特殊工程大體積混凝土裂縫控制

李志峰

0 引言

混凝土工程裂縫會對混凝土工程的耐久性造成很大影響，細微的裂縫還會影響混凝土工程的美觀。有些對混凝土裂縫有嚴格要求的特殊工程，一旦產生裂縫，會造成很大的危害，延誤工期，造成經濟浪費。

對于大體積混凝土，當混凝土澆筑后，由于水化熱的產生，更容易造成混凝土結構裂縫。因此，混凝土工程裂縫的控制是一項極為重要的內容。本文結合現今混凝土結構容易開裂的現象，以及具體工程對改善措施談一些看法。

1 工程簡述

某大學應急工程結構試驗室加載試驗臺座，箱體結構，頂板長43 m，寬13 m，厚1 m，屬于大體積混凝土，結構用于試驗室加載試驗。該結構混凝土強度C40，混凝土方量約560 m3。由于該試驗臺座用途，臺座表面不能有裂縫，所有混凝土需要一次澆筑完畢。臺座長度達43 m，超過規范每30 m混凝土結構留置施工縫的要求，需要一次澆筑完畢，給施工帶來很大難度。

2 混凝土結構裂縫產生原因

混凝土裂縫的發生是由多種因素引起的，在不考慮其他因素，只考慮混凝土原因方面，產生的裂縫主要有混凝土收縮裂縫和溫差裂縫以及原材料不合格造成的安定性裂縫。

2.1 混凝土收縮裂縫

混凝土收縮是指在混凝土凝結初期或硬化過程中出現的體積縮小現象。較大的收縮會引起混凝土開裂。

混凝土的塑性收縮是造成混凝土早期裂縫的一個重要原因之一，當混凝土中的水分蒸發速度超過其泌水速度時，就會產生干燥收縮。在水泥活性大、混凝土早期溫度高，或者水灰比較低的情況下都會加劇引起開裂，因為這時混凝土的泌水率明顯減小，表面蒸發的水分不能得到補充，混凝土這時候一般尚處于塑性狀態，稍微一點應力都會造成表面的開裂。因為裂縫的產生，更多的水分加快蒸發，更加劇了裂縫的擴展。

2.2 混凝土的溫差裂縫

混凝土澆筑后，由于水泥水化會產生大量熱量，特別是大體積混凝土，由于產生的熱量不能及時散失而堆積在一起，導致混凝土內部溫度往往在70℃以上，甚至能達到90℃。由于大體積混凝土內部溫度不易散失，而相對靠近混凝土表面的部分由于外界環境的影響溫度散失相對較快，并且距離混凝土表面部分會隨著周圍環境的影響有一定的波動，致使混凝土內外溫度不均勻，產生較大溫差，使混凝土內部產生壓應力，表面產生拉應力。此時混凝土齡期很短，抗拉強度很低，當兩種應力的作用超過混凝土的極限抗拉強度時，導致混凝土產生裂縫。這種裂縫一般發生在混凝土澆筑后3 d左右，隨著時間推移，混凝土溫度達到混凝土體溫度和水化熱溫升的頂點后，溫度開始下降，由于降溫產生收縮，再加上混凝土硬化過程中，內部拌合水的水化和蒸發以及膠質體的膠凝等作用，使混凝土加劇收縮。混凝土的這些收縮受到結構本身的約束，也會產生很大拉應力，造成混凝土開裂。

2.3 其他造成混凝土裂縫的原因

由于混凝土骨料中堿活性成分造成的堿骨料反應。

3 混凝土裂縫的控制措施

3.1 混凝土質量控制措施

嚴格控制各項原材料的質量，控制混凝土中總堿含量，避免堿骨料反應的發生。

水泥選用比表面積在350 m2/kg左右，水化熱較低，堿含量低，石膏含量較小的水泥，經過試驗選用曲寨普通硅酸鹽水泥，比表面積348.6 m2/kg，堿含量0.45%，熟料含量 7.36%，混合材摻量 8.95%。

粗骨料在混凝土中所占比例一般在絕對體積的80%～83%左右，在選擇時，應選擇線性膨脹系數小，巖石彈性模量低，表面清潔無包裹層、級配良好、堿含量低的碎石。經試驗，選用井徑碎石，連續粒級5mm～31.5mm，含泥量0.1%，泥塊含量0%，壓碎指標5.1%。

細骨料應選用細粉含量在15%～18%之間，含泥量和泥塊含量小的中砂，經過試驗，選用正定南樓中砂，含泥量1.1%和泥塊含量0.5%，細粉含量16%。

外加劑選用具有高效減水和引氣符合型外加劑，減少混凝土的用水量，改善混凝土的工作度，提高硬化混凝土的力學性能和耐久性能。經試驗，選用石家莊克羅曼公司生產的高效聚羧酸符合外加劑，減水率28%，28 d抗壓強度比176%，28 d收縮率比76%，外加劑摻量1.0%。

混凝土的初始溫度和溫度的變化對混凝土裂縫非常敏感。配合比設計考慮雙摻法，摻加粉煤灰和高性能礦粉，減少水泥用量，降低混凝土早期水化熱，在配合比中摻加20%華奧電力Ⅰ級粉煤灰，摻加天力S95級礦粉，摻量為15%。粉煤灰和礦粉的摻加減少了水泥用量，降低了混凝土早期水化熱，對混凝土后期強度增長有明顯作用。

該工程施工時間為3月份，各項原材料溫度均不高，不再采用原材降溫的方法降低混凝土的出機溫度。保證混凝土的出機溫度與環境溫度的溫差不超過15℃。

3.2 施工控制措施

大體積混凝土施工的整個階段必須不斷測量混凝土各個部位的內外溫度，以便準確了解混凝土內部溫度情況，以解決混凝土構件外部養護條件。混凝土測溫點布置在中心、邊緣等各處，每個測溫標竿設3個測溫點。分別位于構件中部，構件的上下邊緣。混凝土澆筑完畢一周內，每2 h測量一次，將混凝土構件內部與表面、表面與大氣溫度的溫差控制在25℃以內。

由于夜間溫度較低，與混凝土體溫差大，所以施工時間安排在白天進行，模板支護應嚴密，模板間填縫材料要充分，盡量減少漏漿情況。在保證混凝土和易性前提下，盡量減少砂率，控制混凝土膠骨比在1∶3以上。

由于本工程構件長度較大，中間不留施工縫，并且一次澆筑完畢，經過研究，采用由兩邊向中間澆筑的方法進行澆筑(見圖1)，同時在澆筑到構件中部時，在混凝土中摻加6%膨脹劑，利用微膨脹作用，減少構件由于過長，容易產生伸縮裂縫的危害。

圖1 混凝土澆筑示意圖

采用二次振搗。混凝土二次振搗能否取得預期效果的關鍵是確定合理的振搗時間。如果距離初次振搗時間間隔過短，則效果不明顯;如果時間間隔過長，特別是在混凝土初凝后，超出了重塑時間范圍，則會破壞混凝土結構，影響混凝土質量。為了確定時間，在試驗室測量混凝土的凝結時間試驗，根據試驗室測定，當混凝土坍落度在50mm左右時，距離混凝土初凝還有1 h左右，所以現場留置混凝土試樣測量混凝土的坍落度，當達到50mm左右時，進行二次振搗。振搗的幅度要輕于第一次振搗。

混凝土收面立即覆蓋進行養護，覆蓋層為一層塑料薄膜加棉被。減少混凝土干燥收縮裂縫的產生，在混凝土養護用水方面，在現場放置大型儲水桶，將放置自來水，并進行適當調整，盡量讓水溫接近由混凝土測溫裝置測得的混凝土外測溫度。混凝土拆模時間適當延長，將溫差控制在25℃以內，減少混凝土表面熱擴散，延長散熱時間，減少混凝土表面溫度梯度，防止表面裂縫，保證溫度緩慢升降，充分發揮混凝土徐變特性，降低溫度收縮應力，混凝土灑水養護不少于14 d。

從測溫記錄來看，混凝土中心與表面溫度升降基本同步，中心最高溫度出現在澆筑混凝土后第3天，最高溫度為58.8℃，混凝土外側溫度最高為35.9℃，混凝土中心與覆蓋物下之間溫差最大為22.9℃，覆蓋物下與環境溫差最大為19.5℃，均控制在25℃之內，有效控制了溫差梯度。

4 結語

該工程施工拆模后，經現場檢查未出現裂縫，達到預期目的。大體積混凝土施工質量的好壞，最重要的是準備工作，從設計、原材料、攪拌、運輸、澆筑、振搗、養護、測溫等過程進行預控制，提前進行混凝土配比的確定、澆筑前熱功計算、編制合理的實施計劃以及澆筑后裂縫控制計算、保溫材料的選擇及厚度計算都對混凝土的最終質量有著重要作用，是不能被忽略的。因而，在大體積混凝土的施工過程中，大體積混凝土施工方案的成功與否，將直接影響大體積混凝土施工質量。

建筑工程質量受到施工過程中各個環節的影響，整個施工階段的工作要求各方人員積極配合，認真研究分析，做好事前控制、事中控制和事后控制，針對質量影響因素，采取積極控制措施，加強預控，以不斷提高企業管理人員的綜合素質，適應不斷變化的建筑市場。

［1］ 張亞興.淺談大體積混凝土裂縫控制［J］.山西建筑，2010，36(12):147-148.