大體積混凝土施工中的溫度裂縫控制探討

易 軍

（福建一建集團有限公司， 福建 三明 365011）

0 引言

混凝土作為一種脆性材料，其抗拉強度明顯小于抗壓強度，因此抗裂抗拉性能較差。在工程應用中一般不考慮混凝土抗拉作用，而是把由鋼筋承載受彎和受拉荷載。在目前的施工技術中，混凝土梁、板、剪力墻等澆筑硬化后產生裂縫是難以完全避免的，合理的做法是盡量控制裂縫的寬度，將混凝土裂縫控制在避免影響鋼筋銹蝕的范圍內。當前隨著我國城市化水平的不斷提高，工程建設項目數量和規(guī)模都在增加，如果無法合理控制大體積混凝土因澆筑和硬化過程中產生的溫度影響，則在內、外部環(huán)境溫度和水化熱的同步影響下，將導致混凝土體積增加并出現較大裂縫，不但縮短鋼筋正常使用的時間，也影響工程的安全感[1]。因此，有必要科學地控制在使用大體積混凝土期間存在的問題，并盡可能地控制混凝土中各種裂縫情況的出現。

1 大體積混凝土施工中裂縫分類及成因

1.1 裂紋類型

在大體積混凝土施工過程中，因施工問題引起的結構裂縫問題更加突出。根據裂紋的發(fā)展程度進行區(qū)分，可大致分為如下三種類型：

（1）表層裂縫。通常情況下，這種裂縫不會引起很大的結構問題，主要是由于溫度因素引起的。表層裂縫不會影響混凝土結構受力的安全性，但它會影響混凝土結構的外觀并給人以不安全感。

（2）深層裂縫。深層裂縫的深度相對較深，這會導致部分結構面被切斷，從而給混凝土結構的強度安全造成負面影響，且給混凝土的耐久性帶來不良影響。

（3）貫通裂縫。這種裂縫引起的結構問題更加嚴重，貫通裂縫意味著整個混凝土結構將被完全切割，給結構構件中鋼筋和混凝土的協(xié)同作用帶來嚴重的負面影響，因此必須采取有效措施來防止貫通裂縫的。

1.2 產生裂縫的原因分析

一般而言，大體積混凝土產生裂縫的原因主要是如下幾方面：

（1）預拌混凝土大多使用新法（主要為旋窯）燒制成的水泥，尤其為提高混凝土標號，大量使用硅酸鹽水泥，使得水泥水化熱高且集中。由于大體積混凝土導熱性較差，在澆筑初期的一至三天時間內釋放熱量不到總熱量的一半，其余熱量將積累在大體積混凝土內。因此在混凝土澆筑初期，混凝土中積累了大量的熱量，這就導致混凝土水化熱越來越多，混凝土中的溫度迅速上升?；炷林行臏囟冗^高，產生了溫度應力，而混凝土周圍溫度相對較低。由此形成的應力差便會產生裂縫。由以上分析可知，防止大體積混凝土內外溫差過大是有效控制裂縫的重要方式。

（2）大體積混凝土內外濕度的差異也容易導致開裂。由于混凝土表面濕度容易受到外部環(huán)境因素的影響，尤其是在高溫或者大風天氣環(huán)境下，其表層濕度會大大降低。而混凝土內部混合料具有一定的保水作用，故內部水分較多，濕度變化相對穩(wěn)定。于是在沒有表層覆蓋物的情況，一旦缺乏必要的養(yǎng)護措施，混凝土表層就是受到內部約束而發(fā)生干縮變形并出現裂縫。

（3）混凝土在硬化過程中因外層溫度降低引起的收縮，與混凝土內層溫度升高之間的差異所引發(fā)的裂縫也占到很大比重。詳細的原因在于，由于細骨料水化物體積比水泥水化反應的體積小，這就導致混凝土出現收縮的情況。雖然這種收縮情形不會顯著改變水分，尤其與干燥收縮相比幾乎可以忽略不計。混凝土處于塑性狀態(tài)時，其內部泌水往往急劇下降，這種情況下由于水分缺乏，很難及時補充水分，一旦遇到高溫或大風天氣，混凝土會出現塑性收縮，出現明顯的收縮裂縫。

因此，在大體積混凝土的施工澆筑過程中，合理控制溫度對于減少裂縫的產生具有重要意義。

2 工程概況

本工程位于福建省三明市三元區(qū)莘口黃砂工業(yè)園內一化工企業(yè)；項目中的鹽酸罐組1 承臺板長55m×寬27m×厚1.2m 采用C30（抗?jié)B等級不小于P6），混凝土1782m3，2 個直徑Φ16m，厚0.8m 鹽酸罐基礎采用C30，混凝土321.54m3；鹽酸罐組2 罐基礎承臺板長38.6m×寬38.6m×厚1.2m 采用C30，混凝土1787.95m3，4 個直徑Φ12m，厚0.8m 鹽酸罐基礎采用C30，混凝土452.16m3，一次澆筑成型。

3 大體積混凝土澆筑施工計劃

為了保證本項目大體積混凝土澆筑后不出現大量裂縫，在總結以往施工經驗的基礎上，分析容易出現混凝土裂縫的施工部分，并在澆筑施工過程中制定了以下方案：

（1）預先在結構體內預埋水循環(huán)冷卻管，有效解決大體積混凝土內部溫差控制不當的問題。

（2）通過觀察測溫記錄，及時灑水養(yǎng)護，并確保混凝土在內外溫差趨于穩(wěn)定前不撤掉保溫層。

（3）為解決混凝土不及時供應和施工場地內交通易混亂的情況，應事先安排施工澆筑機械的行進路線，并合理安排澆筑的時間和順序。

（4）定期測量混凝土溫度。要求內外混凝土的溫差不大于25℃，混凝土的表面溫度和大氣溫度差不大于20℃，一旦出現這種情況，應及時反饋并采取措施。

4 大體積混凝土溫度裂縫控制措施

大體積混凝土施工過程中一旦出現溫度控制不當的問題，便會導致硬化后的混凝土出現開裂，嚴重時降低混凝土結構的正常承載能力。因此，本文結合實際工程項目，結合大體積混凝土在施工過程中所遇到的問題提出針對性建議措施。首先，大體量混凝土在大體積混凝土施工中是必需的，因此在生產，運輸和現場施工組織過程中如何控制商品混凝土的溫度是一個難題。其次，如何降低混凝土在硬化過程中產生的水化熱，對于減小溫度裂縫的產生具有重要意義。鑒于此，本文提出如下大體積混凝土溫度裂縫控制措施要點：

4.1 科學配比混凝土原料

在進行一個住宅項目的施工前，需結合施工現場環(huán)境特點來確定施工方案，以達到優(yōu)化混凝土原材料的目的。此外，還需嚴格控制好骨料的粒徑大小。一般來說，連續(xù)級配粒徑應控制在10-40 毫米，中砂粒徑控制在2-8 毫米，以達到最優(yōu)的混凝土骨料配合比。合理做好混凝土原材料的配比可以有效控制混凝土裂縫[2]。因此，在正式施工前通過試驗確定混凝土的最佳配合比，在混凝土的各項性能指標達到標準后才能進行施工。

4.2 設置溫度鋼筋

在板表面雙向配置防裂構造鋼筋，配筋率不小于0。10%，同時，鋼筋的直徑在滿足規(guī)范的前天下應盡可能選用小鋼筋，以控制好混凝土內部溫度應力帶來的收縮與膨脹。本項目中使用的鋼筋直徑主要在5∽12mm，間距為90∽145mm，以增加混凝土層表面的穩(wěn)定性，并有效抵消溫度應力的影響。鋼筋可以有原鋼筋伸出布置，也可以根據抗拉鋼筋的要求單獨進行布置，并搭接或錨固在外圍構件中。

4.3 合理降低混凝土制備的水泥用量

在混凝土配制過程中，根據標準和規(guī)范合理控制水泥的添加量，根據混凝土所需水泥的相關參數，將粉煤灰適當地添加到水泥中。這樣一來不僅可以保證達到制備混凝土所需的水泥量，也可以在一定程度上減少水化熱的產生，降低混凝土溫度應力。

4.4 分層分段澆筑

對于大體積混凝土施工，一次性澆筑會形成較大的溫度應力，從而增加溫度裂縫產生的可能性。大體積混凝土結構的分層分段澆筑方案主要有如下三種：全面分層、分段分層、斜面分層。因此，在混凝土澆筑施工過程中，必須嚴格遵守具體的標準和程序。同時結合現場實際情況和詳細的方案設計，選擇最合適的混凝土澆筑方法。在混凝土運輸至施工現場的過程中，應合理控制運輸時間，避免混凝土出現初凝或離析的現象，減少裂縫出現的可能性?；炷吝M入施工現場后，及時檢查混凝土坍落度，確保其在正常范圍內。只有檢驗合格，才能進行正式澆筑施工。為了保證混凝土結構施工的完整性，混凝土澆筑過程需要連續(xù)進行?？筛鶕ㄖY構的實際特點選擇不同的澆筑施工方案，以此降低溫度集中，減小溫度裂縫的產生，詳細如圖1 所示。

圖1 大體積混凝土結構澆筑方案

4.5 對大體積混凝土進行冷卻處理

必須加強混凝土澆筑后期的冷卻處理也是控制大體積混凝土裂縫的重要措施[3]。通過使用循環(huán)冷卻水，將混凝土內部溫度降低，同時加強混凝土外部的保溫保濕措施，如在外層覆蓋薄膜，以減慢表面溫度的降低，將混凝土內外溫差控制在20∽25℃。與此同時，鋼筋施工方面也要注意，后澆鋼筋不得斷開連接，如果有加密鋼筋，應一次性施工完畢，嚴格按照施工規(guī)范的要求綁扎鋼筋，以防止鋼筋在支撐模板、澆筑混凝土過程中發(fā)生偏差，從而給整體結構安全帶來不利影響。

4.6 加強后澆帶的混凝土施工的裂縫控制

所謂后澆帶就是在施工中為防止現澆鋼筋混凝土結構由于自身收縮不均或沉降不均可能產生的有害裂縫，按照設計或施工規(guī)范要求，在基礎底板、墻、梁相應位置留設的混凝土帶。在混凝土后澆帶的澆筑和振搗施工中，經常采用補償收縮的方法來控制裂縫[4]，但這種方法對混凝土溫度提出了更高的要求，其需要混凝土兩側的強度差異很小，否則就會造成不均勻沉降，從而嚴重影響結構的整體性。首先，在澆筑施工過程中必須嚴格控制好溫度，以防結構兩側混凝土在澆筑后出現強度和穩(wěn)定性的差異。其次，建議采用分層澆注的方式，以控制混凝土內外部溫度的差異，從而抑制溫度收縮裂縫的產生。第三，混凝土的振動應選擇適用于避免過度振搗的機械。這主要是因為混凝土過度振搗會導致粗骨料下沉、水泥漿浮起，致使混凝土出現不均勻的現象，容易產生表面裂紋。詳細的控制措施如下：

（1）對于已經嵌入鋼板止水器的部分，應及時清理鋼板止水器上的鐵銹，沖洗干凈以除去積水和灰渣。

（2）對于未安裝鋼板止水器的部分，應粘貼橡膠止水器。

（3）應根據設計要求選用混凝土標號，為確保后澆帶中新舊混凝土良好結合，需要在澆筑前將舊混凝土進行鑿毛并用水潤濕。

（4）對于銹蝕的鋼筋必須進行除銹處理，同時調整鋼筋，并修理保護墊塊，以確保鋼筋的正確間距和位置。

（5）排干接縫中的水，除去沉積物和兩側松散式子，直到形成堅固層，并力求平整。

5 結論

本文從大體積混凝土產生裂縫的原因出發(fā)，分析討論了裂縫形成的詳細原因和背后的機理，并闡述了大體積混凝土溫度裂縫的控制要點。建議在施工過程中，應對混凝土澆筑過程提前采取質量控制措施，同時結合施工后對混凝土的溫度和濕度控制措施，以盡量避免裂縫的產生。