大體積混凝土施工過程裂縫控制

康志遠

摘要：因大體積混凝土的內外溫差所產生的裂縫一直是困擾建筑施工的難題。結合某地下特大體積混凝土的施工實際，分析了大體積混凝土裂縫產生的原因以及控制措施，并闡述了相關裂縫控制的施工技術以及收到的實際效果。

關鍵詞：大體積混凝土；裂縫；水化熱；施工縫；通水冷卻法

一、工程簡介

某工程共包括主站屋、行包房、內部用房等幾個單體。主站屋西側為行包房，東側為內部用房，建筑總面積約為56718m2，其中地上為48767m2，地下為7951m2，高架站房主體檐口高度為24.2m，中心制高點高度約為42.000，屋蓋φ270m，工程底板長超過200m，寬接近80m，厚1.5m，承臺最厚達6m。底板承臺混凝土標號為C45，面積之大，混凝土總澆筑量超過1萬m3，屬大體積混凝土。本工程地下通道結構根據設計及規定分成若干段進行施工，中間設置橡膠止水帶。筏板基礎按照設計要求留設后澆帶。本工程平面超長，整個建筑體型超大，為盡量避免由于溫度、收縮等因素產生有害裂縫的要求，在施工過程中平面上間隔40m～60m設置后澆帶，將地下室結構劃分為6個區域，后澆帶寬為1.0m。

二、大體積混凝土裂縫成因分析

本工程為市重大實事工程，為保萬無一失，我們在施工前即對大體積混凝土可能產生裂縫的原因，進行了仔細的分析和研究，并擬定了相對應的防范措施，以備無患。一般而言，大體積混凝土施工裂縫產生的原因可分為內在與外在兩類：內在原因是混凝土澆筑時水泥釋放大量水化熱且混凝土是熱的不良導體，混凝土的力學特性如收縮、徐變；外在原因是混凝土處在冷熱交替的環境中，一般會受到較強的外界約束。

1.水泥水化熱的影響

混凝土澆筑過程中的熱源來自于水泥的水化生熱，大體積混凝土熱傳導方程：

[δTδt]=[?]2T+[1ρc][δQδt] （1）

其中：a——混凝土導溫系數，a=[λ/ρc]；Q——混凝土熱源函數；λ——混凝土導熱系數。

水泥水化熱可以表示成絕熱溫升的函數，而絕熱溫升函數一般有指數式、復合指數式和雙曲線式。水泥水化熱一般是在澆筑后短期內集中放熱。放熱速度一般和混凝土的配合比，水泥種類有直接關系。由于大量的水化熱集聚在混凝土內部緩慢釋放出來，故一般地，混凝土中心溫度高，而外表面溫度較低，因而在混凝土內外產生較大的溫度梯度，使其內部產生壓應力，表面產生拉應力。而當拉應力超過混凝土的極限抗拉強度時混凝土表面就會產生裂縫。

2. 外界氣溫濕度變化的影響

大體積混凝土結構在施工期間，外界氣溫的變化對防止大體積混凝土裂縫的產生有較大影響。混凝土內部的溫度是由澆筑溫度、水泥水化熱的絕熱溫升和結構的散熱溫度等各種溫度疊加之和組成。澆筑溫度與外界氣溫有著直接關系，外界氣溫愈高，混凝土的澆筑溫度也就會愈高；如果外界溫度降低則又會增加大體積混凝土的內外溫度梯度。如果外界溫度的下降過快，會造成很大的溫度應力，極其容易引發混凝土的開裂。另外外界的濕度對混凝土的裂縫也有很大的影響，外界的濕度降低會加速混凝土的干縮，也會導致混凝土裂縫的產生。

三、大體積混凝土裂縫的控制措施

根據工程實踐，基于“抗放結合”的裂縫控制原則，為了防止大體積混凝土裂縫產生，可以從設計和施工手段兩個方面考慮，最大限度的降低溫差和減小混凝土的收縮達到裂縫控制的目的。

1.設計措施

設計時宜采用中低強度混凝土，避免采用高強度混凝土。為了控制大體積混凝土的表面收縮裂縫，可以適當采取在承臺表面合理增加分布鋼筋用量的措施，雖然單靠增加分布鋼筋用量不能明顯的防止裂縫出現，但適當增加分布鋼筋的用量可以加強結構的整體性和減小溫度裂縫的寬度。大體積混凝土工程施工中如果允許設置水平施工縫，應根據溫度裂縫的要求進行分塊，且設置必要的連接方式。

2.材料選擇與制備

混凝土內本身產生熱量的只有水泥，選用低熱水泥成為降低混凝土內部溫升和防裂的重要手段。選擇合理的混凝土的配合比設計，可以有效的降低水泥產生的水化熱。對選用的低熱水泥還希望早期強度高、后期強度仍增長、彈模低、徐變大、自生體變為膨脹型。同時，適當的減少水泥用量，并嚴格控制骨料的質量。

3.合理組織施工

實踐證明，合理組織施工是經濟而有效的措施。在安排混凝土的施工季節時，可注意以下幾點：第一，盡量避免酷暑、嚴寒的氣候下施工；第二，不同的混凝土塊對混凝土澆筑溫度及內部水化熱溫升不相同；合理組織大體積混凝土施工包括：①降低混凝土澆筑溫度應從降低混凝土的出機口的溫度和減少運輸途中倉面的溫度回升兩方面著手；②合理控制間歇期。混凝土層間間歇期從散熱、防裂及施工作業方面綜合分析后，提出合理間歇期。

4.采取有效的施工技術措施

（1）分塊澆搗、化整為零

在施工過程中，通過設置合理的變形縫、后澆帶、施工縫等將大體積混凝土分成多塊，分塊、分層澆搗從而減小混凝土的收縮變形。

（2）通水冷卻

通水冷卻是混凝土溫度控制的有效措施之一。通過冷卻水循環，降低混凝土內部溫度，減小內表溫差，控制混凝土內外溫差。通過測溫點測量，掌握內部各測點溫度變化，以便及時調整冷卻水的流量，做到及時控制溫差。當內外溫差過高，而流量的控制效果不明顯時，可將冷卻水管的出口處的熱水澆灌于混凝土的表層，提高表層混凝土的溫度，從而更好的控制內外溫差。上海的經貿大廈底板以及閔浦大橋承臺大體積混凝土便采用了冷卻水管，對降低混凝土內部溫度控制內外溫差起到一定的作用。

5.表面保溫

保溫的目的是減小混凝土表面與內部溫差及表面混凝土的溫度梯度，防止表面裂縫的發生。保溫層兼有保濕的作用，如果用濕砂層、潮濕鋸末層，積水保濕效果尤為突出。保溫養護過程中，應保持混凝土表面濕潤，保濕可以提高混凝土的表面抗裂能力。在大體積混凝土施工中可因地制宜地采用保溫性能好的保溫養護材料。在施工工期要求內，盡量采用自然散熱的方式。

6.有限元模擬分析

早期混凝土內部溫度場分布隨齡期的變化，可以把混凝土認為是均勻、正交各向同性材料，根據采用的混凝土各項準確參數、邊界條件、環境溫度等對實際工程進行有限元模擬分析，得出其內部最高溫度、澆注后各個時間段的溫度場以及內部應力變化規律。根據結果考慮是否采用冷卻水管降溫，并對布置冷卻水管后進行有限元模擬分析，用以指導實際的施工。

四、信息化施工

本工程澆注采用“分段定點、一個坡度、薄層澆搗、循序漸進”的方法；混凝土終凝后立即養護，采用兩層薄膜兩層麻袋覆蓋進行保濕、保溫養護，并根據溫差情況進行及時調整。在混凝土澆筑及養護過程中進行實時的溫度監控，能直接觀察到其混凝土內部溫度的變化，并及時采取溫控措施，對有效地控制溫度裂縫的產生有重要意義。

1.測溫點布置

測溫點的布置原則為能反映整個大體積混凝土的溫度場及溫度變化規律的區域，根據本工程底板承臺的形狀、對稱性及混凝土的澆搗順序等確定。本工程主要對具有代表性的6.0m承臺處（G、H軸，每個測溫軸豎向布置3個測溫點，分別為距頂面10cm、中間、距底面10cm）的測溫結果進行了分析總結。

2.溫度測試結果

混凝土在入模后的前1～2d溫度升高很快，平均每天升高17.5℃，達到最高溫度以后以平均每天1.8℃的速度下降，持續時間約10d左右，之后的降溫速度放緩。鑒于本工程是在冬季施工，大氣溫度較低，對混凝土表面保溫養護尤其重要，為降低混凝土內外溫差，采用兩層薄膜兩層麻袋覆蓋進行保濕、保溫養護。最大溫差控制在25℃以內，有效地預防了有害裂縫的產生。

五、結論

本文分析了大體積混凝土裂縫產生的一些主要原因以及解決措施，并在實際工程中得以驗證和應用，取得了滿意的效果，為今后其他大體積混凝土的施工具有重要的參考價值和意義。endprint