大體積構件裂縫控制措施

梁樺林

河南省商丘市公路局，河南商丘 476200

1 概述

國內外對大體積混凝土有許多不同的定義，至今沒有統一標準，我國《混凝土結構工程施工及驗收規范》認為，建筑物的基礎最小邊尺寸在1m～3m 范圍內就屬大體積混凝土。

隨著我國城市大型公共設施和高層建筑的興建，除水工結構、大型設備基礎和橋梁中應用大體積混凝土外，現代工業與民用建筑中大體積混凝土也被廣泛使用。高層建筑地下結構裂縫調查中，底板出現裂縫的現象占20%左右，地下室的外墻混凝土出現裂縫的現象占80%左右，這些裂縫的出現勢必影響到結構的整體性和耐久性。所以減少大體積混凝土的裂縫顯得至關重要。

2 裂縫產生的原因

2.1 水泥水化熱與約束的影響

大體積混凝土澆筑后，水泥產生大量的水化熱。由于混凝土表面散熱的影響，混凝土中心溫度向表面遞減，產生溫度梯度，導致混凝土內外變形不統一，因而產生溫度應力，由于混凝土所受約束的不相同而導致產生溫度應力大小也不相同，當混凝上抗拉應力不能抵抗溫度應力的作用時，結構就會產生裂縫。

2.2 外界環境變化的影響

大體積混凝土結構在施工期間，外界氣溫的變化對防止混凝土裂縫的產生起著很大的影響。混凝土內部的溫度是由澆注溫度、水泥水化熱的絕熱溫升和結構的散熱溫度等各種溫度疊加組成。澆注溫度與外界氣溫有著直接關系，外界氣溫越高，混凝土的澆注溫度也就會越高；如果外界溫度降低則又會增加大體積混凝土的內外溫度梯度。如果外界溫度下降過快，會造成很大的溫度應力，極容易引發混凝土的開裂；另外，外界的濕度對混凝土的裂縫也有很大的影響，外界的濕度降低會加速混凝土的干縮，也會導致混凝土裂縫的產生。

2.3 混凝土收縮影響

大體積混凝土收縮包括自由收縮、塑性收縮、碳化收縮和干縮。混凝土在不受外力情況下的這種自發變形，受到外部約束時（支承條件、鋼筋等），將在混凝土中產生拉應力，使得混凝土開裂。引起混凝土裂縫的原因主要是后3 類收縮。在硬化初期主要是水泥石在水化凝固結硬過程中產生的體積變化，后期主要是混凝土內部自由水分蒸發而引起的干縮變形。

2.4 其它原因

大體積混凝土水泥中的堿與活性骨料中的活性氧化硅起化學反應會產生裂縫；混凝土自身的不均勻性和脆性都是混凝土易于形成裂縫的內在的因素；建筑結構地基不均勻沉降也可產生裂縫；另外，大體積混凝土結構通常是不配鋼筋或鋼筋數量很少，如果出現了拉應力，就要依靠混凝土本身來承受，也可能產生裂縫。

3 防治措施

大體積混凝土的裂縫破壞了結構的整體性、耐久性、防水性，危害嚴重，必須加以控制，混凝土的開裂主要是水泥水化熱使混凝土溫度升高引起的，所以采用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，就可避免出現裂縫。這些措施包含了混凝土施工的全過程，包括選擇構造設計、混凝土組成材料、施工安排、澆注前后降低混凝土的措施和養護保溫等。

3.1 構造設計措施

1）當混凝土結構尺寸過大時，為減小外約束力、溫度應力和混凝土內部熱量的散發，降低混凝土的內部溫度，可設置后澆帶，在正常施工條件下，后澆帶間距20m～30m，保留時問一般不小于60 天后澆帶封閉時，用補償收縮混凝土澆灌密實；

2）設置緩沖層:為了緩解地草對基礎收縮時的側壓力，可在大體積混凝土的某些部位設置緩沖層；

3）設置增強配筋：在容易開裂部位配置斜向鋼筋或鋼筋網片或在邊緣部位設置暗梁并配置一定數暈的抗裂鋼筋，提高該部位的配筋率，可顯著提高混凝土的抗裂性能。

3.2 優選混凝土原材料

1）水泥的選擇：大體積混凝土產生裂縫的主要原因就是水泥水化過程中釋放大量的熱量。因此在混凝土施工中應盡量使用低熱或者中熱的礦渣硅酸鹽水泥、火山灰水泥或硫酸鹽水泥，并盡量降低混凝土中的水泥用量，以降低混凝土的溫升，提高混凝土硬化后的體積穩定性。為保證減少水泥用量后混凝土的強度和坍落度不受損失，可適度增加活性細摻料替代水泥。

2）骨料的選擇：骨料在大體積混凝土中所占比例一般為混凝土絕對體積的80%～83%，因此，在選擇骨料時，應選擇線膨脹系數小、巖石彈模較低、表面清潔無弱包裹層、級配良好的骨料，控制粗細骨料的含泥量，既可以減少用水量，也可以相應減少水泥用量，還可以減小混凝土的收縮和泌水現象。在選擇細骨料時，采用平均粒徑較大的中粗砂，從而降低混凝土的干縮，減少水化熱量，對混凝土的裂縫控制有重要作用。

3）摻入外加劑（料）：摻入適量的緩凝型外加劑和摻和料，可顯著改善混凝土的和易性，從而降低用水量和混凝土的水化熱。若在混凝土中摻入占水泥質暈0.25%的木質素磺酸鈣,可減少10%的拌和水，節約10%的水泥；若在混凝土中加入適暈的粉煤灰，降低膠凝材料體系的水化熱，但摻量不能大于30%。

摻加適量的減水劑，可有效地增加混凝土的流動性，且能提高水泥水化率，增強混凝土的強度，從而可降低水化熱，同時可明顯延緩水化熱釋放速度。

3.3 控制大體積混凝土裂縫施工措施

1）控制混凝土入模溫度，混凝土入模溫度與出機溫度密切相關，另外還與運輸工具、運距、轉運次數、施工氣候等有關。在溫度較高的情況下進行施工，可以在施工現場對堆在露天的砂石用布覆蓋，以減少陽光對其的輻射，同時對澆注前的砂石用冷水降溫。在攪拌過程中向混凝土中添加冰水；

2）控制澆筑層厚度和進度，以利散熱。每層厚度在300mm～500mm 范圍內，上下層澆注混凝土時間間隔不得超過初凝時間；

3）控制混凝土下料時的自由下落高度不大于2m；混凝土白高處自由傾落高度超過2m時，應沿串筒、溜槽、溜管等下落，以保證混凝土不至發生離析現象。

4）混凝土振搗選用插入式振動器，振動器的振搗方法采用垂直振搗，即振動棒與混凝土表面垂直。振動器的操作要做到“快插慢拔”，避免混凝土出現離析現象，同時保證振搗密實。

3.4 混凝土的養護及溫度控制

1）正確的保護、養護措施也是防止大體積混凝十裂縫的關鍵，混凝土的養護條件包含混凝土的潮濕狀態及養護溫度。濕養護能使混凝十盡可能接近于飽和狀態，防止混凝土表面脫水產生干縮裂縫；而保溫養護的目的主要是降低大體積混凝土澆筑體的里、外溫差值，以降低混凝土塊體的自約束應力，同時降低混凝土塊體的降溫速度，以充分利用混凝土的抗拉強度，達到防止產生和控制裂縫的目的。

2）為降低大體積混凝土的水化熱，在混凝土的內部通入冷卻循環水，采用循環法保溫養護，以便加快混凝土內部的熱量散發。為能夠較準確地測量出混凝土內部溫度，在混凝土中預埋測溫管，用水銀溫度計測溫。上下層溫差控制在15℃～20℃之內。根據各測點的溫度，可及時繪制出混凝土內部溫度變化曲線，對照混凝土理論計算值，分析存在的問題，有的放矢地采取相應的技術措施。

4 結論

對于大體積混凝土裂縫，應以預防為主，大體積混凝土工程是個復雜的系統工程。因此，在設計、材料選取和施工過程控制必須相互聯系，必須結合實際、全面考慮、合理采用，才能起到良好的效果。

實踐證明，改善施工工藝，提高施工質量，做好溫度監測工作及在加強養護等方面采取有效的施工技術措施，堅持嚴謹的施工組織管理，是可以在一定程度控制大體積混凝土溫度裂縫和施工裂縫的產生。

[1]國家標準《混凝土結構設計規范》GB50010-2002.

[2]工鐵夢.工程結構裂縫控制[M].中國建筑工業出版社，1997.

[3]朱伯芳.大體積混凝土溫度應力與溫度控制[M].中國電力發電學報，1999.

[4]金濤，陳軍科.高層建筑基礎大體積混凝土抗裂措施分析[J].混凝土，2000(9).