建筑工程大體積混凝土施工裂縫與控制技術

薛瑜

陜西省建筑科學研究院 710082 西安

1、概述

大體積混凝土結構的截面尺寸較大，裂縫一般在混凝土澆注短期內形成，此時設計荷載尚未作用于結構上，因此由外荷載引起裂縫的可能性很小。但由于水泥的水化作用是放熱反應，大體積混凝土自身又具有一定的保溫性能，因此其內部溫升幅度較其表層的溫升幅度要大得多，而在混凝土升溫峰值過后的降溫過程中，內部降溫速度又比其表層慢得多，在這些過程中，混凝土各部分的溫度變形及由于其相互約束及外界約束的作用而在混凝土內產生的溫度應力，是相當復雜的。一旦溫度應力超過混凝土所能承受的拉力極限值時，混凝土就會出現裂縫。

大體積混凝土結構的施工技術和施工組織都較復雜，施工時應十分慎重，否則易出現質量事故，造成不必要的損失。組織大體積混凝土結構施工，在模板、鋼筋和混凝土工程方面有許多技術問題要逐個解決。本文著重介紹大體積混凝土的裂縫控制。

2、裂縫產生的原因

大體積混凝土結構裂縫的發生是由多種因素引起的。各類裂縫產生的主要影響因素如下：

2．1水泥水化熱的影響

水泥水化過程中放出大量的熱量，且主要集中在澆筑后的7d左右，一般每克水泥可以放出500J左右的熱量，如果以水泥用量350kg/m3～550kg/m3來計算，每m3混凝土將放出17500kJ～27500kJ的熱量，從而使混凝土內部溫度升高。（可達70℃左右，甚至更高）。尤其對于大體積混凝土來講，這種現象更加嚴重。因為混凝土內部和表面的散熱條件不同，因此混凝土中心溫度很高，這樣就會形成溫度梯度，使混凝土內部膨脹產生壓應力，表面產生拉應力，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。

2.2混凝土收縮的影響

混凝土在空氣中硬結時體積減小的現象稱為混凝土收縮�；炷�土在不受外力的情況下的這種自發變形，受到外部約束時（支承條件、鋼筋等），將在混凝土中產生拉應力，使得混凝土開裂。引起混凝土的裂縫主要有塑性收縮、干燥收縮和溫度收縮等三種。在硬化初期主要是水泥石在水化凝固結硬過程中產生的體積變化，后期主要是混凝土內部自由水分蒸發而引起的干縮變形。

2.3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起著很大的影響�；炷�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。

2.4其他因素的影響

建筑物基礎的不均勻沉降也會產生裂縫，這種裂縫會隨著基礎的不均勻沉降而不斷的增大，待地基下沉穩定后，將不會變化。

混凝土配合比不良會造成混凝土塑性沉降裂縫，一般是混凝土配合比中，粗骨料級配不連續、數量不夠，砂率及水灰比不當所造成的裂縫。

水泥中的堿與活性骨料中的活性氧化硅起化學反應也會產生裂縫。

3、防止產生裂縫的措施

大體積混凝土的裂縫破壞了結構的整體性、耐久性、防水性、危害嚴重，必須加以控制，大體積開裂主要是水化熱使混凝土溫度升高引起的，所以采用適當措施控制混凝土溫度升高和溫度變化速度，在一定范圍內，就可避免出現裂縫。這些措施包含了混凝土施工的全過程，包括選擇混凝土組成材料、施工安排、澆筑前后降低混凝土的措施和養護保溫等。

3．1優選混凝土各種原材料

3.1.1水泥的選擇

理論研究表明大體積混凝土產生裂縫的主要原因就是水泥水化過程中釋放了大量的熱量。因此在大體積混凝土施工中應盡量使用低熱或者中熱的礦渣硅酸鹽水泥、火山灰水泥，并盡量降低混凝土中的水泥用量，以降低混凝土的溫升，提高混凝土硬化后的體積穩定性。為保證減少水泥用量后混凝土的強度和坍落度不受損失，可適度增加活性細摻料替代水泥。

3.1.2骨料的選擇

在選擇粗骨料時，可根據施工條件，盡量選用粒徑較大、質量優良、級配良好的石子。既可以減少用水量，也可以相應減少水泥用量，還可以減小混凝土的收縮和泌水現象。

在選擇細骨料時，采用平均粒徑較大的中粗砂，從而降低混凝土的干縮，減少水化熱量，對混凝土的裂縫控制有重要作用。

3.1.3摻加適量外加劑和減水劑

摻加適量粉煤灰，可減少水泥用量，從而達到降低水化熱的目的。

但摻量不能大于30%。摻加適量的減水劑，它可有效地增加混凝土的。

流動性，且能提高水泥水化率，增強混凝土的強度，從而可降低水化熱，同時可明顯延緩水化熱釋放速度。

3.2設計優化措施

3.2.1精心設計混凝土配合比。在保證混凝土具有良好工作性能的情況下，應盡可能地降低混凝土的單位用水量，采用“三低（低砂率、低坍落度、低水膠比）二摻（摻高效減水劑和高性能引氣劑）一高（高粉煤灰摻量）”的設計準則，生產出高強、高韌性、中彈、低熱和高極拉值的抗裂混凝土。

3.2.2增配構造筋提高抗裂性能。配筋應采用小直徑、小間距。

3.2.3避免結構突變產生應力集中，在易產生應力集中的薄弱環節采取加強抗裂措施（如截面平緩變化加配抗裂構造配筋等）。

3.3施工控制措施

3.3.1控制混凝土入模溫度

入模溫度的高低，與出機溫度密切相關，另外還與運輸工具、運距、轉運次數、施工氣候等有關。

在溫度較高的情況下進行施工，可以在施工現場對堆在露天的砂石用布覆蓋，以減少陽光對其的輻射，同時對澆筑前的砂石用冷水降溫。在攪拌過程中向混凝土中添加冰水。

如果是在冬季進行施工，因為要防止早期混凝土被凍問題，所以要求混凝土澆筑時應該具有較高的澆筑溫度。在澆筑混凝土以前還應該對基礎及新混凝土接觸的冷壁用蒸汽預熱，對原材料應視氣溫高低進行加熱。

3.3.2嚴格控制混凝土的澆筑速度，一次澆注的混凝土不可過高、過厚，以保證混凝土溫度均勻上升。保證振搗密實，嚴格控制振搗時間，移動距離和插入深度，嚴防漏振及過振。

3.3.3砼溫度控制、監測與養生

3.3.3.1溫度控制、監測

為降低大體積混凝土的水化熱，在混凝土的內部通入冷卻循環水，采用循環法保溫養護，以便加快混凝土內部的熱量散發。

為能夠較準確地測量出砼內部溫度，在砼中預埋測溫管，用水銀溫度計（或熱電偶溫度計）測溫。上下層溫差控制在15~20℃之內（大體積砼體內外溫差≤25°。根據各測點的溫度，可及時繪制出混凝土內部溫度變化曲線，對照混凝土理論計算值，分析存在的問題，有的放矢地采取相應的降溫或保溫技術措施。

3.3.3.2砼養護

砼養護是大體積砼施工中一項十分關鍵的工作。主要是保持適宜的溫度和濕度，以便控制混凝土的內外溫差，促進砼強度的正常發展及防止裂縫的產生和發展。

從砼澆筑完成到終凝這段時間的養護對砼而言十分重要�；炷�土澆筑完畢后，在其頂面及時加以覆蓋，要求覆蓋嚴密，并經常檢查覆蓋保濕效果。其主要作用有二：一是蓄水保溫，防止表面水分蒸發和抵抗受太陽輻射與刮風時溫度驟變，二是保持內外溫差的穩定。

3.3.4健全施工組織管理：

在制訂技術措施和質量控制措施的同時，還需落實組織指揮系統，逐級進行技術交底，做到層層落實，確保順利實施。

【結束語】

對于混凝土裂縫，應以預防為主，為此需要精心設計、施工，掌握住它的基本知識，并根據實際采取有效措施，會使施工質量得到很好的保證。以上各項技術措施并不是孤立的，而是相互聯系、相互制約的，設計和施工中必須結合實際、全面考慮、合理采用，才能起到良好的效果。

實踐證明，在優化配合比設計，改善施工工藝，提高施工質量，做好溫度監測工作及加強養護等方面采取有效技術措施，堅持嚴謹的施工組織管理，完全可以控制大體積混凝土溫度裂縫和施工裂縫的發生。

依據標準及參考文獻：

建筑施工手冊（第四版）

【1】《混凝土結構設計規范》GB50010-2010

【2】《混凝土外加劑應用技術規范》GB50119-2003

【3】《普通混凝土配合比設計規程》JGJ55-2011

【4】《大體積混凝土施工規范》GB50496-2009

(本文來源：陜西省土木建筑學會 文徑網絡：劉軍 呂琳琳 編輯 劉真 文徑 審核)