大体积混凝土裂缝的产生及预防研究

大体积混凝土裂缝的产生及预防研究

邓建平

广东家和置地投资有限公司广东珠海519000

摘要：大体积混凝土施工中的裂缝控制是一项较复杂问题，但这一问题带有普遍性。基于此，为保障生产建设的安全，本研究分析了大体积混凝土裂缝产生的原因，并针对相关的原因提出了预防措施和建议，供参考。

关键词：混凝土裂缝；预防措施；工程监理；分层浇筑

随着国民经济和建筑技术的发展，现代建筑规模不断扩大，大型现代化技术设施或构筑物不断增多，大体积混凝土的施工应用日益广泛。但是在应用中，由于项目管理人员、施工人员对施工工艺、原材料的特性以及大体积混凝土构造认识不够全面，进而出现了影响建筑物质量的裂缝，也会造成质量事故。

1.混凝土裂缝产生的原因分析

（1）水泥选用低热水泥，粗骨料选用适宜的粒径，细骨料选用中砂。施工前根据设计要求进行了混凝土的试配，确定最优配合比。混凝土结构在硬化期间产生的温差一般仅在表面处较大，离开表面就很快减弱，因此裂缝只在接近表面的范围内发生，表面层以下结构仍保持完整[1]。

（2）施工工艺因素：大体积混凝土施工时如果施工过程中对混凝土的拌制、运输、浇筑、温度控制、保养等环节控制不好，则极易出现裂缝.由于混凝土内部与表面散热速率不一样，在其表面形成较大的温度梯度，当混凝土接近周围环境条件之后保持相对稳定，而当环境条件下剧变时，由于混凝土为不良导体，形成温度梯度，当温度梯度较大吋，混凝土产生裂缝。混凝土现场施工应从东西两个方向同时浇筑，采用分段分层、往返推进、多层成型的方式，每层厚度为500mm，分层浇筑。由于混凝土浇注工地采用插入式振动器振密，振捣过程出现过振现象，沉实不足，或者骨料下沉，表层浮浆过多，混凝土浇筑后，没有及时抹压实（特别是初凝前的二次拌压），且表面覆盖不及时，受风吹日晒，表面水份散失快，产生干缩，混凝土早期强度又低，不能抵抗这种变形而导致开裂。分层浇筑时产生的泌水及浮浆，要求施工单位安排专门人员，采用人工及机械的方式排出。

（3）温度的影响：温度裂缝的产生一般是不可避免的，重要的是如何把其控制在规范允许的范围之内，要进行有效的控制，大体积混凝土基础，混凝土体量大，厚度大，在浇筑前期，水泥在水化过程中产生大量的水化热，而使混凝土内部温度不断升高，白天阳光照射、晚上降温等因素影响而出现冷热不均匀变化时，当内外部温差过大时。就会产生温度应力，温度应力一旦超过混凝土内外的约束力，就会产生裂缝。在硬化后期，混凝土内部自由水分蒸发，就会出现干燥收缩，而表面干燥收缩快，中心干燥收缩慢，使混凝土表面产生拉应力，造成混凝上开裂。故在大体积混凝土施工工程的质量控制中，控制温度裂缝，是质量控制的重中之重。

2.预防裂缝的措施和建议

某生产线生料磨立磨机基础就是典型的大体积混凝土基础工程，用于放置建设方从国内知名企业订购的某大型立磨磨机设备。该磨机价格高昂，对基础减震隔震有较高要求，同时安装精度要求也较高。设计要求：混凝土要求一次性整体浇灌．不允许设置施工缝，不允许出现冷缝；混凝土不允许出现裂缝。基础为整体浇灌的钢筋混凝土基础，混凝土等级为C30，基础筏板长13m，宽11m，厚6m，基础埋深6m，混凝土体积为858m3。本基础工程施工质量控制的重点和难点为混凝土温度裂缝的控制。水泥厂中的磨机基础就是大体积混凝土，通过多年的总结，从设计角度对这样带振动的特殊的设备基础，其动力系数为2.0，采用专门的设计方案[2]。

（1）机器设备的荷载合力中心、基础和设备机器的质量中心以及基础底面形心宜重合，尚不能满足时，宜在同一竖线上，当不在同一竖线上时，对于动力基础应满足《动力机器基础设计规范》的限值，避免产生有害的不均匀沉降，进而产生裂缝。

（2）对于承受静力荷载的设备基础，应满足地基承载力的要求，即Pk≤fa；Pkmax≤1.2fa满足《建筑地基基础设计规范》的要求。

（3）对于承受动力荷载的设备基础，由于地基土在重复荷载作用下，土的抗剪强度会相应减小，并随着振动加速度的增大而减小得很多，当振动加速度超过某一限值（如0.2-0.3g）后，特别是砂土地基将因振动压密而产生沉降，并应充分分析是否会产生液化的可能。动沉降比只受静力作用产生的沉降大得多，甚至大几倍，所以要控制动沉降，满足动力基础地基承载力的要求。

（4）对于动力基础，为避免由于机器设备振动产生较大裂缝的可能性，以及满足正常使用要求。通过理论计算，必须把振动控制在允许范围内，即满足动力机器基础的最大振动线位移，基础最大振动速度或基础最大振动加速度的要求。

（5）混凝土强度等级宜在C15~C35范围内，若混凝土设计强度过高，水泥用量过大，必然造成混凝土水化热过高，混凝土块体内部温度高，混凝土内外温差超过300℃以上，温度应力容易超过混凝土的抗拉强度，产生开裂。

（6）设备基础的外形状况和开洞形状由工艺专业提供，我们在进行设备基础的设计时，在满足工艺要求的情况下，不要刻意为降低投资而缩小设备基础几何尺寸，减少混凝土用量。

（7）块体式和墙式设备基础设计模式为刚体，《动力基础规范》规定，一般不必进行强度计算，即不考虑设备基础由于强度不够而产生裂缝的可能。

（8）大、中型设备基础除应满足承载力和构造要求外，还应增配因水泥水化热引起的温度应力及控制裂缝开展的钢筋，以构造钢筋来控制裂缝。配筋应尽可能采用小直径、小间距的I、II级钢筋，一般宜采用φ8~14，间距为100~150钢筋，全截面配筋率在0.15%~0.2%之间。承受动力的设备基础。块体式基础，应沿四周和顶、底面配置φ10~14，间距为150~200的钢筋网，墙式基础沿墙面配置钢筋网，框架式基础除按计算配置外，在有温差处和结构薄弱处加配钢筋。对于易产生应力集中，转角和孔洞处应增设构造加强筋。针对该生料磨立磨机基础设计单位还特别要求一是在钢筋笼设计时，除了满足基础的强度要求外，还设置了专门用来传递混凝土中心热量的构造及支架，利用钢筋及型钢良好的导热特性，加快混凝土中心部分热量向边缘的传递。二是在设计说明上明确要求，混凝土与基坑壁之间，设置不小于50mm厚的隔离层传热构造及支架（EPS泡沫．抗压强度100kN／m2），其作用一是隔震；二是防止基础混凝土边缘热量传递过快，造成基础表面与中心的温度差过大[3]。

监理单位在进行工程监理时：应督促施工单位编写《大体积混凝土施工专项方案》并组织专家论证。共进行了3次专家审查论证。论证通过后，根据专家意见，修改完善专项方案，报项目监理部审批。项目监理部根据相关规范标准、施工图及各项设计要求、施工专项方案等文件，编写了《大体积混凝土施工监理实施细则》，并报公司总工程师批准。

组织项目监理部对施工图、相关规范标准、《大体积混凝土施工专项方案》、《大体积混凝土施工监理实施细则》等技术标准、文件进行学习，明确总监理工程师及各专业监理工程师在本基础施工过程中的工作职责、旁站值班时间、质量记录表格格式、记录频率及记录要求等。

针对该生料磨立磨机基础的特殊性，优先采用商品混凝土。对施工单位选定的混凝土供应商的生产场地、生产能力、质量保证体系、生产过程控制、原材料采购及检测、运输车辆、运输线路进行现场考察对施工单位人员安排及分工、测温设备、施工机械、保温棚准备、保温材料、加温灯具、试验工具、应急发电机组的落实情况进行了检查。并且对混凝土供应商原材料储备、施工单位及混凝土供应商的应急预案的落实情况进行了检查。对混凝土运输时间进行了实地测试，并督促混凝土供应商与交警部门联系，落实道路保通措施。对混凝土配合比进行了审核。试配前要求混凝土供应商一次性完成原材料的准备，并专门储备。这样做一是为保证连续搅拌供应混凝土；二是让进厂水泥有一个降温时间，保证水泥入机温度不大于施工专项方案要求的温度；三是为保证碎石、砂的粒径、含泥量等符合要求，并且在必要时可提前对碎石采取降温措施。经过计算，大体积混凝土施工专项方案要求混凝土出厂温度不大于25℃，施工现场入模温度不大于27℃，运输时间不大于1h，坍落度控制为140±30mm，初凝时间为12～14h。为保证达到这些要求，专门安排了监理工程师分别在混凝土搅拌站及施工现场进行旁站监理，对相关数据进行记录。对混凝土生产及施工过程进行监督。对钢筋、模板等分项工程进行了验收。按监理规范的要求完成了其他准备工作。

施工单位在进行大体积混凝土施工时：混凝土现场施工从东西两个方向同时浇筑，采用分段分层、往返推进、多层成型的方式，每层厚度为500mm，分层浇筑。分层浇筑时产生的泌水及浮浆，要求施工单位安排专门人员，采用人工及机械的方式排出。优化混凝上配合比。在满足设计强度要求的前提下，尽可能地采用低标号水泥，同时，隔离层施工对大体积混凝土中心温度及表面温度进行理论计算，确保计算的温度差值小于规范要求的25℃，并留有余量，以此验算专项施工方案的可靠性，本工程理论计算的温度差为8℃。严格控制混凝土出厂温度及入模温度。根据计算，本工程混凝土的出厂温度不大于25℃，现场入模温度不大于27℃，运输时间不大于1h。采取措施，降低混凝土浇筑及养护期间的内外温度差。采用降低水泥用量的方法来降低混凝土的绝对温升值，其二，采用低水化热的矿渣水泥，减小由于水泥水化热引起混凝土浇筑内部温度和温度应力剧烈变化，从而导致混凝土发生裂缝。避免碱集料反应。如果混凝土骨料中含用活性氧化硅时，水泥胶凝材料中的碱离子与之发生反应产生碱硅酸盐凝胶体，该胶体具有强烈的吸水膨胀能力，其固相体积大于反应前的体积，从而引起混凝土开裂，并且难于修复，故我们在工程施工中采取降低混凝土的含碱量，即减少水泥用量；骨料选用强度高而又不含活性SiO2的花岗岩。控制含泥量小于1.5%；采用中、粗沙，控制含泥量小于1.5%。本次大体积混凝土浇筑施工，由于各参建单位均高度重视，项目监理部在公司总工程师的领导下，做了大量细致的前期工作。对技术、方案、组织等方面进行了深入的准备。并在实施过程中注重落实，使得本次大体积混凝土浇筑一次成功，质量合格，监理质量控制工作成效显著。现场施工过程中记录的混凝土内外部的温度，与施工专项方案中的计算结果基本吻合，并满足《大体积混凝土施工规范》（GB50496）的要求。经对混凝土实体进行检查，未出现可见裂缝[4]。

3.结语

总之，对大体积混凝土裂缝产生的原因和预防措施进行全面深入研究是非常必要的，也是大型建设工程的必要工作。因而，对于应用广泛的大体积混凝土工程，需要不断总结经验，完善措施，结合温控仿真模拟计算、自动化测温及信息化施工，使其走上成熟化、规范化的道路。只有这样才能提升自身能力、培育个人品牌、树立企业品牌，才能向业主提供优异的服务品质，最大程度地实现管理增值。

参考文献

[1]陈迎春.大体积混凝土裂缝产生原因及防治措施分析[J].安徽建筑，2013，20（3）：102-103.

[2]鄢华宾.探析建筑工程大体积混凝土裂缝的成因与防治措施[J].商品与质量，2014（2）：241-241.

[3]李世杰.建筑工程大体积混凝土裂缝的成因与防治措施探析[J].科技创新与应用，2014（22）：230-230.

[4]高友良，贺候平，赵燕莉.大体积混凝土的裂缝形成原因及防治措施[J].科技创新导报，2008（22）：74-74.