大體積混凝土裂縫控制措施

張 麗

1 概述

大體積混凝土由于截面大，水泥用量大，水泥水化釋放的水化熱會產生較大的溫度變化，由此形成的溫度應力是導致裂縫產生的主要原因。大體積混凝土澆筑初期，水泥水化產生大量水化熱，使大體積混凝土的溫度很快上升。但由于大體積混凝土表面散熱條件較好，熱量可以向大氣中散發，因而溫度上升較少;而大體積混凝土內部由于散熱條件較差，熱量散發少，因而溫度上升較多，內外形成溫度梯度，形成內外約束。結果大體積混凝土內部產生壓應力，面層產生拉應力，當該拉應力超過混凝土的極限抗拉強度時，大體積混凝土表面就產生裂縫。

2 原因分析

1)水泥水化熱的影響。水泥水化熱是大體積混凝土內部熱量的主要來源。由于大體積混凝土截面尺寸大，水化熱聚集在結構內部不易散失，會引起急驟升溫。水泥水化熱引起的絕熱溫升，與混凝土單位體積內的水泥用量、品種有關，并隨著齡期增長，一般在7 d左右達到最終絕熱溫升，但由于結構自然散熱，實際上混凝土內部的最高溫度，大多發生在混凝土澆筑后的3 d～5 d。

2)混凝土收縮的影響。混凝土在空氣中硬結時體積減小的現象稱為混凝土收縮。混凝土在不受外力的情況下的這種自發變形，受到外部約束時，將在混凝土中產生拉應力，使得混凝土開裂。引起混凝土的裂縫主要有塑性收縮、干燥收縮和溫度收縮三種。在硬化初期主要是水泥石在水化凝結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。

3)外界溫濕度變化的影響。大體積混凝土結構在施工期間，外界氣溫的變化對大體積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筑溫度、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之和組成。澆筑溫度與外界氣溫有著直接關系，外界氣溫愈高，混凝土的澆筑溫度也就會愈高;如果外界溫度降低則又會增加大體積混凝土的內外溫差。如果外界溫度的下降過快，會造成很大的溫度應力，極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。

3 防止裂縫產生的措施

3． 1 優選混凝土各種原材料，優化施工配合比

1)水泥的選擇。既然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了大量的熱量，那么在大體積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，并盡量降低混凝土中的水泥用量，以降低混凝土的溫度，提高混凝土硬化后的體積穩定性。

2)骨料的選擇。在選擇粗骨料時，可根據施工條件，盡量選用粒徑較大、質量優良、級配良好的石子。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)摻合料和外加劑。摻加適量粉煤灰和礦粉，可減少水泥用量，從而達到降低水化熱的目的。摻加合適的緩凝、減水和引氣型的復合外加劑，它可有效地降低水泥用量，增加混凝土的流動性，改善拌合物和易性，同時可延緩水化熱釋放速度，從而可降低水化熱。

4)優化混凝土配合比。在進行配合比設計時，在保證混凝土強度及良好工作性能的情況下，應盡可能地降低混凝土的單位用水量，采用低坍落度、低水膠比和高摻合料的施工配合比，生產出高強、高韌性、低熱的抗裂性能好的混凝土。

3． 2 施工控制措施

1)控制混凝土入模溫度。入模溫度的高低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，同時對澆筑前的砂石用冷水降溫。如果是在冬季進行施工，因為要防止早期混凝土被凍問題，所以要求混凝土澆筑時應該具有較高的澆筑溫度。在澆筑混凝土以前還應該對基礎及新混凝土接觸的冷壁用蒸汽預熱，對原材料應視氣溫高低進行加熱。

2)混凝土澆筑與養護。a．混凝土的澆筑方法可用分層連續澆筑或推移式連續澆筑，并應符合下列規定:混凝土的攤鋪厚度應根據所用振搗器的作用深度及混凝土的和易性確定，當采用泵送混凝土時，混凝土的攤鋪厚度不大于600 mm;當采用非泵送混凝土時，混凝土的攤鋪厚度不大于400 mm。分層連續澆筑或推移式連續澆筑，其層間的間隔時間應盡量縮短，必須在前層混凝土初凝之前，將其次層混凝土澆筑完畢。層間最長的時間間隔不大于混凝土的初凝時間。b．混凝土澆筑完畢后，應及時按溫控技術措施的要求進行保溫養護，并應符合下列規定:保溫養護措施，應使混凝土澆筑塊體的里外溫差及降溫速度滿足溫控指標的要求;保溫養護的持續時間，應根據溫度應力加以控制、確定，但不得少于15 d，保溫覆蓋層的拆除應分層逐步進行;在保溫養護過程中，應保持混凝土表面的濕潤。

3． 3 混凝土溫度監測

為了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，或埋入測溫導線利用建筑電子測溫儀進行測溫。上下層溫差控制在25℃之內。監測結果能及時反饋現場大體積混凝土澆筑塊體內部溫度變化的實際情況，以及所采用的施工技術措施的效果，為工程技術人員及時采取溫控對策提供科學依據。

3． 4 健全施工組織管理

在制訂技術措施和質量控制措施的同時，還需落實組織指揮系統，逐級進行技術交底，做到層層落實，確保順利實施。

4 工程實例

山西兆光發電二期工程2×600 MW機組3號機組汽輪發電機基礎底板混凝土強度等級為C35。基礎尺寸為長36．65 m，寬16．5 m，高3 m，混凝土工程量為1 815 m3。

4． 1 原材料選擇及施工配合比

1)原材料選擇。水泥選用海鑫牌P．S42．5;砂子選用水洗砂，含泥量在2．5%以下，細度模數2．8，級配良好;碎石選用5～31．5連續級配，含泥量在1．0%以下;摻合料為Ⅱ級粉煤灰;外加劑為HZ-4復合泵送劑，緩凝時間6 h～8 h。

2)施工配合比。經過多次試配，確定如表1所示配合比，既能滿足強度要求，又有良好的工作性能，坍落度為140 mm～160 mm。

表1 施工配合比

4． 2 混凝土主要施工方法及溫度監測

1)混凝土澆筑時從短邊的一端向另一端逐步推進，采用斜面分層法，分層厚度為250 mm～300 mm。澆筑時采用插入式振搗器，插點間距控制在450 mm左右，且掌握插點間深度，做到快插慢拔，在振搗上一層時應插入下一層中5 cm左右，以消除兩層的接縫，同時在振搗上一層時，要在下一層初凝之前進行。澆筑完畢表面用木抹子搓平，壓實壓光(特別是二次壓面)，并及時覆蓋保溫養護，頂面及側面均用一層塑料布、兩層棉被保溫(當時最低氣溫在-5℃左右)。2)汽機基座底板測溫點布置6組，每組均埋入距離結構表面15 cm、結構中部及距離結構底面15 cm三根測溫導線。澆筑完畢12 h后開始測溫，前3天為每2 h測一次，待溫度變化緩慢時每4 h～6 h測一次。根據測溫記錄，當時混凝土內部最高溫度為58．5℃，溫差未超25℃。3)待混凝土溫度與大氣溫度接近時拆除模板，經業主、監理共同驗收，未發現底板混凝土結構裂縫，給予很高的評價。

5 結語

對于混凝土裂縫，應以預防為主，為此需要精心設計、施工，并結合工程實際采取有效措施，會使施工質量得到很好的保證。實踐證明，在優化配合比設計，改善施工工藝，提高施工質量，做好溫度監測工作及加強養護等方面采取有效技術措施，堅持嚴謹的施工組織管理，可以控制大體積混凝土裂縫的產生。

［1］ GB 50164-1992，混凝土質量控制標準［S］．

［2］ 楊南方．混凝土結構施工實用手冊［M］．北京:中國建筑工業出版社，2001．

［3］ 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．