大體積混凝土裂縫的探索

呂志寧，劉東凱

（山西省電力公司送變電工程公司，山西 太原 030006）

大體積混凝土裂縫的探索

呂志寧，劉東凱

（山西省電力公司送變電工程公司，山西 太原 030006）

指出大體積混凝土工程中較為普遍的問題是混凝土裂縫現象，混凝土收縮、內外溫差、原材料質量以及地基不均勻沉降等均可導致混凝土產生裂縫。根據大體積混凝土工程的自身特點，從原材料質量控制、施工工藝質量控制和混凝土內外溫差控制三個方面入手，闡述了預防混凝土裂縫產生的主要控制措施。

大體積混凝土；裂縫；溫度應力

1 大體積混凝土裂縫形成的原因分析

1.1 混凝土收縮產生裂縫

大體積混凝土澆筑完成后，經過14天的養護，混凝土因水分蒸發會產生收縮，這種收縮是不可逆的。由于混凝土內外水分蒸發程度不同而導致變形也不同，混凝土表面水分蒸發過快變形較大，混凝土內部水分蒸發較慢變形較小，混凝土表面收縮變形受到混凝土內部約束，產生較大拉應力而產生裂縫。收縮裂縫多為混凝土表面性的平行線狀或網狀淺細裂縫，寬度多在0.1～0.5mm之間，大體積混凝土平面部位尤為突出。

1.2 混凝土內外溫差產生裂縫

混凝土澆筑后,在硬化過程中釋放的水化熱會產生較高的溫度。由于大體積混凝土截面大，水化熱聚積在混凝土內部而不易散發，使其內部溫度升高，而表面散熱較快，這樣就在混凝土內外形成較大的溫差。由于溫差的存在，致使混凝土內部與外部熱脹冷縮的程度不同。當混凝土的抗拉強度不足以抵抗該溫度應力時，便開始產生溫度裂縫（實踐證明當混凝土里表溫差達到25～26℃時，混凝土內便會產生大致在10MPa左右的拉應力）。

1.3 混凝土原材料引起的裂縫

混凝土原材料質量不合格，可能導致混凝土結構出現裂縫，諸如：水泥性能不穩定；細骨料砂偏細（細度模數小于2.3）、含泥量過大；粗骨料顆粒級配偏小、含泥量過大；選用外加劑的品種和摻量不當等。

1.4 混凝土地基不均勻沉降產生裂縫

混凝土地基的不均勻沉降，也易導致混凝土產生裂縫。混凝土地基沉陷裂縫的產生，是由于豎向不均勻沉降或水平方向位移，使結構物中產生附加應力，超過混凝土基礎的抵抗能力，導致基礎整個結構開裂。當地基不均勻沉降、地基地質差別較大、由上部荷載對地基土產生較大壓力時，因地基土壓縮性能不同引起沉降不均；在地質情況較均勻的情況下，各部分基礎荷載差異太大時，也可能引起不均勻沉降；地基凍脹，基礎在凍層以上時，在低于零度的條件下，含水率較高的地基土因冰凍膨脹，一旦氣溫回升，凍土融化，地基出現下沉；回填土不實或浸水而造成不均勻沉降所致，致使混凝土結構產生裂縫。

1.5 混凝土施工工藝引起的裂縫

a）混凝土振搗不密實，出現蜂窩、麻面或空洞，導致鋼筋銹蝕對周圍混凝土產生膨脹應力；振搗時間過長造成過振，使混凝土中石子下沉（大體積混凝土基礎上層有10～30mm灰漿層，振搗時間過長可降低上層粗骨料含量，加大收縮量）；混凝土振搗后，未及時表面搓毛和抹壓，使沉縮裂紋得不到及時愈合就硬化，導致混凝土表面出現網狀裂縫。

b）鋼筋引起的裂縫。由于鋼筋保護層不符合設計規范要求或鋼筋露天存放發生銹蝕，且綁扎前沒有清理干凈銹蝕，在混凝土的碳化作用下，加重鋼筋銹蝕。銹蝕物體積比原來體積增長，鋼筋對周圍混凝土產生膨脹應力，使混凝土鋼筋保護層裂縫、剝落。

c）為趕工期提高混凝土強度，增加水泥及水的用量，從而增大了混凝土的收縮量和裂縫因素，致使混凝土表面出現龜裂。

d）混凝土澆筑后，沒有及時對表面覆蓋澆水養護，致使表面急劇干燥。此種現象在夏季干熱天氣及多風季節時更為嚴重。如果將風速和濕度影響疊加，則可推算出此時混凝土干燥速度是通常條件下的10倍之多，使得混凝土收縮產生裂縫。

e）混凝土配合比設計不合理。采用商品混凝土時，攪拌站一般選用的砂率偏大和碎石顆粒級配粒徑偏小及坍落度過大，造成混凝土收縮量大，混凝土振搗后上層出現較厚的水泥浮漿而產生龜裂。

f）模板支撐強度不夠，在澆筑混凝土過程中和澆筑后出現局部跑模或漲模現象，使混凝土下沉，導致混凝土出現裂縫。

g）混凝土分層澆筑，間隔超過初凝時間，混凝土分層銜接處沒有振搗好，使分層之間出現橫向裂縫。

h）冬季施工，混凝土早期受凍，由于混凝土和水受凍后體積膨脹，使混凝土表面出現裂紋，拆模后出現局部剝落、空鼓現象。

2 預防大體積混凝土裂縫形成的控制措施

2.1 原材料質量控制

a）粗、細骨料應首選低含泥量。細骨料砂子宜選擇中砂，其細度模數應選大于2.3。由于泵送混凝土受輸送管徑和泵送高度的影響，粗骨料不宜過大。粗骨料粒徑選擇范圍宜為5～31.5mm，并連續級配（其中5～25mm級配含量65%左右）較好。

b）大體積混凝土應采用水化熱低硅酸鹽水泥或低熱礦渣硅酸鹽水泥。摻入一定量的粉煤灰和礦渣粉活性材料分解水化熱，同時改善混凝土和易性，可保證設計強度不變的情況下，延長混凝土凝結時間，降低混凝土徐變、干縮性和熱膨脹系數，提高抗泌水性和離析，顯著增加混凝土抗滲性。添加適當的外加劑，如添加高效減水防裂劑，能大幅度減少混凝土拌和用水量，在水膠比基本保持不變的情況下，可大幅度減少混凝土的水泥用量（根據試驗，1m3混凝土的水泥用量，每增減10kg水泥，其水化熱將使混凝土的溫度相應升降1℃），亦即降低產生水化熱的內因，并改善混凝土的稠度。

c）配合比設計要合理。為有效預防和控制混凝土產生裂縫，應對砂率、水膠比（坍落度一般為140～160mm）、水泥用量及摻和料用量的配合比進行優化設計，選擇最優方案。混凝土中粗骨料是抵抗收縮的主要材料，選擇粒徑大的碎石和增加粗骨料用量，對控制混凝土的收縮和裂紋有顯著效果。混凝土干縮隨砂率增大而增大。就泵送混凝土而言，高砂率的混凝土粘稠，增加了管壁阻力，降低了泵送性能，同時導致混凝土的擴展性能和流動性下降，所以應根據泵送高度、混凝土強度以及粉煤灰摻入量，來決定混凝土配比的砂率。砂率減小使粗骨料含量增大，在相同條件下混凝土的彈性模量提高，收縮量較小，減少了開裂的可能，砂率選取一般為38～40%。粉煤灰在混凝土中具有形態及活性效應，粉煤灰的水化反應較慢，可推遲放熱高峰的出現時間，改善混凝土和易性，降低其泌水性，泵送時可降低混凝土與管壁的阻力。粉煤灰摻量一般不宜超過膠凝材料用量的40%。

2.2 施工工藝質量控制

a）檢驗地基處理情況。由有資質的檢驗機構對地基處理情況進行檢驗，合格后立即進行混凝土施工，以免地基遭受雨水侵泡和低溫影響，導致地基不均勻沉降。

b）施工前認真檢查模板支護、鋼筋綁扎質量及保護層厚度，并確保原材料、施工機械及計量器具的齊全、完好、準確和施工人員的及時到位。

c）按混凝土設計要求配料，嚴格控制水膠比及坍落度。攪拌站的入機水泥溫度不宜大于60℃。高溫天氣可用摻冰屑的冷水和砂、石遮陽防曬以及采取碎石灑冷水等降溫措施，以降低混凝土出機溫度。同時，混凝土入模溫度應控制在28℃左右。冬季施工時，對采用的砂子、碎石采取蒸汽加熱措施，確保混凝土的入模溫度不低于5℃。

d）混凝土澆筑必須連續施工，在澆筑過程中每臺班不少于2次檢查混凝土的坍落度及入模溫度。大體積混凝土應分層推移連續澆筑，縮短間歇時間。層間最長間歇時間不大于混凝土初凝時間，分層厚度為300～500mm，以便于分層振搗操作。垂直振搗和斜向振搗操作時，宜快插慢拔、上下抽動，視混凝土表面不再顯著下沉，不再出現氣泡、泛出灰漿為止。操作時不能漏振，不得過振，要振搗均勻，避免離析或形成空洞。每振搗完一段，要隨即攤平，并二次振搗以增加混凝土的密實度，提高抗裂能力。分層澆筑時振搗上層應插入下層5cm左右，每點振搗20～30s，復振在20～30min后進行。當混凝土澆筑到頂面時，應控制表面平整并達到設計標高。經過二次振搗后，刮平、用木抹子做第一次抹壓，要求加力較大，使面層充分密實。在振搗過程中，要及時排除產生的大量泌水，以避免降低混凝土質量和抗裂性。二次壓光的時間應控制在泌水充分揮發之后（能撐得住人的時候）。混凝土表面有泌水的時候，絕對不能進行裝飾抹面工序，否則會引起混凝土脫皮和薄層脫落。第二次抹壓力應比第一次抹壓力大，使混凝土面層再次充分達到密實。抹面工序完成后，應及時覆蓋塑料薄膜或濕草簾、濕麻袋養護，混凝土潮濕養護不少于14天。

2.3 混凝土內外溫差控制

a）在澆筑混凝土過程中沿混凝土澆筑體厚度方向布置安裝測溫管。分別設在底面、中心和外表的測溫管，每條軸線不少于4個，從中心往邊緣設置。外表的測溫管距邊角和表面應大于50mm，測溫管采用DN15焊接鋼管制作。埋設前上端用塑料布包嚴，下端焊鋼筋頭堵死，上端高出基礎面10cm。外表溫度為混凝土外表以內50mm處的溫度，底面溫度為混凝土澆筑體底面上50mm處的溫度。在混凝土溫度上升階段每2～4h測1次，溫度下降階段每8h測1次，同時測量大氣溫度，并做記錄繪出曲線圖，發現溫度異常及時報警，立即采取必要的措施。

b）大體積混凝土養護的溫度控制一般有兩種方法，即降溫法和保溫法，其目的只有一個，使混凝土里表溫差控制在25℃以內，避免混凝土澆筑體里表溫差產生自約束拉應力或混凝土綜合降溫，且在外約束條件下產生的拉應力大于混凝土升溫時間內的混凝土抗拉強度：σz≤λftk（t）/K或σX≤λftk（t）/K，使混凝土早期出現裂縫。降溫法：在混凝土澆筑前設置冷卻水循環管道，澆筑完成后，通過循環冷卻水降低混凝土內部溫度，從混凝土的內部進行溫度控制。保溫法：混凝土澆筑后，采用保溫材料、增溫設備（如電暖氣等）或定時噴澆熱水、蓄存熱水等辦法，從混凝土的外部進行溫度控制。保溫法基本原理是利用混凝土的初始溫度加上水泥水化熱的溫升，在緩慢的散熱過程中（通過人為控制），使混凝土獲得必要的強度。待混凝土溫度下降到中心溫度與表面溫度差小于20℃，且表面溫度與環境最大溫差小于20℃時，逐層拆除保溫層和模板，模板拆除后立即按規范要求進行回填土，露出部分繼續保溫養護。測溫延續時間應少于14天，最好積累28天的溫度記錄。

3 結論

大體積混凝土工程中的混凝土收縮、內外溫差、原材料質量以及地基不均勻沉降等均可導致混凝土產生裂縫，通過強化對原材料質量、施工工藝以及內外溫差等控制措施，可以有效應控制大體積混凝土的裂縫問題。在山西省左權220kV變電站的變壓器基礎施工中，通過采取如上措施，收到了良好的效果。對混凝土出現的裂縫問題進行認真的分析與研究，采取合理的處理方法，并在施工中采取有效的預防措施防止裂縫的出現和發展，以保證建筑物和構件的安全，是大體積混凝土施工工程中值得重視的一項課題。

Study on the Crack of Mass Concrete

LV Zhi-ning，LIU Dong-kai
（Shanxi Electric Power Transmission and Transformation Engineering Company of SEPC，Taiyuan，Shanxi030006，China）

The phenomenon of the concrete crack is a general problem in the mass concrete project.The contraction of concrete,temperature differences between internal and external concrete,qualities of raw materials,and non-uniform sedimentations of the foundation can all cause concrete cracks.According to the features of mass concrete project，this article elaborates main preventive measures of the concrete crack through three aspects:quality control of raw materials，quality control of construction technology，and control of temperature differences between internal and external concrete.

mass concrete；crack；thermal stress

TU375

B

1671-0320（2012）增刊2-0048-03

2012-08-10，

2012-10-09

呂志寧（1954-），男，山西榆次人，1998年畢業于太原理工大學工民建專業，工程師，從事土建施工技術工作；

劉東凱（1972-），男，山西太原人，2002年畢業于華北電力大學電力系統自動化專業，助理工程師，從事輸配電施工管理工作。