淺析大體積混凝土裂縫

劉建忠

摘 要：大體積混凝土的施工技術(shù)要求比較高，也是目前建筑業(yè)界普遍面臨的問題，裂縫防治不能單單從一個方面著手，應(yīng)在大體積混凝土工程設(shè)計、設(shè)計構(gòu)造要求、混凝土強度等級選擇、混凝土后期強度利用、混凝土材料選擇、配比的設(shè)計、制備、運輸、施工，混凝土的保溫保濕養(yǎng)護以及在混凝土澆筑硬化過程中澆筑體內(nèi)溫度及溫度應(yīng)力的監(jiān)測和應(yīng)急預(yù)案的制定等技術(shù)環(huán)節(jié)，采取了一系列的技術(shù)措施，采用合理的施工方法，才能有效地防止裂縫的發(fā)生成功，確保工程質(zhì)量。

關(guān)鍵詞：大體積混凝土；裂縫；控制；溫度裂縫；優(yōu)化配合比；成型工藝

前 言

大體積混凝土的特點是以大區(qū)段為單位進(jìn)行施工，施工體積厚大，由此帶來的問題是水泥水化作用所放出的熱量造成較大的內(nèi)外溫差，加之混凝土早期的抗拉強度底，彈性模量小，致使混凝土開裂，影響工程質(zhì)量。本文從混凝土裂縫產(chǎn)生的原因著手，經(jīng)過深入的分析和工程實例，如何在施工前和施工過程中制定相應(yīng)的施工措施，嚴(yán)格控制裂縫產(chǎn)生和發(fā)展，以保證工程質(zhì)量提出了相應(yīng)的觀點。

1 大體積混凝土的定義

我國的大體積混凝土施工規(guī)范（GB50496-2009）中明確定義：混凝土結(jié)構(gòu)物實體最小幾何尺寸不小于1m的大體量混凝土，或預(yù)計會因混凝土中膠凝材料水化引起的溫度變化和收縮而導(dǎo)致有害裂縫產(chǎn)生的混凝土。

2 大體積混凝土裂縫類型及裂縫產(chǎn)生原因分析

大體積混凝土結(jié)構(gòu)裂縫主要包括干燥收縮裂縫、塑性收縮裂縫、自身收縮裂縫、安定性裂縫、溫差裂縫、碳化收縮裂縫等，其中主要影響的還是收縮裂縫、溫度裂縫以及沉陷裂縫。

2.1 收縮裂縫

混凝土在逐漸散熱和硬化過程中會導(dǎo)致其體積的收縮，對于大體積混凝土，這種收縮更加明顯。如果混凝土的收縮受到外界的約束，就會在混凝土體內(nèi)產(chǎn)生相應(yīng)的收縮應(yīng)力，當(dāng)產(chǎn)生的收縮應(yīng)力超過當(dāng)時的混凝土極限抗拉強度，就會在混凝土中產(chǎn)生收縮裂縫。

2.2 溫度裂縫

溫度裂縫產(chǎn)生的原因有以下兩個方面：

（1）由于溫差較大引起的，混凝土結(jié)構(gòu)在硬化期間水泥放出大量水化熱，內(nèi)部溫度不斷上升，使混凝土表面和內(nèi)部溫差較大，混凝土內(nèi)部膨脹高于外部，此時混凝土表面將受到很大的拉應(yīng)力，而混凝土的早期抗拉強度很低，因而出現(xiàn)裂縫。

（2）結(jié)構(gòu)溫差較大，當(dāng)大體積混凝土澆筑在約束地基（例如樁基）上時，由于受到外界的約束，又沒有采取特殊措施降低，放松或取消約束，或根本無法消除約束，裂縫易發(fā)生深進(jìn)，直至貫穿整個混凝土整體。

2.3 沉陷裂縫

沉陷裂縫多屬進(jìn)深或貫穿性裂縫，走向與基礎(chǔ)沉陷情況有關(guān)，可能出現(xiàn)在結(jié)構(gòu)的上部或下部，一般與地面垂直。

3 保證大體積混凝土質(zhì)量及控制裂縫的措施

綜上所述，大體積混凝土產(chǎn)生裂縫的原因主要可以歸納為以下三個大的方面：溫度裂縫、收縮裂縫及沉陷裂縫。可以通過以下措施控制混凝土結(jié)構(gòu)物裂縫的產(chǎn)生。

4 防治措施

4.1 設(shè)計措施

4.1.1 地基處理

大體積混凝土地基對基礎(chǔ)的影響十分明顯。在設(shè)計時主要應(yīng)防止地基產(chǎn)生不均勻沉降。

4.1.2 合理分縫分塊

從現(xiàn)有施工技術(shù)水平出發(fā)，合理分縫分塊，應(yīng)能使結(jié)構(gòu)起到調(diào)節(jié)溫度變化的作用，確保混凝土有自由伸縮的余地，以達(dá)到釋放溫度應(yīng)力為目的。

4.1.3 合理設(shè)置分布筋

由于鋼的彈性模量約為混凝土的7～15倍，所以當(dāng)混凝土內(nèi)應(yīng)力達(dá)到抗拉強度面開始裂縫時，此時的鋼筋應(yīng)力很小，將不超過10～20MPa。因此想利用鋼筋來防止混凝土裂縫的出現(xiàn)，是不可能達(dá)到目的。但是合理布置分布鋼筋，可以起到減輕混凝土收縮程度，限制裂縫的開展。

4.2 模板與鋼筋

4.2.1 模 板

大體積混凝土施工時，模板承受著混凝土側(cè)壓力及振搗混凝土的振動力，因此保證模板及其支撐系統(tǒng)的可靠性，防止模板產(chǎn)生過大的變形時完全必要的。

4.2.2 鋼 筋

在混凝土中如果使用嚴(yán)重銹蝕的鋼筋，體積會增大。因此入模前鋼筋的除銹工作是必須要做的，銹蝕嚴(yán)重的鋼筋禁止使用。

4.3 對施工材料的要求

（1）合理選擇水泥。盡量選用低熱或中熱水泥（如礦渣水泥、粉煤灰水泥），或利用混凝土的后期強度以降低水泥用量，減少水化熱。

（2）適當(dāng)攙加粉煤灰。混凝土中摻用粉煤灰后，可提高混凝土的抗?jié)B性、耐久性，減少收縮，降低膠凝材料體系的水化熱。

（3）選擇級配良好的骨料。骨料在大體積混凝土中所占比例一般為混凝土絕對體積的80～83%，因此在選擇骨料時，應(yīng)選擇線膨脹系數(shù)小、巖石彈模較低、表面清潔無弱包裹層、級配良好的骨料。

（4）加入適量外加劑。加入外加劑后能減小混凝土收縮開裂的機會。減水劑的主要作用是改善混凝土的和易性，降低水灰比，提高混凝土強度或在保持混凝土一定強度時減少水泥用量，而水灰比的降低，水泥用量的減少對防止開裂是十分有利的。

4.4 配合比設(shè)計要求

大體積混凝土配合比設(shè)計，除應(yīng)符合現(xiàn)行國家現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)《普通混凝土配合比設(shè)計規(guī)范》JGJ55外，尚應(yīng)符合下列規(guī)定：

（1）采用混凝土60d或90d強度作為指標(biāo)時，應(yīng)將其作為混凝土配合比的設(shè)計依據(jù)。

（2）所配制的混凝土拌合物，到澆筑工作面的坍落度不宜低于160mm。

（3）拌和水用量不宜大于175kg/m3。

（4）粉煤灰摻量不宜超過膠凝材料用量的40%；礦渣粉的摻量不宜超過膠凝材料用量的50%；粉煤灰和礦渣粉摻合料的總量不宜大于混凝土中膠凝材料用量的50%。

4.5 大體積混凝土成型工藝

混凝土的成型工藝，一般包括從攪拌、運輸、入模、澆筑等全過程。根據(jù)大體積混凝土的技術(shù)特征，在確保混凝土具有良好的和易性和溫度要求的情況下，在操作過程中藥突出一個“快”字，以滿足結(jié)構(gòu)物整體澆筑的需要。

（1）做好養(yǎng)護措施。混凝土澆注完畢后，應(yīng)及時灑水養(yǎng)護以保持混凝土表面經(jīng)常濕潤，這樣既減少外界高溫倒灌，又防止干縮裂縫的發(fā)生，促進(jìn)混凝土強度的穩(wěn)定增長。

（2）做好通水冷卻工作。若是在高溫季節(jié)施工，則要在初期采用通制冷水來降低混凝土最高溫度峰值，但注意，通水時間不能過長，因為時間過長會造成降溫幅度過大而引起較大的溫度應(yīng)力。

（3）加強混凝土澆筑后的養(yǎng)護混凝土澆筑后，應(yīng)盡快回填土覆蓋養(yǎng)護。

4.6 大體積混凝溫度控制要求

溫度控制是大體積混凝土施工中的一個重要環(huán)節(jié)，是防止溫度裂縫的核心。施工時要加強技術(shù)管理。施工時要編制好施工方案，制定切實可行的具體措施。加強溫度監(jiān)測工作，不僅要在混凝土成型后，對混凝土的內(nèi)部溫度進(jìn)行監(jiān)測，而且應(yīng)在一開始，就對原材料、混凝土拌合、入模和澆筑溫度進(jìn)行系統(tǒng)測試，才能針對存在的問題及時進(jìn)行改進(jìn)。

5 工程實例分析

寧波寶新鋼廠冷帶退火酸洗跨設(shè)備基礎(chǔ)大體積混凝土施工。

5.1 工程概況

設(shè)備基礎(chǔ)全部為鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，混凝土強度等級為C30P6。基礎(chǔ)為全長329.86m，寬10.9～34.3m，基底標(biāo)高最深底標(biāo)高分別為-10.900m，基礎(chǔ)底板厚度多為1.5m，局部底板最厚處達(dá)3m，基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)總體上呈箱型結(jié)構(gòu)，整個基礎(chǔ)設(shè)兩道變形縫，施工時根據(jù)規(guī)范設(shè)多道后澆帶。本工程在第一段基礎(chǔ)施工完成后，個別處出現(xiàn)了嚴(yán)重的混凝土裂縫現(xiàn)象。

5.2 原因分析

根據(jù)幾次裂縫產(chǎn)生的部位、施工操作方法、施工環(huán)境、材料用料情況及相應(yīng)采取改進(jìn)措施后的實施效果等因素，現(xiàn)場組織了多次專題會議對裂縫產(chǎn)生原因進(jìn)行分析、研究。成因分析包括：

5.2.1 表面裂縫成因分析

混凝土內(nèi)外溫差產(chǎn)生相應(yīng)贏利造成混凝土表面就會產(chǎn)生裂縫。

5.2.2 貫穿裂縫成因分析

由于混凝土內(nèi)部熱量是通過表面向外散發(fā)的，降溫階段混凝土溫度場的分布仍就是中心溫度高，表面溫度低的狀態(tài)，因此混凝土中心部分與表面部分的冷卻程度不同，在混凝土內(nèi)部產(chǎn)生較大的內(nèi)約束。因此，降溫收縮產(chǎn)生的拉應(yīng)力較大，除了抵消升溫時產(chǎn)生的壓應(yīng)力以外，在混凝土中形成了較高的拉應(yīng)力，從而引起大體積混凝土的貫穿裂縫。

結(jié)合以往的經(jīng)驗，通過對各種情況的對比與試驗分析，最終認(rèn)為產(chǎn)生裂縫的原因很多，除了荷載、溫度、收縮、不均勻沉降等原因外，還有以下幾項原因：

（1）原材料質(zhì)量低劣：砂石含泥量過大、砂的細(xì)度模數(shù)太小。

（2）配合比不當(dāng)：坍落度和單方水泥控制不當(dāng)。

（3）施工方法不當(dāng)：負(fù)彎矩鋼筋被踩。養(yǎng)護時間短、二次收光時間不當(dāng)、支模剛度不夠。

（4）人員因素：操作人員質(zhì)量意識差、技術(shù)素質(zhì)低、技術(shù)交底不祥。

（5）環(huán)境因素：混凝土開澆時間控制不當(dāng)：如太陽曝曬，出現(xiàn)了不均勻沉降的現(xiàn)象等。

5.3 大體積混凝土的施工工藝

分層灌注時振搗上層應(yīng)插入下層5cm左右。每點振搗20～30s，視混凝土表面不再顯著下沉，不再出現(xiàn)氣泡、泛出灰漿為止。20～30min后進(jìn)行復(fù)振。每振搗完一段，要隨即攤平。

為控制混凝土內(nèi)外的溫差，在混凝土施工中做好測溫孔的布設(shè)，測溫孔間隔10m左右，在設(shè)備基礎(chǔ)轉(zhuǎn)角處也需設(shè)置，測溫孔埋入基礎(chǔ)3/5處，用？準(zhǔn)48的腳手管，澆注完后由專人檢測表面溫度與結(jié)構(gòu)中心溫度，測溫時間不小于14d，前7d每隔4h測溫一次，后7d每隔8h測溫一次。

后期施工過程中，針對以上出現(xiàn)的問題采取了必要的措施，施工質(zhì)量得到了控制，沒有出現(xiàn)同類現(xiàn)象

6 結(jié)論與展望

通過以上分析可知，大體積混凝土裂縫防治工程設(shè)計、制備、運輸、施工，混凝土的保溫保濕養(yǎng)護以及在混凝土澆筑硬化過程中澆筑體內(nèi)溫度及溫度應(yīng)力的監(jiān)測和應(yīng)急預(yù)案的制定等技術(shù)環(huán)節(jié)，采取了一系列的技術(shù)措施，采用合理的施工方法，才能有效地防止裂縫的發(fā)生成功，確保工程質(zhì)量。

參考文獻(xiàn)

[1]葉琳昌、沈義.大體積混凝土施工.北京：中國建筑出版社，1987.

[2]韓素芳主編.混凝土工程病害與修補加固.北京：海洋出版社，1996.

[3]郭鎮(zhèn)海.鋼筋混凝土原理.北京：清華大學(xué)出版社，1999.