大体积混凝土施工的裂缝控制

郭继远，朱 博

河南省内乡县工程质量监督站（474350）

通常我们把结构构件三个方向的最小尺寸超过800mm的混凝土施工，称为大体积混凝土施工。

高层建筑的箱形基础、筏板基础或桩基承台的施工，由于具有量大、坑深、块体厚、钢筋密等特点，所以此部位的施工都是体积较大的钢筋混凝土工程。大体积混凝土温度裂缝的形成原因较为复杂，施工中必须充分重视，要对其进行有效的控制。否则容易出现质量事故，造成不必要的损失。

在施工阶段所产生的温度裂缝,是其内部矛盾发展的结果，这种裂缝可称为“初始裂缝”或“早期裂缝”，现将这种裂缝主要成因分析如下。

1 混凝土内部温度的影响

大体积混凝土内部的实际温度是一个由低到高,又由高到低的变化过程,即混凝土从浇筑完毕后,就有一个初始温度即浇筑温度，水泥水化热引起混凝土温升。以后由于水泥水化热散发或人工冷却，温度又逐渐下降，待水泥水化热散发完毕后混凝土的温度才与大气温度相接近，此时称为稳定温度。混凝土在浇筑初期，升温速度快，混凝土内部温升的峰值，一般在3～5天内产生，3天之内温升可达到或接近最大温升，此后趋于稳定并开始降温。由此可知，大体积钢筋混凝土施工阶段的温度场在初期是变化的,而这些温度分布形态将直接影响混凝土的表面。混凝土中心表面温度之间的温差、混凝土表面温度与外界气温之间的温差,将引起混凝土的温度变形和应力，当温度应力超过混凝土抗拉强度，有可能引起混凝土裂缝。

2 外气温变化的影响

大体积钢筋混凝土在施工阶段,外界气温的变化影响是显而易见的。外界气温高，混凝土的浇筑温度也愈高，如果外界温度下降，就又增加了混凝土的降温幅度。特别是气温骤降，会增加外层混凝土与内部混凝土的温度梯度，这对于大体积混凝土是极为不利的。因为温度应力是温差所引起的温度变形造成的，温差较大，温度应力也愈大，而在高温条件下，大体积混凝土不易散热，气温骤降，造成混凝土内部与外部较大温差，从而引起过大温度应力，有可能使混凝土产生裂缝。

3 内约束的影响

物体的变形只有受到约束时才能引起应力。约束一般分为外约束和内约束，外约束指结构物的边界条件，即一个物体的变形受到其它物体的阻碍（约束），内约束指结构截面较大，其内部温度和湿度分布不均匀，引起各质点变形的相互约束，大体积混凝土由于温度变化会产生变形，而这种变形又受到内约束，便产生了应力，这就是温度变化引起的应力状态,而这种应力超过某一数值时，便引起混凝土裂缝。

4 混凝土的干缩变形

混凝土干缩主要原因是由于水分的蒸发。混凝土中80%的水分要蒸发，使混凝土干缩，约20%水分是水泥硬化所必需，使混凝土在水化作用时产生自生体积变形。混凝土的水分蒸发、干燥过程，总是由表及里，逐步发展的，因而湿度总是不均匀的，干缩变形也是不均匀的，对于大体积混凝土干缩只发生在表层很浅的部位,但也可能发展成为更严重的裂缝，因此不能忽视混凝土干缩问题，影响混凝土干缩的因素很多，主要有水泥品种和混合材料、混凝土配合比、化学外加剂和养护条件等。

综上所述，温度变化（降温）和收缩（干缩）的共同作用是引起混凝土开裂的主要因素。了解了混凝土开裂的主要原因，应可以采取控制温度裂缝的技术措施。

为了控制混凝土裂缝的发展，应该从控制温升、延缓降温速率、减小混凝土收缩、提高混凝土极限拉伸、改善约束程度和设计构造等几个方面，采取一系列技术措施，这些措施并不是孤立的，而是相互联系、相互制约的，必须结合实际全面考虑合理采用，才能收到效果。

1）设计构造

在设计构造上重点应放在改善大体积混凝土基础结构的构造和配筋，减小结构的内外约束两个方面，此项内容是设计方的工作，不在我们施工方考虑之列，在此不作进一步论述。

2）原材料的要求

水泥和骨料的品种和用量，对大体积混凝土发生裂缝的影响很大。如前所述，引起混凝土裂缝的主要原因是水泥水化热的大量积聚，使混凝土出现早期温升及后期降温现象。为此,在施工中宜用低热的水泥品种，其特性是干缩性较小、抗裂性较好。混凝土的粗细骨料级配的好坏，对节约水泥和保证混凝土具有良好的和易性有很大关系。粗骨料应尽可能接近中间级配，细骨料以采用中、粗砂为宜。砂石的含泥量必须严格控制，一般石子的含泥量控制在小于1%，砂子含泥量控制在小于2%。

3）掺加剂的采用

在混凝土中掺入少量的外加剂，可以改善其性能，节约水泥用量，减少收缩，缩短施工。采用掺加剂可进一步改善混凝土的坍落度，满足可泵性，采用单纯增加单位用水量，多用水泥加剧混凝土收缩，并使水化热升高，容易引起混凝土开裂等弊端。以粉煤灰作外掺剂，部分代替水泥，不仅可以改善混凝土的和易性，有利于施工操作，而且对降低混凝土的水化热有良好的作用，同时还有明显的经济性。

5 控制混凝土的出机温度及浇灌温度

温度控制是大体积混凝土施工中的一个重要环节，是防止温度裂缝的关键。为了降低混凝土的总温升，减少结构的内外温差，控制出机和浇灌温度是一个重要方面。

控制出机温度:混凝土中石子的比热较小，而1 m3混凝土中石子所占的重量最大，水的比热最大，而其重量在每立方混凝土中只占一小部分，因此，对混凝土出机温度影响最大的是石子及水的温度，在气温较高的季节施工时，为防止太阳直接照射，可在砂石堆场上搭设遮阳料蓬，必要时也可在使用前洗骨料。

控制浇灌温度，为了降低混凝土从搅拌机出料到卸料、泵送、浇灌振捣后的温度，减少结构的内外温度，一般按季度采取措施。夏季施工时，则应从减少“冷量”损失着手，浇灌混凝土过程中，采取有效措施来缩小混凝土暴露面，加快浇灌速度，缩短浇灌时间，在施工时，应做到保温浇灌，保温养护,在混凝土没有达到允许临界强度（设计强度30%～40%）以前防止冻害。

6 加强混凝土的施工过程

控制混凝土抗拉强度低，这是容易开裂的内在因素，因此在施工的全过程，必须制造条件，确保混凝土均匀密实，提高混凝土的抗拉强度。在施工中应将热强比H即混凝土总水化热WQ（W为水泥最终水化热，Q为1 m3混凝土的水泥用量）与混凝土强度F之比H=WQ/F，作为控制大体积混凝土施工全过程的一项指标。当H值越小，就越反映出获得同样混凝土强度的总热量减小。因此，必须进一步严格控制水泥用量和水量，掺入合适的外加剂，优化混凝土级配，改进混凝土搅拌、运输、浇灌、振捣等工艺，以提高混凝土施工工艺水平来促进抗裂度的提高。

7 加强混凝土的养护

在尽量减少混凝土内部温升的前提下,大体积混凝土的养护是一项十分关键的工作，必须切实做好。养护工作就是要保持适宜的湿度和温度条件,保证新浇筑的混凝土有适宜的硬化条件，防止在早期由于干缩而产生裂缝，为防止裂缝产生，应在混凝土浇筑完毕后，及时洒水养护，以保持混凝土表面经常湿润。混凝土养护时的温度控制方法，根据当时施工时的季节温度，可采用降温法、保温法、蓄水法、水浴法等，各法均有利弊，应根据施工地区、季节结合实际情况采用。

8 加强混凝土的温度监测

温度控制是大体积混凝土施工中的一个重要环节，是防止温度裂缝的关键，而在引起裂缝产生的诸多因素中，混凝土水化热和外界气温造成的结构内部的温度应力是一个主要因素。为了控制裂缝的产生，必须加强温度监测工作，对混凝土内部温度进行监测，测温采用电子测温仪，从预埋测温管到定时测温，应由专职测温人员进行。测温时若发现混凝土内部最高温度与表面温度之差达25℃或温度异常时，应及时报告，以便及时采取处理措施。