探析泵送大體積混凝土施工技術與裂縫控制措施

蔡立帆

摘要：本文主要分析闡述了大體積混凝土裂縫產生的原因，根據工程實際情況，從施工、養護角度、從材料角度，采取有效的措施，確保大體積混凝土的質量，從而取得良好的經濟效益。

關鍵詞：大體積混凝土、裂縫、溫差、施工技術、控制措施

0前言

某高層綜合樓，框支——剪力墻結構，地下2層，地上28層，總長度270米、寬110米，底板厚度0.8～1.2米，地下室建筑面積28000㎡。針對地下室底板大體積混凝土極易裂縫的難題，施工過程中采取有效的預控措施，保證了混凝土的施工質量。

1、大體積混凝土內部結構決定裂縫

混凝土是一種由粗、細集料、水泥、水和氣體所組成的非均質堆聚結構。砼混合料在不同溫、濕度條件下凝結硬化，并同時產生體積變形。由于砼施工和本身變形、約束等一系列問題，硬化成型的混凝土中存在著眾多的微孔隙、氣穴和微裂縫，正是由于這些初始缺陷的存在才使砼呈現出一些非均質的特性。微裂縫通常是一種無害裂縫，對砼的承重、防滲及其他一些使用功能不產生危害，但在混凝土受到荷載、溫差等作用之后，微裂縫就會不斷的擴展和連通，最終形成肉眼可見的裂縫，即混凝土工程的裂縫。

2、混凝土裂縫的種類分析

2.1按裂縫產生原因分類

2.1.1由外荷載(靜、動荷載)直接應力引起的裂縫和次應力引起的裂縫。

2.1.2由變形變化引起的裂縫：包括結構因溫度濕度變化、收縮、膨脹、不均勻沉陷等原因引起的裂縫。其特征是結構要求變形，當受到約束和限制時產生內應力，應力超過一定數值后產生裂縫，裂縫出現后變形得到滿足，內應力松弛。這種裂縫寬度大、內應力小，對荷載的影響小，但對耐久性損害大。

2.2按裂縫所處狀態分類

裂縫可分為運動、不穩定、穩定、閉合和愈合等狀態。

對于處于運動和不穩定擴展狀態的裂縫，應考慮加固和補救措施。而對于穩定、閉合、愈合的裂縫則可持久的應用。例如有些防水結構，在0.1MPa水壓下，出現0.1～0.2mm裂縫時，可能開始時有輕微滲漏，但經過一段時間后，裂縫處水化的水泥析出Ca(OH)2，逐漸彌合了裂縫，并與大氣中CO2作用，形成CaCO3結晶，封閉和自愈合裂縫，防止了滲漏的產生，這種裂縫是穩定的，不會影響工程結構的使用和耐久性。

2.3按裂縫寬度

（1）無侵蝕介質、無抗滲要求，結構處于正常狀態下，最大裂縫寬度不得大于0.3mm。

（2）有輕微侵蝕、無抗滲要求時，最大裂縫寬度不得大于0.2mm。

（3）有最重侵蝕和抗滲要求時，不得大于0.1mm。

（4）混凝土有自防水要求時，不得大于0.1mm。

3、大體積混凝土裂縫產生的原因分析

3.1水泥水化熱引起的溫度應力產生溫度變形：本案例工程底板為C35混凝土，結構斷面較厚，由于水泥用量大，所發生的水化熱較大，砼結構表面可以自然散熱，而內部熱量無法及時散發出去，產生累積，當內外溫差小于25℃時，其所產生的溫度應力交會小于砼本身的抗體拉強度，不會產生開裂，當溫差超過25℃的限制，便會產生裂縫，該現象多發生在澆筑后1～5天。

3.2混凝土的收縮變形：由于水平方向和豎直方向砼收縮內部限制條件有差異，會形成不規則的深裂縫。本工程的底板鋼筋較密，采用泵送砼，水灰比大，收縮性大，易產生內部裂縫。

3.3混凝土干燥收縮：混凝土中80%水分會蒸發，約20%是水泥的硬化所必需的，砼在硬化過程中表面干縮快，中心干縮慢，因而其表面發生收縮拉應力而出現裂縫。

大體積混凝土如果不采取措施加以預防，則可能產生貫穿裂縫，影響結構的整體性、耐久性、防水性以及正常使用。

4．大體積混凝土配合比的確定

大體積泵送混凝土除應滿足一般混凝土具有的流動性、坍落度、耐久性、經濟性等要求外，還要求混凝土必須具有低水化熱及可泵性。因此，大體積泵送混凝土對原材料要求較嚴，對配合比要求較高。

4.1原材料

4.1.1水泥：使用PO42.5R水泥，其使用情況見表1：

4.1.2粗骨料（碎石）：粗骨料采用5~31.5mm連續級配碎石。

4.1.3細骨料（砂）：選用細度模數為2.8~3.0的中砂，砂率宜為39%~41%。

4.1.4粉煤灰：混凝土中摻入粉煤灰能替代部分水泥，對改善混凝土的和易性，減少混凝土在輸送管中的泌水，提高混凝土的可泵性，效果顯著。

4.1.5外加劑：本工程采用緩凝高效減水劑，緩凝推遲混凝土水化反應時間，減水是在保證強度的情況下，減少水和灰用量，從而降低了水化熱。

4.2配合比的確定

原材料選定之后，確定主要的技術指標便成了配合比的關鍵，從以下幾點進行考慮。

4.2.1采用水化熱較低的水泥，在滿足混凝土設計強度的前提下盡量減少水泥用量，降低水化熱。

4.2.2采用摻合料減少水泥用量，如摻粉煤灰使混凝土水化熱在一定程度上延緩釋放，對大體積混凝土的溫度控制較為有效，同時增加了混凝土的和易性，促進了砼的后期強度。

4.2.3控制坍落度，防止混凝土離淅，降低單方用水量，減少收縮。

4.2.4采用中砂，降低砂率，進一步減少收縮。

4.2.5采用緩凝型高效減水劑，延長終凝時間，減小溫度應力，推遲溫度峰值出現的時間。

4.2.6對骨料進行淋水降溫，在水池中加入冰塊，控制混凝土的入模溫度。

4.2.7優化配合比，提高骨料含量，減少收縮。

根據以上原則確定的配合比經試驗室與生產線試驗的結果見表2；

經試驗室及生產線試驗,均取得了滿意的效果（抗滲結果0.45水膠比可達P8～P10）。

五、采取合理的施工方法

5.1澆筑方案

5.1.1混凝土澆筑順序

本工程基礎混凝土澆筑從后澆帶開始，自一端向另一端整體推進，采用斜面分層澆筑的方法，每層澆筑斜面厚度約0.5m，兩臺泵機在各自范圍內分層澆筑，上層應在下層混凝土初凝時間內連續澆筑，直至底板混凝土全部澆筑完成。

5.1.2控制混凝土溫度和收縮裂縫的技術措施

為了有效地控制有害裂縫的出現和發展，必須從控制混凝土的水化升溫、延緩降溫速率、減少混凝土收縮、采取技術措施，控制有害裂縫。

5.1.3合理選擇混凝土配合比比，并摻加粉煤灰緩凝高效減水劑，水泥選用水化熱較低的普通硅酸鹽水泥，并嚴格控制水泥用量，以達到改善和易性，降低水化熱，補償收縮的目的。

5.1.4加強施工中的溫度控制

混凝土在澆筑后，做好砼的保溫保濕工作。緩慢降溫，減小砼溫度應力，及時蓄水養護并遮陽，避免曝曬。采取長時間養護，規定合理的拆模時間，充分發揮砼的“應力松馳作用”。

加強砼溫度監測與管理，隨時控制混凝土內的溫度變化，內外溫差控制在25℃以內，基面溫度和底面溫度差均控制在20℃以內，及時調整保溫和養護措施，有效控制有害裂縫的出現。

5.1.5控制粗細骨料質量：石子、砂子的含泥量不超過1%和3%

5.2測溫孔的布置

測溫點的布置必須具有代表性和可比性。沿澆筑的高度，應布置在底部、中部和表面，垂直測點間距一般為500～800㎜，平面則應布置在邊緣與中間，測點間距一般為2.5～5m。

在本工程不同部位埋沒測溫孔，用48mm無縫鋼管，底用鋼板堵焊，孔上口用木塞堵嚴。上管底距混凝土板面150㎜，中管底距板底為1／2板厚，下管底距板底面150㎜。

混凝土澆筑后，即向鋼管中注入自來水，測溫在砼澆筑24小時后即開始，每間隔2~3小時測溫一次，采用普通溫度計進行溫度監測。

5.3砼過程控制及技術要求

本工程基礎底板大體積混凝土為C35、P6，配合比、原材料、外加劑用量及砼的初、終凝時間均經過試驗來確定。

5.3.1砼振搗

澆筑時采用插入式振動棒振搗，振搗時間控制在20~30s，以混凝土開始泛漿和不冒氣泡為宜，并應避免漏振、欠振和過振，振動棒應快插慢拔，振搗時插入下層混凝土表面10cm以下，間距控制在30-40cm，確保兩斜面層間緊密結合。

5.3.2泌水和浮漿處理。

大體積混凝土因采取分層澆筑，上下層施工的間隔時間較長，因此各層易產生泌水層，可安排人工將多余的水份及浮漿排除。

5.3.3混凝土表面處理與養護

本工程采用電動磨光機找平機進行表面提漿找平，以閉合水裂縫，再用鐵抹子人工收壓兩遍，這樣既能排除砼因泌水在粗骨料、水平鋼筋下部生成的水分和空隙，提高混凝土與鋼筋的握裹力，又能防止因混凝土沉落而出現裂縫，減少內部微裂，增加砼密實度，提高混凝土抗裂性能。在混凝土二次收面后進行覆蓋，保持砼濕潤，砼養護可遵循降溫速率“前期大后期小”的原則，養護時間不少于14天。

本工程大體積混凝土由于預防措施得力到位，澆注完畢至今沒有發現有害裂縫,各項性能指標均達到設計要求。

六.結束語：

實踐證明，防止大體積砼裂縫，設計是核心、材料是關鍵、施工是重點。通過對大體積混凝土施工，要求我們工程技術人員做到科學合理，客觀認真，嚴格把關，采取各種有效的技術控制措施，確保大體積混凝土結構的質量。

參考文獻：

［1］、富文權、韓素芳《混凝土工程裂縫分析與控制》中國鐵道出版社

［2］、朱伯芳《大體積混凝土溫度應力與溫度控制》中國電力出版社

［3］、趙志縉《新型混凝土及其施工工藝》中國建筑工業出版社

［4］、耿維恕、鐘炯垣《混凝土及預制混凝土構件的質量控制》中國建筑工業出版社

注：文章內所有公式及圖表請以PDF形式查看。