大體積混凝土施工的裂縫控制

郭繼遠，朱 博

河南省內鄉(xiāng)縣工程質量監(jiān)督站（474350）

通常我們把結構構件三個方向的最小尺寸超過800mm的混凝土施工，稱為大體積混凝土施工。

高層建筑的箱形基礎、筏板基礎或樁基承臺的施工，由于具有量大、坑深、塊體厚、鋼筋密等特點，所以此部位的施工都是體積較大的鋼筋混凝土工程。大體積混凝土溫度裂縫的形成原因較為復雜，施工中必須充分重視，要對其進行有效的控制。否則容易出現(xiàn)質量事故，造成不必要的損失。

在施工階段所產生的溫度裂縫,是其內部矛盾發(fā)展的結果，這種裂縫可稱為“初始裂縫”或“早期裂縫”，現(xiàn)將這種裂縫主要成因分析如下。

1 混凝土內部溫度的影響

大體積混凝土內部的實際溫度是一個由低到高,又由高到低的變化過程,即混凝土從澆筑完畢后,就有一個初始溫度即澆筑溫度，水泥水化熱引起混凝土溫升。以后由于水泥水化熱散發(fā)或人工冷卻，溫度又逐漸下降，待水泥水化熱散發(fā)完畢后混凝土的溫度才與大氣溫度相接近，此時稱為穩(wěn)定溫度。混凝土在澆筑初期，升溫速度快，混凝土內部溫升的峰值，一般在3～5天內產生，3天之內溫升可達到或接近最大溫升，此后趨于穩(wěn)定并開始降溫。由此可知，大體積鋼筋混凝土施工階段的溫度場在初期是變化的,而這些溫度分布形態(tài)將直接影響混凝土的表面。混凝土中心表面溫度之間的溫差、混凝土表面溫度與外界氣溫之間的溫差,將引起混凝土的溫度變形和應力，當溫度應力超過混凝土抗拉強度，有可能引起混凝土裂縫。

2 外氣溫變化的影響

大體積鋼筋混凝土在施工階段,外界氣溫的變化影響是顯而易見的。外界氣溫高，混凝土的澆筑溫度也愈高，如果外界溫度下降，就又增加了混凝土的降溫幅度。特別是氣溫驟降，會增加外層混凝土與內部混凝土的溫度梯度，這對于大體積混凝土是極為不利的。因為溫度應力是溫差所引起的溫度變形造成的，溫差較大，溫度應力也愈大，而在高溫條件下，大體積混凝土不易散熱，氣溫驟降，造成混凝土內部與外部較大溫差，從而引起過大溫度應力，有可能使混凝土產生裂縫。

3 內約束的影響

物體的變形只有受到約束時才能引起應力。約束一般分為外約束和內約束，外約束指結構物的邊界條件，即一個物體的變形受到其它物體的阻礙（約束），內約束指結構截面較大，其內部溫度和濕度分布不均勻，引起各質點變形的相互約束，大體積混凝土由于溫度變化會產生變形，而這種變形又受到內約束，便產生了應力，這就是溫度變化引起的應力狀態(tài),而這種應力超過某一數值時，便引起混凝土裂縫。

4 混凝土的干縮變形

混凝土干縮主要原因是由于水分的蒸發(fā)。混凝土中80%的水分要蒸發(fā)，使混凝土干縮，約20%水分是水泥硬化所必需，使混凝土在水化作用時產生自生體積變形。混凝土的水分蒸發(fā)、干燥過程，總是由表及里，逐步發(fā)展的，因而濕度總是不均勻的，干縮變形也是不均勻的，對于大體積混凝土干縮只發(fā)生在表層很淺的部位,但也可能發(fā)展成為更嚴重的裂縫，因此不能忽視混凝土干縮問題，影響混凝土干縮的因素很多，主要有水泥品種和混合材料、混凝土配合比、化學外加劑和養(yǎng)護條件等。

綜上所述，溫度變化（降溫）和收縮（干縮）的共同作用是引起混凝土開裂的主要因素。了解了混凝土開裂的主要原因，應可以采取控制溫度裂縫的技術措施。

為了控制混凝土裂縫的發(fā)展，應該從控制溫升、延緩降溫速率、減小混凝土收縮、提高混凝土極限拉伸、改善約束程度和設計構造等幾個方面，采取一系列技術措施，這些措施并不是孤立的，而是相互聯(lián)系、相互制約的，必須結合實際全面考慮合理采用，才能收到效果。

1）設計構造

在設計構造上重點應放在改善大體積混凝土基礎結構的構造和配筋，減小結構的內外約束兩個方面，此項內容是設計方的工作，不在我們施工方考慮之列，在此不作進一步論述。

2）原材料的要求

水泥和骨料的品種和用量，對大體積混凝土發(fā)生裂縫的影響很大。如前所述，引起混凝土裂縫的主要原因是水泥水化熱的大量積聚，使混凝土出現(xiàn)早期溫升及后期降溫現(xiàn)象。為此,在施工中宜用低熱的水泥品種，其特性是干縮性較小、抗裂性較好。混凝土的粗細骨料級配的好壞，對節(jié)約水泥和保證混凝土具有良好的和易性有很大關系。粗骨料應盡可能接近中間級配，細骨料以采用中、粗砂為宜。砂石的含泥量必須嚴格控制，一般石子的含泥量控制在小于1%，砂子含泥量控制在小于2%。

3）摻加劑的采用

在混凝土中摻入少量的外加劑，可以改善其性能，節(jié)約水泥用量，減少收縮，縮短施工。采用摻加劑可進一步改善混凝土的坍落度，滿足可泵性，采用單純增加單位用水量，多用水泥加劇混凝土收縮，并使水化熱升高，容易引起混凝土開裂等弊端。以粉煤灰作外摻劑，部分代替水泥，不僅可以改善混凝土的和易性，有利于施工操作，而且對降低混凝土的水化熱有良好的作用，同時還有明顯的經濟性。

5 控制混凝土的出機溫度及澆灌溫度

溫度控制是大體積混凝土施工中的一個重要環(huán)節(jié)，是防止溫度裂縫的關鍵。為了降低混凝土的總溫升，減少結構的內外溫差，控制出機和澆灌溫度是一個重要方面。

控制出機溫度:混凝土中石子的比熱較小，而1 m3混凝土中石子所占的重量最大，水的比熱最大，而其重量在每立方混凝土中只占一小部分，因此，對混凝土出機溫度影響最大的是石子及水的溫度，在氣溫較高的季節(jié)施工時，為防止太陽直接照射，可在砂石堆場上搭設遮陽料蓬，必要時也可在使用前洗骨料。

控制澆灌溫度，為了降低混凝土從攪拌機出料到卸料、泵送、澆灌振搗后的溫度，減少結構的內外溫度，一般按季度采取措施。夏季施工時，則應從減少“冷量”損失著手，澆灌混凝土過程中，采取有效措施來縮小混凝土暴露面，加快澆灌速度，縮短澆灌時間，在施工時，應做到保溫澆灌，保溫養(yǎng)護,在混凝土沒有達到允許臨界強度（設計強度30%～40%）以前防止凍害。

6 加強混凝土的施工過程

控制混凝土抗拉強度低，這是容易開裂的內在因素，因此在施工的全過程，必須制造條件，確保混凝土均勻密實，提高混凝土的抗拉強度。在施工中應將熱強比H即混凝土總水化熱WQ（W為水泥最終水化熱，Q為1 m3混凝土的水泥用量）與混凝土強度F之比H=WQ/F，作為控制大體積混凝土施工全過程的一項指標。當H值越小，就越反映出獲得同樣混凝土強度的總熱量減小。因此，必須進一步嚴格控制水泥用量和水量，摻入合適的外加劑，優(yōu)化混凝土級配，改進混凝土攪拌、運輸、澆灌、振搗等工藝，以提高混凝土施工工藝水平來促進抗裂度的提高。

7 加強混凝土的養(yǎng)護

在盡量減少混凝土內部溫升的前提下,大體積混凝土的養(yǎng)護是一項十分關鍵的工作，必須切實做好。養(yǎng)護工作就是要保持適宜的濕度和溫度條件,保證新澆筑的混凝土有適宜的硬化條件，防止在早期由于干縮而產生裂縫，為防止裂縫產生，應在混凝土澆筑完畢后，及時灑水養(yǎng)護，以保持混凝土表面經常濕潤。混凝土養(yǎng)護時的溫度控制方法，根據當時施工時的季節(jié)溫度，可采用降溫法、保溫法、蓄水法、水浴法等，各法均有利弊，應根據施工地區(qū)、季節(jié)結合實際情況采用。

8 加強混凝土的溫度監(jiān)測

溫度控制是大體積混凝土施工中的一個重要環(huán)節(jié)，是防止溫度裂縫的關鍵，而在引起裂縫產生的諸多因素中，混凝土水化熱和外界氣溫造成的結構內部的溫度應力是一個主要因素。為了控制裂縫的產生，必須加強溫度監(jiān)測工作，對混凝土內部溫度進行監(jiān)測，測溫采用電子測溫儀，從預埋測溫管到定時測溫，應由專職測溫人員進行。測溫時若發(fā)現(xiàn)混凝土內部最高溫度與表面溫度之差達25℃或溫度異常時，應及時報告，以便及時采取處理措施。