淺談大體積混凝土防裂施工技術

王棟梁

(井研縣人民政府研城街道辦事處, 四川井研 613100)

近年來，隨著城市化進程和基礎設施建設的快速發展，我國在高層建筑、市政公用、水利大壩、橋梁基礎等工程中常常存在大體積混凝土施工,混凝土在硬化過程中，由于水化熱引起的溫度變化和混凝土收縮的共同作用，使溫度應力和收縮應力發生劇烈變化，從而導致混凝土結構出現有害裂縫而產生滲漏治理難的問題，造成工程質量和安全隱患。因此，防止大體積混凝土裂縫作為大體積混凝土施工的主要技術，對其進行不斷研究具有重要意義。

1 大體積混凝土的特點

(1)構件厚大，配筋多，混凝土量大。大體積混凝土是結構實體超長超大、最小尺寸在1.0 m及以上、需一次性澆筑大量混凝土，且因構件配筋粗、配筋密、振搗難度大、易產生裂縫[1]。

(2)環境復雜，技術要求高。大體積混凝土施工需現場連續澆筑，往往不許留施工縫，不僅施工持續時間長、現場條件復雜，受環境影響大，而且還需混凝土既要具有良好的工作性能，又要滿足結構的整體性、耐久性和安全性。

(3)水化熱大、易產生裂縫。澆筑后的混凝土產生的水化熱大，內部溫度高，表面溫度低，內外溫差大，形成較大溫度應力，易導致發生有害裂縫[2]。

(4)裂縫治理難。大體積混凝土的裂縫難以發現和檢測，如發生裂縫，難以修補，后果十分嚴重。

2 大體積混凝土裂縫的主要類型及危害

2.1 大體積混凝土裂縫的主要類型

2.1.1 干縮變形裂縫

混凝土澆筑后處于塑性狀態時，因混凝土水化熱高，以及炎熱風大、蒸發過快引起產生的裂縫。其裂縫一般為不規則龜紋狀、或放射狀裂縫，以及每隔一段距離出現一條裂縫。

2.1.2 溫度變形裂縫

混凝土在硬化中，釋放大量水化熱，使內部升溫快而散熱慢、但表面散熱快而溫度低，導致內外溫差大，產生內脹外縮，當內部壓應力超過外部拉應力時，易產生表面裂縫；在內部逐漸散熱冷卻收縮時，由于接觸處受到約束，當拉應力超過抗拉強度時，易產生貫穿性裂縫。其裂縫形狀、部位又因溫差大小、構件類型、約束程度不同而存在較大差異，且隨時間變化，裂縫還會逐漸擴大加深，將嚴重破壞結構整體性，對承載能力和安全極為不利[2]。

2.1.3 塑性坍落裂縫

多發生在初凝前的鋼筋混凝土結構中，由于骨料在自重作用下沿鋼筋方向逐漸下沉，混凝土被上方的鋼筋支頂，沿鋼筋表面產生順筋裂縫，使用流動性大或水灰比大的混凝土裂縫尤其嚴重。

2.2 大體積混凝土裂縫的危害

(1)影響建筑物的功能。裂縫后產生的滲漏問題處理難，有時多次治漏，不但延誤了工期、增加了成本，而且降低了結構使用功能。

(2)降低建筑結構的剛度。貫穿性裂縫使結構剛度降低，嚴重影響結構正常發揮其設計功能。

(3)影響混凝土的耐久性。裂縫的出現使侵蝕介質進入混凝土內部，導致鋼筋銹蝕及混凝土腐蝕和碳化，使混凝土表面損壞且強度降低，對混凝土的耐久性影響甚大。

3 大體積混凝土的防裂技術措施

由于大體積混凝土裂縫的產生主要與設計水平、材料質量、施工技術、溫度控制、養護方法等措施不當密不可分，因此大體積混凝土防裂，應堅持抗放兼施，遵循設計是前提、材料是基礎、施工是關鍵、溫控是重點、養護是保證的原則，采取以下五個方面的措施，有效控制產生裂縫。

3.1 設計方面

(1)施工方案先進合理。項目負責人組織編制大體積混凝土施工技術方案，方案應主要包括施工工藝流程、施工方法、防裂措施等，應技術先進、經濟合理、安全可靠，經項目技術負責人審批后實施[3]。

(2)優化設計配合比。混凝土強度等級宜為C25～C50，且應根據原材料性能及混凝土強度、耐久性、工作性能等技術要求，由具有資質的試驗室計算和試配優化設計配合比，再根據現場砂、石的實際含水率，確定施工配合比。經設計單位同意，也可采用60 d或90 d的強度作為混凝土配合比設計、強度評定及驗收的依據[4]。采用商品混凝土時，技術人員應事前嚴格審核分析商品混凝土的技術參數。

(3)設置變形縫、后澆帶。超長大體積混凝土采取設置變形縫、后澆帶或采取跳倉法合理分塊施工，控制結構不出現有害裂縫。

(4)設置滑動層。宜在位于基巖上的大體積混凝土墊層上設置滑動層，或采取減少與大體積混凝土接觸處的約束措施，控制因拉應力產生的裂縫[4]。

(5)設置構造鋼筋。結合混凝土構件結構配筋，設置控制溫度和收縮的構造鋼筋。

(6)優化施工時間段。選擇適宜溫度時段澆筑，避開高溫高熱天氣進行施工。

3.2 材料方面

大體積混凝土使用的原材料、摻合料、外加劑均應具有產品合格證書和性能檢測報告，其品種、規格、性能必須符合現行國家技術標準規定，同時符合施工組織設計的規定。

3.2.1 水泥

3.2.1.1 選用低、中水化熱水泥

大體積混凝土所選用的水泥，要求具有凝結硬化慢，強度早期低、后期高，水化熱低。宜選用低水化熱的Ⅱ族水泥，如有抗滲要求時，優選火山灰水泥。其水化熱為：使用42.5級及以下水泥時，3d不宜大于240 kJ/kg、7d不宜大于270 kJ/kg[5]，使用52.5級水泥時，7d不宜大于300 kJ/kg。

3.2.1.2 降低水膠比，減少水泥用量

在滿足大體積混凝土設計配合比、強度等級及施工工藝要求的前提下，降低水膠比(不大于0.45)，減少水泥用量，可有效降低混凝土溫升值。如設計無要求，用量控制在350 kg/m3內，膠凝材料總量不宜超過420 kg/m3。

3.2.1.3 強度等級要相互匹配

低強度等級水泥配制高強度等級混凝土，水泥用量大，不經濟，且使混凝土收縮和水化熱增大；高強度等級水泥配制低強度等級混凝土，水泥用量少，影響和易性、密實度，導致耐久性差。一般以水泥強度等級為混凝土強度等級的1.5～2倍為宜、高強度等級混凝土可取0.9～1.5倍[1]，即C30及以下混凝土宜選32.5級水泥，C30以上混凝土宜選42.5級及以上水泥，且優選中、低水化熱水泥[6]。

3.2.2 嚴控骨料粒徑和含泥量

骨料粒徑粗，收縮小；粗骨料粒徑越細，砂率越高，收縮越大；嚴控骨料含泥量，骨料中含泥越大，收縮越大。一般情況下，粗骨料宜選用強度高，連續級配好，低堿活性，產地、規格一致的天然卵石或碎石，其粒徑5～40 mm、含泥量和泥塊含量分別不大于1 %和0.5 %。細骨料宜選用Ⅱ類中砂，粒徑為0.35～0.5 mm，含泥量和泥塊含量分別控制在3 %和1.0 %以內的天然河砂最佳[1]，砂率宜為38 %～45 %[4]。

3.2.3 拌和用水

拌和用水(不宜大于170 kg/m3 [4])及養護用水相同，不得使用含有害物質的水。

3.2.4 摻入外加劑

宜選用減水率高、緩凝效果好，坍落度損失小的高效緩凝、減水、微膨脹的外加劑，可降低水化熱峰值，對混凝土收縮具有補償功能，可提高混凝土抗裂性[7]。摻量一般不大于水泥用量的5 %。

3.2.5 摻入活性摻和料

選用Ⅰ級粉煤灰，可降低混凝土水泥用量、改善混凝土施工性能，降低溫升、改善和易性，延緩混凝土早期強度的發展、增加后期強度，有利于提高混凝土耐久性。摻合料摻量應根據通過試配的配合比摻加[5]，但不宜大于膠凝材料用量的50 %[4]。

3.3 施工方面

大體積混凝土工程施工應按施工工藝流程施工和投料順序投料，其工藝流程為：預先澆水降溫→測定混凝土入模溫度→混凝土攪拌→混凝土運輸、泵送與布料→混凝土澆筑、振搗和表面抹壓、清除表面浮漿→二次抹壓→混凝土養護；其投料順序為：粗骨料→水泥、粉煤灰→細骨料→水→外加劑；其余應符合GB 50496-2009《大體積混凝土施工規范》和其他相關枝技術標準的規定。

3.3.1 嚴控攪拌配比，滿足施工要求

應嚴控設計和施工配合比，確保材料合格，計量偏差符合標準規定要求，投料順序及攪拌時間合理、準確，確保質量滿足設計、施工要求。當摻有外加劑時，攪拌時間適當延長。由于大體積混凝土施工質量要求高、用量大、澆筑時間長，應提前與攪拌站確定供應質量、時間、用量要求，或采用2個攪拌站同時供應，確保混凝土澆筑連續不中斷。

3.3.2 縮短運輸時間，確保初凝前澆筑完畢

在運輸中不宜發生分層、離析，否則應在澆筑前進行二次攪拌。盡量縮減運轉次數和運輸時間，確保初凝前運到現場并澆筑完畢。混凝土應采用混凝土罐車運輸，入模采用混凝土輸送泵泵入(泵送混凝土坍落度不宜低于100 mm、水膠比不宜大于0.6、膠凝材料總量不宜小于300 kg/m3[6])，輸送罐車配合進行。

3.3.3 采用分層澆筑，保證結構整體性

澆筑前，應根據施工方案逐級交底、清除雜物、做好模板支架驗收及鋼筋隱蔽驗收，調試并確保設備運轉良好、且預留1套機械設備備用，機械設備的運轉、調試、使用均由專人負責。混凝土澆筑厚度越大、溫升值越高，應采用全面(分段、斜面)分層澆筑，可增加散熱面，延長散熱時間，有效降低水化熱溫升值，保證結構整體性。澆筑時，應從短邊(低處)開始，沿長邊方向自一端向另一端進行，每層厚度不超過30～50 cm，第一層澆完后，為避免出現冷縫，應及時回頭再澆第二層，依次逐層連續進行，直至澆筑完畢為止。澆筑的自由傾落高度不超過2 m，如超過2 m應設串筒或溜槽。

3.3.4 采用二次振搗，提高抗裂性

澆筑后采用分層振搗，振搗上層應插入下層混凝土5 cm一并振搗，確保融合不分層分縫；每點的振搗時間，以混凝土不再冒氣泡，表面不再呈現浮漿和不再沉落為止；每2 m左右間距設置1臺插入式振動器，混凝土入模后，立即沿1個斷面同向同時振搗或由兩端往中間振搗，振搗密實后，方可移至下一段振搗，同時要避免漏振、欠振、過振。其次，在初凝前采用二次振搗，排除混凝土內部水分和空隙，防止因混凝土沉落而出現裂縫。

3.3.5 采用多次抹壓，防止表面收縮裂縫

大體積混凝土初凝前表面水泥漿較厚，澆筑后要認真處理。在混凝土初凝前1～2 h，先用長靠尺按標高刮平，除去多余浮漿，用滾筒碾壓及機械抹壓后，再用木抹子人工抹平壓實。澆筑面應及時進行多次抹壓處理，用木抹子反復抹壓，使其表面密實，用鐵板壓光，減少表面水份揮發，控制表面收縮裂縫。

3.3.6 適時拆模施工，有效減少裂縫

在混凝土未達到設計強度前，不得拆模及支架；在混凝土強度未達到1.2 MPa前，不得在其上踩踏或安裝模板及支架，禁止傾倒施工材料，避免出現較大的振動沖擊對大體積混凝土造成危害，從而避免產生裂縫[6]。

3.3.7 采取應急措施，應對特殊天氣

澆筑混凝土中如遇大雨、大雪天氣，應在合理部位留設施工縫、中止澆筑；立即覆蓋已澆筑未硬化混凝土，防止被雨水沖刷[4]。

3.4 養護方面

(1)采用保溫保濕養護，防止收縮裂縫。大體積混凝土澆筑完畢后8～12 h內，除按溫控措施覆蓋保溫養護、提高混凝土表面及周圍散熱面的溫度和專人測溫外，還應澆水連續保濕養護不少于14 d，使混凝土保持處于濕潤狀態，縮小內外溫差，防止收縮裂縫。保溫覆蓋層應分層拆除，當混凝土表面與環境最大溫差小于20 ℃時可全部拆除[4]。

(2)拆模后養護。混凝土拆模后，按施工方案要求繼續做好保溫保濕養護。

3.5 溫控方面

大體積混凝土工程施工前，宜對施工階段的大體積混凝土澆筑體的溫度、溫度應力及收縮應力進行計算，制定相應的溫控技術措施，確保符合溫控指標。

3.5.1 溫度控制指標

(1)入模溫度。混凝土入模溫度不宜大于30 ℃，混凝土澆筑體最大溫升值不宜大于50 ℃。

(2)里表、表外溫差。混凝土澆筑體表面內50 mm處與表面溫差不宜大于25 ℃，拆除覆蓋層時，混凝土澆筑體表面與環境溫差不應大于20 ℃。

(3)相鄰兩測溫點溫差。混凝土澆筑體內部相鄰兩測溫點溫差不應大于25 ℃。

(4)降溫速率。降溫速率不宜大于2 ℃/d，冬季施工不宜大于3 ℃/d；當有可靠經驗和措施時，可適當放寬[6]。

3.5.2 溫度控制技術措施

(1)采取灑水降溫。當環境溫度高于35 ℃時，對模板、鋼筋、機具灑水降溫，但不得留有積水。

(2)采用遮陽覆蓋降溫。對裸露材料、入模混凝土、混凝土罐(泵)車及施工作業面采用固定或移動遮陽棚覆蓋降溫，對混凝土輸送泵管采用包裹措施降溫。

(3)降低混凝土入模溫度。混凝土入模溫度越低，越有利于控制混凝土內外溫差，應盡量避免高溫時段施工，選擇氣溫較低時段施工；夏季高溫施工時，采取骨料用水沖洗、避免暴曬降溫、降低拌和用水溫度(加冰屑或用地下水)及控制混凝土出機溫度(不大于30 ℃)等方式將混凝土入模溫度控制在5～30 ℃[4]。

(4)預埋冷卻水管導熱降溫。混凝土內預埋冷卻水管，通入循環冷卻水導出內部熱量，將冷卻水與混凝土內的溫差控制在20～25 ℃。

3.5.3 溫度監測要求

溫度監測點布在混凝土澆筑體內，應全面準確反映相關溫控指標；溫度測試時，應每臺班對入模溫度測試不少于2次，每晝夜對澆筑后的混凝土的其余溫控指標測量不少于4次[4]。

4 結束語

總之，大體積混凝土的施工及裂縫問題十分復雜，涉及建材、施工、環境、結構等各方面。在工程建設中，應堅持施工前的事前控制和施工中的事中控制，嚴控有害裂縫的產生，盡量避免出現事后治漏，將影響和危害降到最低，確保工程質量和安全。目前，對大體積混凝土施工技術的研究在不斷進行中，其防裂技術仍在不斷推陳出新，因此，對大體積混凝土的防裂施工技術研究還任重而道遠。