关于大体积混凝土施工裂缝控制的探讨

关于大体积混凝土施工裂缝控制的探讨

张杰

中国葛洲坝集团基础工程有限公司湖北宜昌443002

摘要：随着工程建设领域施工技术的进步与发展，大体积混凝土结构的应用变得越来越广泛，若施工过程中控制不好，极易产生诸多混凝土质量问题，进而影响工程实体质量。其中，混凝土裂缝对于工程质量的影响相对较大，故如何采取措施控制大体积混凝土施工裂缝的探讨就显得较为重要。

关键词：大体积混凝土；施工；裂缝；裂缝控制

前言

随着工程建筑行业的不断进步与发展，大体积混凝土的应用越来越宽泛，施工技术也在逐步提升。但由于大体积混凝土施工中，裂缝问题是在工程建设中带有一定普遍性的技术问题，特别是基础贯穿裂缝出现在重要的结构部位，危害极大，它会降低结构的耐久性，削弱构件的承载力，同时会可能危害到建筑物的安全使用。所以如何采取有效措施防止出现裂缝，从施工技术上保证大体积混凝土施工质量，是值得关注的问题。

1、定义及特点

施工规范对大体积混凝土定义：混凝土结构实体小尺寸不小于1m的大型混凝土，或预计会因混凝土中胶凝材料水化引起的温度变化和收缩而导致有害裂缝产生的混凝土。这种结构具有体型大、砼浇筑数量多、条件复杂和技术要求高等特点。外荷载引起裂缝的可能性很小，而水泥水化过程中释放水化热产生温度变化与砼收缩的共同作用，会产生较大的温度应力和收缩应力，这是结构出现有害裂缝的主要因素。此类裂缝往给工程质量造成巨大危害，须采取措施加以控制，通常要采取切实可行的浇筑、振捣、养护措施来控制裂缝，最终保障大体积混凝土质量。

2、大体积混凝土浇筑及质量控制

大体积混凝土主要用于承重结构，在保障适用性、经济性的同时，安全性和耐久性也很重要。须从原材料优选、配合比优化、结构设计及构造、施工过程控制、管理等方面综合分析研究，确保工程质量。

2.1大体积混凝土的设计构造要求

2.1.1大体积混凝土工程的设计除应满足设计规范及生产工艺的要求外，宜符合下列要求：

⑴混凝土设计强度等级宜在C25-C40的范围内；

⑵配置承受温度应力及控制温度裂缝开展的构造钢筋；

⑶为减少约束，当大体积混凝土置于岩石类地基上时，宜在混凝土垫层上设置滑动层；

⑷设计中应尽可能减少外部约束对大体积混凝土的影响，如：地基、模板等；

⑸大块式基础及其他筏式、箱体基础不宜设置永久变形缝及竖向施工缝；

⑹大体积混凝土应根据混凝土浇筑过程中温度裂缝控制的要求设置水平施工缝。

2.1.2大体积混凝土工程施工前，应验算浇筑体的温度、温度应力及收缩应力，确定施工阶段温升峰值，内外温差及降温速率的控制指标，制定温控的技术措施。一般情况下，混凝土入模温度绝热温升值最大值不超过45℃，内外温差不超过30℃，降温速率为2.0℃/d。

2.1.3大体积混凝土模板宜采用钢模板、木模板或钢木混合模板。

2.2大体积混凝土的浇筑、振捣及养护

大体积混凝土浇筑时，为保证结构的整体性和施工的连续性，要依据工程现场的实际条件，以及工程本身的特点设计合理的施工方案。并加强施工中的温度控制、延缓降温速率、减小混凝土的收缩、提高混凝土的极限拉伸强度、改善约束条件和设计构造等方面全盘考虑，结合实际采取措施。

2.2.1浇筑

浇筑的质量直接影响混凝土成型质量，大体积混凝土在施工浇筑过程中，除了须选用专业、经验丰富的操作人员外，必须选取合适的浇筑方案，严格控制入模温度加强温度测控，解决好温度变形而引起混凝土开裂的问题。

⑴大体积混凝土的浇筑方案

浇筑方案应满足整体、连续浇筑的要求，与工程实际情况相结合，一般有三种浇筑方案，具体如下：

①全面分层：在整个模板内，将结构分成若干个厚度相等的浇筑层，浇筑区的面积即为基础平面面积。浇筑混凝土时从短边开始，沿长边方向进行浇筑，要求在逐层浇筑过程中，第二层混凝土要在第一层混凝土初凝前浇筑完毕。全面分层方案一般适于平面尺寸不大的结构。

②分段分层：当采用全面分层方案时浇筑强度很大，现场混凝土搅拌机、运输和振捣设备均不能满足施工要求，可采用分段分层方案。分段分层是指先从底层开始浇筑，当第一层混凝土浇筑一段长度后，便回头浇筑第二层，当第二层浇筑一段长度后，回头浇筑第三层，如此依次向前推进。分段分层方案适于结构厚度不大而面积或长度较大的情况。

③斜面分层：采用斜面分层方案时，混凝土由底部一次浇筑到顶，由于混凝土自然流淌而形成斜面。混凝土振捣工作从浇筑层下端开始逐渐上移。斜面分层方案多用于长度较大的结构，在选择方案时要根据整体浇筑的要求，结合结构物的特点以及施工的条件综合确定。

⑵浇注时间控制

尽量避开在太阳辐射较高的时间浇注，若由于工程需要在夏季施工，则尽量避开正午高温时段，浇注尽量安排在夜间进行。

⑶混凝土拆模时间控制

混凝土在实际温度养护的条件下，强度达到设计强度的75%以上，混凝土中心与表面最低温度控制在25℃以内，预计拆模后混凝土表面温降不超过9℃以上允许拆模。

2.2.2振捣

应采用振捣棒振捣，要做到‘快插慢拔”，宜将振动棒上下略有抽动，以便上下均匀振动。分层连续浇筑时，振捣棒应插入下层50mm，以消除两层间的接缝。每点振捣时间一般以lO～30s为宜，还应视混凝土表面呈水平不再显著下沉、不再出现气泡、表面泛出灰浆为宜。

2.2.3养护

混凝土浇注完毕后，应及时洒水养护以保持混凝土表面经常湿润，这样既减少外界高温倒罐，又防止干缩裂缝的发生，促进混凝土强度的稳定增长。一般在浇注完毕后12～18h内立即开始养护，连续养护时间不少于28d或设计龄期。

3、裂缝产生原因及防范措施

3.1产生原因：大体积混凝土结构裂缝的发生是由多种因素引起的，各类裂缝产生的主要影响因素如下：

3.1.2水泥水化热的影响：水泥水化过程中放出大量的热，且主要集中在浇筑后的7d左右，从而使混凝土内部温度升高，尤其对大体积混凝土更加严重，因为混凝土内部和表面的散热条件不同，就会形成温度差，内部产生压应力，表面产生拉应力，当拉应力超过混凝土极限抗拉强度时就会产生裂缝。

3.1.3混凝土的收缩：混凝土在空气中硬结时体积减小的现象称为混凝土收缩。混凝土在不受外力的情况下的这种自发变形，受到外部约束时（支撑条件、钢筋等），将在混凝土中产生拉应力，使得混凝土开裂。引起混凝土的裂缝主要有塑性收缩、干燥收缩和温度收缩等三种。在硬化初期主要是水泥石在水化凝固结硬过程中产生的体积变化，后期主要是混凝土内部自由水分蒸发而引起的干缩变形。

3.1.4外界气温湿度变化的影响：大体积混凝土结构在施工期间，外界气温的变化对防止大体积混凝土裂缝的产生起着很大的影响。混凝土内部的温度是由浇筑温度、水泥水化热的绝热温度和结构的散热温度等各种温度叠加之和组成。浇筑温度与外界气温有着直接关系，外界气温愈高，混凝土的浇筑温度也就会愈高；如果外界温度降低则又会增加大体积混凝土的内外温差梯度。如果外界温度的下降过快，会造成很大的温度应力，极其容易引发混凝土的开裂。另外外界的湿度对混凝土的裂缝也有很大的影响，外界的湿度降低会加速混凝土的干缩，也会导致混凝土裂缝的产生。

3.1.5其他因素的影响：建筑物基础的不均匀沉降也会产生裂缝，这种裂缝会随着基础沉降而不断的增大，待地基下沉稳定后，将不会变化。超荷载使用或未达到设计过早加荷载导致结构出现裂缝，这种裂缝称之为荷载裂缝。混凝土配合比不良会造成混凝土塑性沉降裂缝，一般是混凝土配合比中，粗骨料级配不连续、数量不够，砂率及水灰比不当所造成的裂缝。

3.2大体积混凝土的防裂措施

依据大体积混凝土裂缝形成原因的分析，预防和控制裂缝的措施主要有以下四方面：

3.2.1降低水泥水化热和变形

⑴选用低水化热或中水化热的水泥品种配制混凝土，如矿渣硅酸盐水泥、火山灰质硅酸盐水泥、粉煤灰水泥、复合水泥。

⑵充分利用混凝土的后期强度，减少每立方米混凝土中水泥用量。满足强度要求的情况下，避免过量使用水泥。

⑶使用粗骨料，尽量选用粒径较大、级配良好的粗细骨料；控制砂石含泥量；掺加粉煤灰等掺合料或掺加相应的减水剂、缓凝剂，改善和易性、降低水灰比，以达到减少水泥用量、降低水化热的目的。

⑷在基础内部预埋冷却水管，通入循环冷却水，强制降低混凝土水化热温度，在主题混凝土温度明显稳定降低至合理水平后采用灌浆封闭。

⑸在厚大无筋或少筋的大体积混凝土中，掺加总量不超过20%的大石块，减少混凝土的用量，以达到节省水泥和降低水化热的目的。

⑹在拌合混凝土时，还可掺入适量的微膨胀剂或膨胀水泥，使混凝土得到补偿收缩，减少混凝土的温度应力。

⑺设置后浇缝。当大体积混凝土平面尺寸过大时，可以适当设置后浇缝，

以减小外应力和温度应力；同时也有利于散热，降低混凝土的内部温度。

3.2.2降低混凝土温度差

⑴选择较适宜的气温浇筑大体积混凝土，尽量避开炎热天气浇筑混凝土。

⑵掺加相应的缓凝型减水剂，如木质素磺酸钙等。

⑶分层入仓，每层厚度根据振捣能力选取合适厚度，并且上下两层浇筑间隔不应大于混凝土初凝时间。

3.2.3加强施工中的温度控制

⑴在混凝土浇筑之后，做好混凝土的保温保湿养护，缓缓降温，充分发挥徐变特性，减低温度应力，夏季应注意避免曝晒，注意保湿，冬期应采取措施保温覆盖，以免发生急剧的温度梯度发生。

⑵采取长时间的养护，规定合理的拆模时间，延缓降温时间和速度，充分发挥混凝土的“应力松弛效应”。

⑶加强测温和温度监测与管理，实行信息化控制，随时控制混凝土内的温度变化，内外温差控制在25℃以内，基面温差和基底面温差均控制在20℃以内，及时调整保温及养护措施，使混凝土的温度梯度和湿度不至过大，以有效控制有害裂缝的出现。

⑷合理安排施工程序，控制混凝土在浇筑过程中均匀上升，避免混凝土拌

合物堆积过大高差。在结构完成后及时回填土，避免其侧面长期暴露。

3.2.4提高混凝土的极限拉伸强度

⑴选择良好级配的粗骨料，严格控制其含泥量，加强混凝土的振捣，提高混凝土密实度和抗拉强度，减小收缩变形，保证施工质量。

⑵采取二次投料法，二次振捣法，浇筑后及时排除表面积水，加强早期养护，提高混凝土早期或相应龄期的抗拉强度和弹性模量。

⑶改善配筋。为了保证每个浇筑层上下均有温度筋，建议设计人员将分布筋做适当调整。温度筋宜分布细密，一般用φ8钢筋，双向配筋，间距15cm。这样可以增强抵抗温度应力的能力。上层钢筋的绑扎，应在浇筑完下层混凝土之后进行。

结束语

随着经济社会的快速发展，大体积混凝土结构也越来越普遍，若施工过程中处理不当，极易产生表面裂缝和贯穿性裂缝，进而对建筑结构的整体性、耐久性和防水抗渗性产生影响。但如果严格按规范规定施工，仔细排查并发现裂缝形成原因，实际有效采取防裂缝的措施，还是可以很好地控制大体积混凝土结构的裂缝问题，进而保证结构的安全、适用。

参考文献

[1]彭立海.大体积混凝土温控与防裂[J].黄河水利出版社，2005.

[2]周建亮，刘志国.超大体积混凝土施工技术例析-以青岛市开发区国际贸易中心为例[J].青岛理工大学学报，2010（1）.