大體積混凝土裂縫施工控制

張洪波 顧 銳

1. 淮陰師范學院城市與環(huán)境學院 淮安 223300；2. 淮陰師范學院后勤集團 淮安 223300

1 工程概況

某醫(yī)院直線加速器機房位于地下室1層，其平面尺寸為24.93 m×11.95 m，高6.26 m，墻體最大厚度為2.7 m，頂板最大厚度為2.8 m。屬于大體積混凝土。采用混凝土強度等級為C45，抗?jié)B等級P8。

2 大體積混凝土裂縫成因及溫度裂縫形式[1-3]

混凝土裂縫產(chǎn)生的原因包括荷載作用、溫度作用、干濕作用、基礎(chǔ)位移。其中溫度作用是大體積混凝土裂縫產(chǎn)生的主要原因。

對于大體積混凝土，其外部的水化熱量散失較快，而積聚在結(jié)構(gòu)內(nèi)部的水化熱則不易散失，造成混凝土各部位之間的溫度差和溫度應(yīng)力，溫度應(yīng)力和溫度差成正比。當這種溫度應(yīng)力超過混凝土的內(nèi)外約束應(yīng)力（包括混凝土抗拉強度） 時，就會產(chǎn)生溫度裂縫。

大體積混凝土產(chǎn)生溫度裂縫主要有以下2 個原因：

（a）大體積混凝土中的水泥所產(chǎn)生的水化熱引起的溫度差；

（b）內(nèi)部約束及外部約束。

溫度裂縫分為2 種形式：

（a）表面裂縫。大體積混凝土澆筑初期（即溫度上升階段），水泥水化產(chǎn)生大量水化熱，形成外低內(nèi)高的溫差，這種溫差會使大體積混凝土內(nèi)部溫度分布不均勻，引起質(zhì)點發(fā)生的變形不一致，從而產(chǎn)生內(nèi)約束。大體積混凝土中心由于溫度較高，所產(chǎn)生的熱膨脹也較表面大，因而在混凝土中心產(chǎn)生壓應(yīng)力，而表面則產(chǎn)生拉應(yīng)力。當表面拉應(yīng)力超過混凝土的抗拉強度時，就會在大體積混凝土的外表面產(chǎn)生裂縫，這種裂縫比較分散，裂縫的寬度和深度也很小，稱為表面裂縫。

（b）貫穿裂縫。大體積混凝土澆筑后數(shù)日，水泥水化熱基本已釋放，大體積混凝土會從最高溫度開始逐漸降溫，降溫的結(jié)果會引起混凝土的收縮，同時混凝土中多余水分也隨之蒸發(fā)，這樣就會引起混凝土體積出現(xiàn)不同程度的收縮。而地基、其他結(jié)構(gòu)往往會對大體積混凝土進行約束，讓其不能自由變形，在這種外部約束的作用下，混凝土的內(nèi)外溫差就會產(chǎn)生溫度應(yīng)力。這種溫度應(yīng)力一般是拉應(yīng)力，當該溫度應(yīng)力超過混凝土的抗拉強度時，就會從約束面開始向上出現(xiàn)開裂，從而形成溫度裂縫。若溫度應(yīng)力足夠大，裂縫會連續(xù)產(chǎn)生，甚至會貫穿整個截面，形成貫穿裂縫。

3 裂縫控制的主要技術(shù)措施[4-8]

3.1 原材料與配合比設(shè)計

（a）選擇P.S 42.5水泥。對于體積較大的結(jié)構(gòu)，應(yīng)優(yōu)先選擇中熱水泥甚至低熱水泥。再有，可充分利用混凝土后期強度，以減少水泥用量。

（b）摻入18%粉煤灰。在保證強度指標的情況下，采用粉煤灰取代部分水泥，能顯著降低水泥用量。雖然粉煤灰作為活性材料也會釋放水化熱，但它放出的水化熱較低，且升溫速度慢，因而能起到降低水化熱和延長溫升時間的作用。同時還可減少砂子對混凝土的泌水的作用，并改善細骨料的級配。

（c）摻加JM-III改進型混凝土高效增強劑。JM-III改進型（抗裂、防滲）混凝土高效增強劑，可以改善混凝土拌合物的流動性、黏聚性和保水性。具有減水率大、膨脹性能好、高效緩凝等特點，在降低用水量和提高強度的同時，還可以降低水化熱，推遲熱峰的出現(xiàn)時間，從而減少溫度裂縫。

（d）摻入少量的抗裂纖維。在大體積混凝土中摻入抗裂纖維后，可在混凝土內(nèi)部形成一種均勻分布支撐體系，延緩和阻止早期混凝土塑性裂縫的發(fā)生和發(fā)展；同時混凝土內(nèi)部的微裂縫在發(fā)展過程中必然遭遇到纖維的阻擋，消耗了能量，纖維還可以降低微裂縫尖端應(yīng)力集中，防止微裂縫進一步發(fā)展，達到了抗裂作用；再者，纖維在混凝土中的分散極好，經(jīng)特殊的生產(chǎn)工藝和纖維表面處理技術(shù)，可有效地提高與基料的握裹力，每立方米內(nèi)的數(shù)千萬根纖維呈三維亂向分布于混凝土中，在混凝土中起到一種純物理的加筋作用。

（e）混凝土配合比。本工程采用泵送混凝土，工程要求混凝土強度等級為C45，抗?jié)B標號為P8，且具有良好的和易性、流動性（坍落度為10～14 cm）。經(jīng)試驗優(yōu)化設(shè)計，其質(zhì)量配合比為：水∶水泥∶砂子∶碎石∶JM-III∶纖維∶粉煤灰=170∶380∶680∶1 090∶31∶0.6∶70。

3.2 施工與養(yǎng)護

3.2.1 施工過程中裂縫控制措施

（a）直線加速器部位因施工進度安排在7月下旬施工，時逢高溫季節(jié)，為控制混凝土的入模溫度，較大部分工作量在氣溫相對較低的夜晚施工。

（b）墻體與頂板混凝土整體連續(xù)一次性澆筑，澆筑時先豎向后水平構(gòu)件，中間不設(shè)置施工縫。

（c）墻體混凝土澆筑前底部先灌入少量同混凝土配比的水泥砂漿進行接漿。墻體混凝土采用分層澆筑的施工工藝，目的在于放松約束程度，減小溫度梯度，避免溫度裂縫的出現(xiàn)。每層澆筑高度不大于50 cm，沿墻體循環(huán)均勻布料，不得超厚，同時澆筑速度控制在1 m/h以內(nèi)。

（d）墻體混凝土澆筑到頂后，為確保墻體混凝土有足夠的沉降量，控制頂板混凝土開始澆筑時間在墻體混凝土的終凝前1 h內(nèi)；頂板混凝土澆筑利用混凝土自然流淌形成的斜坡進行分層，采用“定點下料、一個坡度、薄層澆筑、循序漸進”的澆筑方法，混凝土自然流淌坡度控制在1∶6～1∶10。在坡頂、坡中、坡腳處布置3 道振搗棒，振搗棒插入下層混凝土至少5 cm，以便上下層混凝土充分咬合形成整體，對鋼筋密集處加強振搗， 排除混凝土因泌水在粗骨料、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，防止因混凝土沉落而出現(xiàn)的裂縫，減少混凝土內(nèi)部微裂，增加混凝土的密實度，從而提高其抗裂性。

（e）頂板混凝土澆筑完畢后在初凝前1～2 h，先用平板振搗器振搗，再用長刮杠按標高找平，在終凝前用鐵滾筒碾壓數(shù)遍，待表面收水后，再用木抹搓平，以閉合收縮所致的裂縫，保證頂板混凝土的質(zhì)量。

3.2.2 養(yǎng)護過程中裂縫控制措施

（a）在墻板外側(cè)面掛上3 層塑料薄膜和2 層草簾的覆蓋。要求在控制內(nèi)表溫差的前提下，盡可能推遲保溫層開始覆蓋的時間，因為過早進行保暖，勢必增加混凝土的最高溫升，對減少外約束應(yīng)力不利。混凝土保溫時間最好安排在混凝土接近或達最高溫升時進行。

（b）待頂板混凝土表面可以上人，現(xiàn)場以人踩無腳印為準。采用黏土標準磚砌筑1/2磚、高20 cm蓄水池，并用1∶2水泥砂漿粉刷。蓄水深15～20 cm，利用水具有一定的隔熱保溫效果使混凝土在預(yù)定時間內(nèi)具有一定的抗裂強度，從而達到控制裂縫目的。

（c）采取14 d以上長時間的養(yǎng)護，延緩降溫時間和速度，充分發(fā)揮混凝土應(yīng)力松弛效應(yīng)。

3.3 溫度監(jiān)控

3.3.1 監(jiān)控設(shè)備

采用JDC-2 型建筑電子測溫儀。混凝土澆筑前將傳感器的測溫線按照豎向測溫點所需距離固定在相應(yīng)位置的鋼筋上，其中要嚴格控制標高；測溫線溫度傳感器與鋼筋之間做好隔熱處理，可墊塑料墊塊予以隔熱，綁扎牢固；測溫線插頭露出混凝土表面30 cm左右，并用塑料袋包裹好待用；測溫時將插頭插入電子測溫儀插座中，讀取溫度數(shù)據(jù)并及時記錄即可。

3.3.2 測點布置

測點布置須具有代表性，能全面反映大體積混凝土內(nèi)各部位的溫度，從大體積混凝土斷面全高度考慮，應(yīng)包括底面、中心和上表面，從平面考慮應(yīng)包括中部和邊角區(qū)。選取墻體厚2.7 m部分及頂板厚2.8 m部分作重點監(jiān)控。

具體測點布置如下：墻頂下10 cm、H/4、H/2（H為墻高）和頂板的板頂下10 cm、h/2（h為頂板高）、板底上10 cm處。

3.3.3 監(jiān)控制度

混凝土入模后即由專人觀測，頻次先密后疏，確保溫度測值的連續(xù)性并測得最大值和最小值。正式觀測從混凝土入模后開始，5 d內(nèi)每2 h進行1 次，14 d內(nèi)每4 h進行1 次，28 d內(nèi)每8 h進行1 次，總的觀測時間為28 d。

4 結(jié)語

（a）通過選擇合適的原材料、優(yōu)化配合比設(shè)計，可以減少混凝土水化熱，降低混凝土的綜合溫差，減少混凝土的降溫冷縮。

（b）大體積混凝土施工技術(shù)復(fù)雜，施工前應(yīng)結(jié)合大體積混凝土施工的特點和難點進行有針對性地編制詳細的技術(shù)措施，經(jīng)業(yè)主、設(shè)計、監(jiān)理、行業(yè)專家等嚴密論證后，按技術(shù)要求精密組織施工。

（c）在大體混凝土施工中，蓄水養(yǎng)護確保了混凝土水化所需的最佳濕度，可有效減少內(nèi)外溫差，并可充分發(fā)揮水泥水化作用和混凝土強度潛在能力。

（d）該工程經(jīng)過幾年的使用及現(xiàn)場觀測，未出現(xiàn)有害裂縫，說明上述技術(shù)措施是可行的，對類似工程有一定的借鑒作用。