基礎結構的大體積混凝土防裂縫研究

杜勇權

廈門長實工程監理有限公司（361000）

基礎結構的大體積混凝土防裂縫研究

杜勇權

廈門長實工程監理有限公司（361000）

這里結合工程實例，分析了基礎的大體積混凝土裂縫的產生原因和控制措施，對大體積混凝土的施工具有指導意義。

大體積混凝土；裂縫；控制

建筑基礎結構的大體積混凝土工程包括有大型橋梁樁基礎工程、大型房建基礎工程、大型鐵路基礎工程等，這些大體積混凝土的裂縫控制技術是《混凝土結構工程施工規范》的重要組成部分，該規范總結了我國近年來基礎的大體積混凝土工程的技術發展。為了控制大體積混凝土的裂縫發展，混凝土配合比設計應采用后期的強度，大體積混凝土內外溫差應控制在25℃左右。不同類型的大體積混凝土（如柱、墻、梁等）應采用不同的裂縫控制措施，重點還是控制大體積混凝土內部溫度，防止混凝土的收縮。

1 基礎的大體積混凝土裂縫產生原因

1.1 水化熱產生內外溫差

基礎的大體積混凝土具有斷面結構尺寸大、混凝土用量大等特點，結構變形很容易受到溫度的影響和水泥水化熱的約束，會產生溫度應力。當內外溫差大于25℃時，混凝土受到的拉力作用大于其抗拉強度極限值，便產生了永久的塑性變形，從而產生裂縫。大體積混凝土產生的裂縫如圖1所示。溫度應力是導致大體積混凝土裂縫產生的主要原因，溫升裂縫的形成主要分為兩個階段。

圖1 大體積混凝土的裂縫

第一個階段是在混凝土的澆筑初期。在混凝土初凝時期，由于大體積混凝土所用水泥量大，水泥水化會產生大量的水化熱，導致混凝土內部溫度很快上升。但是混凝土的表面與空氣相通，散熱比較好，熱量可以快速地向大氣散發，因此表面溫度上升慢。混凝土內部因為散熱條件差，熱量散發的速度慢，內部溫度上升較快，內部混凝土形成溫度梯度。溫度梯度的形成，使混凝土內部產生了壓應力，外部產生了拉應力，當拉應力超過了混凝土的抗拉極限強度時，混凝土便產生了裂縫。

第二個階段是在混凝土澆筑72 h后。在這個階段，水泥水化熱基本上達到了最大值，混凝土結構開始從最高溫度逐漸降溫。混凝土從升溫時的體積膨脹過程轉化為降溫時的體積收縮過程，降溫會引起混凝土的體積收縮，再加上混凝土中多余的水分散失引起體積收縮變形，混凝土結構不能自由地產生變形，導致溫度應力超過混凝土的抗拉極限強度,混凝土則從約束面開始向上開裂形成溫度裂縫，情況嚴重時會產生貫穿裂縫，破壞結構的耐久性和整體性。

1.2 混凝土的收縮

由水泥水化熱產生的內外溫差引起的混凝土開裂，是大體積混凝土產生裂縫的主要原因。大體積混凝土也是混凝土結構，也會出現一般混凝土產生的裂縫，原因是鋼筋配置不夠或者鋼筋為粗大鋼筋，混凝土和鋼筋的黏結面積不夠，使混凝土承受結構拉力而產生收縮裂縫。混凝土的配合比控制不好也會導致的大體積混凝土結構施工產生裂縫，比如混凝土強度過低，坍落度過大或過小，混凝土初凝時間不夠等原因均會導致混凝土因收縮變形而產生裂縫。

1.3 工程案例

某綜合型商業大樓建筑面積55萬m2，規劃用地面積20萬m2，建設工程主樓由兩座塔樓、裙樓和基座組成，地下室建筑高度為2.4m，為現澆鋼筋混凝土框架結構。本工程的基礎采用直徑為1.2m的鉆孔灌注樁，兩個塔樓位于樁基礎之上。工程結構底板混凝土等級采用C40，抗滲等級S8。

2 基礎結構的大體積混凝土防裂縫措施

2.1 控制混凝土的材料配比

一般混凝土結構可以通過合理配置鋼筋來控制裂縫，大體積混凝土結構也不例外。為了控制水泥水化熱產生的裂縫，在設計中，可以在可能產生裂縫的部位配置足夠的構造鋼筋。由荷載引起的裂縫及其寬度的控制可以通過配筋來解決，其控制指標可由《混凝土結構設計規范》取值。收縮裂縫可通過減少配筋抑制收縮裂縫的出現。

混凝土結構的主要材料為混凝土和鋼筋。混凝土要選擇良好的混凝土原材料和優化其配合比，使混凝土結構具有較強的抗裂能力，從而獲得“低溫、低熱”的混凝土，達到減少裂縫的目的。

2.2 控制混凝土的溫升和降溫

對于混凝土的溫升控制和降溫速率控制，即是減小內外溫差，可以采用的具體措施有以下幾點:

1）在混凝土中摻入高效緩凝減水劑。這樣不僅可以改善混凝土的和易性，還能減少10%的用水量和水泥用量，從而達到降低水化熱、控制施工過程中可能出現的溫度裂縫的目的。

2）摻入粉煤灰。在混凝土中摻入粉煤灰可以頂替部分水泥，可有效地降低水化熱，但值得注意的是，只能在采用普通硅酸鹽水泥的混凝土中摻入粉煤灰。

3）骨料的選擇。施工中應該優先選擇級配較好的粗骨料配置混凝土。由于工程中常采用商品泵送混凝土，因此花崗巖碎石作為粗骨料只能取粒徑為10～30mm。

4）控制混凝土的出機溫度和澆筑溫度。其主要目的是控制混凝土的總升溫值和降低結構的內外溫差。控制混凝土的出機溫度常用方法是降低砂石的溫度。如果在夏季施工，氣溫較高，為了降低砂石溫度，防止太陽直接照射，需要搭設遮陽裝置，并及時沖水降溫。控制混凝土的澆筑溫度最有效的方法是合理安排施工流程和機械配置，盡量使澆筑在夜間進行。

5）當混凝土澆筑完畢之后，為了減少降溫階段的內外溫差,可以采用保溫和保濕養護的措施，保證水泥的水化過程，從而保證了混凝土的極限抗拉強度，同時可以延緩水化熱的降溫速率。具體可采取的措施是:在混凝土初凝后，可以立即覆蓋濕麻袋，再在外層鋪上塑料薄膜，加強保溫作用。當混凝土的初凝完成后,可以修筑水池蓄水進行保濕養護。

2.3 控制混凝土收縮，提高抗拉極限強度

通過改善混凝土的施工工藝和配合比的方法可以在一定程度上減少混凝土的收縮并提高抗拉強度值。改善混凝土配合比的方法已經在前文論述，現在側重于施工工藝方面的控制措施。對于大體的混凝土澆筑施工，可以采用分階段分層振搗密實的方法，并進行二次振搗，主要目的是排除混凝土中部分可能出現的水分和空隙，提高鋼筋和混凝土之間的黏結力，防止因混凝土坍落度過大而產生裂縫。此方法可減少混凝土內部結構的微裂現象，增加混凝土的密實度，提高混凝土的抗壓強度和抗裂性,同時有助于內部熱量的散發，減低內外溫差。

2.4 大體積混凝土施工監測控制

為了進一步了解大體積混凝土的水化熱的具體大小、不同深度的溫度場變化規律，隨時監測混凝土的內部情況。在大體積混凝土的溫控施工中，除了水化熱的測定之外，還應該在混凝土的澆筑過程中進行溫度監測，在即將澆筑的不同部位埋設溫度傳感器，對混凝土結構的內外溫度變化進行全程監控。在混凝土的養護過程中也應該對澆筑塊體進行升降溫、內外溫差、降溫速率的監測。大體積混凝土基礎或結構底板截面復雜，底板和上表面的標高不一致，內部的溝道縱橫交錯，各個地方的溫度分布也不均勻，溫度場條件實在復雜。同時應力的大小還與所在區域的氣候條件、配筋情況、基礎構造、約束狀態等有關。在各項降溫措施實施之后，通過實時監控的手段，在一定范圍內，能準確地采取保溫保濕措施來防止大體積混凝土出現裂縫。

3 結論

針對大體積混凝土產生裂縫的原因本文提出了控制混凝土的材料配比，以提高混凝土的抗拉強度和降低水泥用量；控制混凝土的溫度升高和降低混凝土的溫度降低速率，以控制內外溫差；在大體積混凝土施工過程中對溫度進行實時監控，信息化施工。經過工程實踐證明這些措施可以有效地控制大體積混凝土施工產生的裂縫。

[1]蔡清芬.大體積混凝土施工的裂縫控制及養護[J].中國高新技術企業,2014(18).

[2]朱艷男.高鐵橋梁工程大體積混凝土裂縫成因及控制措施[J].價值工程,2014(28).

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