大體積混凝土裂縫控制淺探

摘要：本文以橋梁工程為主，通過對大體積砼裂縫形成原因進行分析，從而提出解決大體積砼裂縫控制的要點及措施，其控制方法和經驗數據值得借鑒使用。

關鍵詞：承臺；大體積砼；施工；質量控制

1 概述

1.1 大體積砼概念

大體積混凝土目前國內尚無一個明確的定義。美國混凝土學會(ACI)規定：“任何就地澆筑的大體積混凝土，其尺寸之大，必須要求解決水化熱及隨之引起的體積變形問題，以最大限度減少開裂”。日本建筑學會標準(JASS5)規定：“結構斷面最小厚度在80cm以上，同時水化熱引起混凝土內部的最高溫度與外界氣溫之差預計超過25℃的混凝土，稱為大體積混凝土”。

大體積混凝土不是由其絕對截面尺寸的大小決定的，而是由是否會產生水化熱引起的溫度收縮應力來定性的，但水化熱的大小又與截面尺寸有關。

1.2目前新的觀念

所謂大體積砼，是指其結構尺寸已經大到必須采取相應技術措施、妥善處理內外溫差值、合理解決溫度應力、并按裂縫開展控制的砼。

2裂縫出現主要問題及原因分析

從上述的大體積砼概念中可以看出，大體積砼的質量控制重點就是砼的溫度控制區，防止大體積砼結構裂縫的產生。

2.1出現裂縫的主要因素：

由于大體積砼結構的截面尺寸較大，固由外荷載引起裂縫的可能性很小，但水泥在水化反應過程中釋放的水化熱產生的溫度變化和砼收縮的共同作用，將會產生較大的溫度應力和收縮應力從而出現結構裂縫。

2.2裂縫產生的主要原因分析：

表面裂縫：大體積砼在澆筑初期，由于水泥水化熱大量產生，使砼溫度急劇上升，其內外溫差加劇，使砼內部產生壓應力，而表面產生拉應力，從面出現裂縫。表面裂縫雖不屬于結構裂縫，但砼收縮時易產生應力集中現象，將促使裂縫地一步展開。

深層裂縫：在基礎約束范圍內的砼，處在大面積拉應力狀態，若在這區域產生裂縫，則極有可能發展成深層裂縫甚至貫穿裂縫。施工中是不允許出現的，具有較大的危害性。

貫穿裂縫：大體積砼澆筑初期，砼處于升溫階段及塑性狀態，彈性模量很小，變形變化所引起的應力也很小；當砼澆筑一定時間后，水泥水化熱已基本釋放，砼逐漸降溫引起砼收縮，再加上砼中多余水分蒸發引起體積收縮變形產生拉應力，當拉應力超過砼極限抗拉強度時，砼整個截面就會產生貫穿性裂縫。

3裂縫控制要點探討

3.1防止混凝土早期熱開裂主要考慮三方面因素：在澆筑的混凝土結構中溫度的發展；剛澆筑的混凝土的力學性能；基礎或鄰接結構對混凝土結構的約束程度。

3.2采取適當措施控制混凝土溫度升高和溫度變化速度在一定范圍內，使溫度變化產生的應力小于混凝土的抗拉強度，控制混凝土內部與表面溫差小于25℃~30℃，避免出現裂縫。

3.3現有大體積結構裂縫絕大多數是由溫度裂縫產生的，施工中控制溫度裂縫的技術措施主要有：采用中、低熱的水泥品種；對砼結構合理進行分縫分塊；在滿足強度和其它性能要求的前提下，盡量降低水泥用量；摻加適宜的骨料；控制砼的出機溫度和澆筑溫度；預埋水管、通水冷卻，降低砼的內部溫升；采取表面保護、保溫隔熱措施，降低內外溫差；采取防止大體積砼裂縫的結構措施等。

3.4 工程實例介紹

3.4.1 工程實例一

廣州市珠江黃埔大橋主墩承臺大體積砼施工承臺為啞鈴形，其結構尺寸為2×（19m×19m×6m）+（31m×8m×6m），C30混凝土共計5820m3。施工時裂縫控制措施為：

其一：降低混凝土發熱量

采用低水化熱水泥和降低水泥用量。采用廣州水泥廠的“金羊”牌42.5RP.O水泥，水泥用量為每方275kg。采用雙摻技術。摻入粉煤灰和KJ－45L高效緩凝減水劑，粉煤灰采用超量代換法，摻入量為95kg/m3，占膠凝材料的25.6%，采用高效緩凝減水劑。應用顆粒形狀好和級配好的骨料。用低流動性、低坍落度混凝土。利用后期強度可減少水泥用量，大體積砼結構在澆筑完畢后往往要有較長一段時間才承受荷載，因此可用60天或90天的砼強度。

其二：降低砼澆筑溫度

該工程承臺澆筑時間為9、10月份，避免散裝水泥剛出廠就用于施工，集料應避免陽光直射，或者噴水冷卻集料；降低拌和用水溫度，使拌和用水控制在10℃以下，有效地控制了混凝土的入模溫度，入模溫度全部控制在30℃以下。

其三：分塊分層澆筑混凝土

承臺共分兩層澆筑，第一層澆筑厚度為2.2m，第二層澆筑厚度為3.8m。

其四：埋設冷卻水管

承臺第一層埋設2層冷卻管，間距為1m，下層距底0.7m，上層距頂0.5m，同層冷卻管間距為1.5m，冷卻管直徑為2.5cm，管厚為1.5mm的鋼管。第二層埋設3層冷卻管，間距為1.2m，下層距底為0.7m，上層距頂為0.7m，同層冷卻管間距為1.5m，每層冷卻管配2臺潛水泵，在混凝土蓋過冷卻管時由專人負責往冷卻管內注入涼水降溫，冷卻水流量大于0.9m3/小時。持續養生7天，冷卻速度以每天溫度下降0.6℃左右為宜。

其五：加強混凝土澆筑時的控制

澆筑混凝土時，混凝土的分層厚度控制在20cm－30cm。采用插入式振搗器，澆筑后及時排除表面積水，進行二次抹面，防止早期裂縫的出現。

其六：表面保溫與保持濕潤。在混凝土澆筑后，在混凝土表面用土工布覆蓋一層，再用麻袋覆蓋兩層，并用冷卻管的出水灑水養生。盡量晚拆模，并在拆模后立即回填土，利用回填土來進行保溫，使得混凝土緩慢降溫，緩慢干燥，減小混凝土內外溫差。

其七：溫度監測。承臺混凝土入模溫度為28℃－30℃，經過2d－3d后中心溫度達到最高，4d天后開始降溫，經過10d－12d降溫階段后，中心溫度基本穩定。參見下述澆筑溫度走勢圖 1(圖中溫度測點位置均為從混凝土澆筑頂面算起) 。

南昌新八一橋主墩承臺施工溫度控制

主墩承臺平面上呈H型，高4M，上、下游部分平面尺寸為15M×8M，中間系梁為10M×7M，采用30#砼澆筑。施工時裂縫控制措施為：

其一：優化砼配合比，在保證強度的基礎上，盡可能降低水泥用量，從而降低砼水化熱溫升值。

水化熱溫升經驗方式：T=T0+Q/N+L/50式中

T水化熱溫升℃；

T0砼入化溫度 ℃；

Q每立方砼水泥用量Kg/m3；

n早期強類水泥為9，普通水泥為10，礦渣類水泥為11；

L每立方砼粉煤灰用量kg/m3。

從上式可知，每方砼每減少10Kg水泥用量，砼的水化熱溫升升降低1℃左右，因此，在保證砼強度的前提下，盡可能降低水泥用量是最有效量最可靠的溫控措施。

其二：采用低水化熱的水泥

525#礦渣水泥，其水化熱3天為55Kcal/Kg，7天為62Kcal/Kg，較普通水泥的水化熱低25-30%，屬中低熱水泥。采用525#礦渣水泥，可使用權砼水化熱降低5℃左右，這也是有效、有靠的溫控措施。（詳見表2）

其三：砼采用薄層澆筑

10#承臺第一澆筑層厚1.6M，第二澆筑層厚2.4M。在同一品質的砼情況下，如基礎第一層砼層進取采用1.2M，以上采用層厚在1.5M左右。則水化熱溫升可降低18%左右，降溫效果明顯。分層澆筑間歇期一般為5-7天，同時注意加強砼分層層面的結合處理。

其四：加強養護，降低砼內溫差

根據《砼結構工程施工及驗收規范》GB50204-92第4、5、3條規定：溫差不宜超過25℃。但實際施工中，要達以上要求比較困難，因此另采取以下措施加強砼養護：推算結構中心最高溫升；測定砼表面溫度與天氣溫度的關系，本次觀測砼表面溫度比氣溫高6℃左右；根據氣溫的變化，大致了解砼內外溫差；根據砼溫差的變化，可采取表面覆蓋保護、延長拆模時間、灑水養護等降溫、保溫措施。

4結束語

從上述工程實例中可以看出，事先進行大體積砼裂縫成因分析、必要的計算及合理的裂縫控制措施，比較成功地防止了承臺混凝土施工裂縫的產生，質量符合設計及規范要求，其控制方法和經驗數據得借鑒和推廣。