體表面以內(nèi)40-100mm位置處的溫度與環(huán)境溫度差值不應(yīng)大于25℃。蓄水法保溫養(yǎng)護(hù)，在混凝土施工期間可通入冷卻循環(huán)水，以便加快承臺(tái)內(nèi)部熱量的散發(fā)。如采用內(nèi)散外蓄綜合養(yǎng)護(hù)措施，可有效降低混凝土的溫升值，且可大大縮短養(yǎng)護(hù)周期，對(duì)于超厚大體積混凝土施工尤其適用。

（十一）加強(qiáng)技術(shù)管理

加強(qiáng)原材料的檢驗(yàn)、試驗(yàn)工作。施工中嚴(yán)格按照方案及交底的要求指導(dǎo)施工，明確分工，責(zé)任到人。加強(qiáng)計(jì)量監(jiān)測(cè)工作，定時(shí)檢查并做好詳細(xì)記錄，認(rèn)真對(duì)待澆筑過(guò)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(qiáng)預(yù)測(cè)，并保證預(yù)測(cè)的科學(xué)性。同時(shí)在實(shí)施過(guò)程中，要切實(shí)落實(shí)施工方案。

（十二） 加強(qiáng)混凝土的測(cè)溫工作

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

（十三）其它參考意見(jiàn)

大體積混凝土采用泵送工藝，泵送過(guò)程中，常會(huì)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(yīng)合理。泵管上須遮蓋濕麻袋，并經(jīng)常淋水散熱?；炷林械纳笆辛己玫募?jí)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(zhǔn)備，包括混凝土配合比設(shè)計(jì)、混凝土攪拌、混凝土運(yùn)輸、混凝土澆筑路線、混凝土入模、混凝土振搗、混凝土測(cè)溫和混凝土養(yǎng)護(hù)等。

及時(shí)與氣象臺(tái)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(chǎng)須設(shè)置防雨棚，并在澆筑部位四周，設(shè)置盲溝和集水井。

四、結(jié)束語(yǔ)

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(qiáng)過(guò)程控制，責(zé)任落實(shí)到人，大體積砼施工質(zhì)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(shù)和不斷積累施工經(jīng)驗(yàn)，采用更為科學(xué)的施工方法，以不斷提高建設(shè)工程施工質(zhì)量。