大体积混凝土裂缝控制技术及应用

黄志刚

湖南文理学院土木建筑工程学院,湖南常德 415000

大体积混凝土裂缝控制技术及应用

黄志刚

湖南文理学院土木建筑工程学院,湖南常德 415000

对大体积混凝土裂缝产生的原因作了综合分析，提出了对其裂缝控制的主要措施，并结合工程实例说明了该方法的应用，取得了较好的效果，对类似工程的处理有一定的参考价值。

大体积混凝土；裂缝原因；裂缝控制

引 言

大体积混凝土是指混凝土结构物实体最小尺寸等于或小于1m，或预计会因水泥水化热引起混凝土内外温差过大而导致裂缝的混凝土[1]。以往大体积混凝土多出现在大坝等水工结构中。近年来随着经济社会的发展，其身影出现在了建筑结构地下室底板的基础工程中。对于大体积混凝土结构，如果处理不当则极易形成裂缝，从而影响混凝土结构的质量及耐久性。怎样提高混凝土的抗裂性能是大体积混凝土施工的关键问题之一。下面笔者将结合工作实践，对大体积混凝土温度裂缝产生的原因作综合分析并提出相应的裂缝控制技术,供参考。

1 裂缝形成的原因

1.1 水泥的水化热

大体积混凝土易于开裂，究其原因主要是由水泥水化热产生的温度应力和温度变形引起的。水泥胶体在水化-结晶而成为水泥石的过程中，由于水化反应会释放出热量，每1kg水泥水化时的放热量大约在300KJ左右[2]。由于混凝土是热的不良导体，如果混凝土结构的尺寸较大，厚度较厚，水泥用量较多，则其内部将会积聚大量热量且难以在短时间散出,使内部温度明显上升。而结构表层的混凝土，却容易散热而迅速冷却。这样便会形成混凝土温度场中的内外温差。表层混凝土冷却收缩变形受阻于内部受热混凝土的膨胀变形，使混凝土内部产生压应力,而表面产生拉应力。温度应力与温差成正比，温差越大，温度应力也越大。当这种温差应力超过同期混凝土抗拉强度时,就会导致温度裂缝。这就是大体积混凝土的水化热裂缝。

1.2 外界环境温度的变化

浇注温度、散热温度及水泥水化热温度叠加形成大体积混凝土的里部温度。处于大气环境中的大体积混凝土结构，在施工阶段其温度必然会受到外界环境的影响，例如季节变化、日晒、雨淋。经过运输、卸料、泵送、浇注及振捣等一系列工序后的混凝土拌和物温度便是浇注温度，它就和外界环境温度的高低有着直接关联。一般而言，如果混凝土拌和物温度小于外界环境温度时,那么混凝土内部热量将难以散失从而容易引起混凝土开裂；相反，如果混凝土拌和物温度大于外界环境温度时,尤其是当温度发生骤降,那么将会在混凝土内部和外层混凝土之间形成很大的温度梯度,从而导致大体积混凝土开裂[3]。

1.3 约束的影响

混凝土结构中的构件除少数是静定构件（如简支梁、简支板、悬臂构件等）以外，绝大多数构件由于浇筑的混凝土在凝固以后已融为一体，多为具有多余约束的超静定结构。超静定结构由于其连续性强而具有很好的整体稳固性和抗震性能。但是其变形、位移受到约束，往往在微小的外界作用下即会产生约束作用。工程结构中，在非受力的温差或收缩等间接作用下，超静定的现浇结构很可能由于自由的伸缩变形受到限制而产生约束应力。而当此约束应力超过一定限度以后,就有可能产生裂缝。

1.4 混凝土的收缩

混凝土凝固过程中的体积变化（缩小）加剧，是引起混凝土表层收缩裂缝的主要原因。混凝土的收缩大体可以分为以下三种类型[2]：

1.4.1 胶凝固化的自生收缩

水泥胶体凝固过程中铝酸三钙C3A因结晶固化而体积缩小，宏观效果即为混凝土的收缩。这是混凝土中水泥胶体的整体收缩，持续于整个水化-凝固过程，是引起收缩的主要因素。如果上部混凝土的均匀收缩沉降受到限制，一般会产生相互平行的不规则深裂缝。

1.4.2 干燥失水和表面收缩

随着时间的推移，混凝土中未被水化的游离水通过泌水现象逸出，或经过其他途径挥发，造成混凝土的体积减小而收缩。特别是引起泌水的毛细管中，因水的张力而引起表层混凝土产生收缩趋势。加上混凝土因离析，表层水泥浆体多而骨料（石子）较少，更加剧了这种收缩。但这种加剧的收缩仅限于混凝土的表层，这样表层收缩较快，而内部收缩较慢，往往导致表层裂缝。

1.4.3 碳化收缩

混凝土中的可溶性氢氧化钙Ca(OH)2与二氧化碳CO2化合而形成碳酸钙CaCO3，体积减小而引起收缩。碳化收缩是在很长时间内逐渐形成的，且仅限在混凝土的表层，并随时间而逐渐向内发展。

2 裂缝控制措施

由上述大体积混凝土开裂原因的分析,工程技术人员可以有针对性地采取下列一些技术措施来控制裂缝的产生。

2.1 材料措施

（1）大体积混凝土结构宜采用低水化热和长凝结时间的水泥，粒径较大的骨料和中粗砂，粗骨料宜采用连续级配；

（2）大体积混凝土宜加适量的掺和料以及外加剂来降低水泥用量，并减少水化热的影响；

（3）大体积混凝土宜掺加粉煤灰，以减少水泥用量并减小水化热及收缩。掺入粉煤灰后，可按有关规范用60d，90d等后期强度进行混凝土强度验收，以减少水化热的影响。

2.2 施工措施

（1）在砂、石、水等原材料拌和前，预先通过遮阳、预冷、加冰等措施来控制其温度。并注意混凝土拌和物运输过程中的降温，以降低混凝土拌和物的入模温度，减少水化热的影响。

（2）大体积混凝土结构宜采用跳仓法施工或设置后浇带的方法来控制混凝土单方向长度不大于30m，长宽比不大于4，长厚比不大于40。并且严格控制坍落度，选择分层连续浇筑等采取有效措施以防止施工过程中热量积聚，温度升高。

（3）进行温度监测，大体积混凝土施工时应控制大体积内外温差不大于25℃，混凝土表面与环境温差不大于15℃。并控制养护时间，保持表面湿润，根据实际情况采取控温措施（加冷却水管等）。控温覆盖应分层逐步拆除，不得采取强制，不均匀的降温措施。

（4）在大体积混凝土底板浇筑之前，宜在基础垫层和混凝土基础之间设置滑移层以减少其内外约束。滑移层可以采用设置沥青油毡或者铺设砂石层缓冲。

（5）为提高混凝土的抗裂性能，可在容易产生裂缝的部位配置斜向钢筋或钢筋网片,并配置一定数量的抗裂钢筋。

3 工程实例

3.1 工程概况

某高层住宅楼，地下2层，地上33层，总建筑面积46378m2。剪力墙结构，基础筏形板混凝土强度等级为C40，混凝土抗渗等级为P8。基础筏形板厚3m。

3.2 技术措施

基础筏形板部分属于大体积混凝土,为保证大体积混凝土不出现裂缝,采取了以下一系列的技术措施。

（1）采用525号矿渣硅酸盐水泥，其水化热较低并充分利用其富余活性，降低水化热；粗骨料采用碎石，粒径为6mm～15mm；细骨料采用中砂，细度模数大于2.50；同时掺入粉煤灰和缓凝剂、减水剂；充分利用混凝土的后期强度；为控制表面收缩裂缝，在筏形板表面放置钢筋网片。

（2）在混凝土的表面覆盖两层塑料薄膜和两层草袋以保温保湿；在混凝土内部排放冷却水管，在现场相应配置为控制冷却水水温的循环调温水箱，使混凝土内部降温完全处于受控状态，以防止冷却水管壁四周的混凝土温差过大。

（3）为了解冷却水的进出水温，将温度传感器预先埋设在混凝土的内外给测点出处，并用“大体积混凝土微机自动测试仪”对各个测点定时测温。一旦混凝土的内外温差超过规定，系统将自动报警，施工人员便可以视情况进行调节。

3.3 控制结果

由于施工前充足的技术准备以及上述技术措施的认真贯彻实行,整个基础筏形板大体积混凝土施工过程得到了良好的控制,最终混凝土表面光滑平整、无麻面及裂缝。4 结语

工程中大体积混凝土产生裂缝的例子屡见不鲜，究其原因也比较复杂,因此必须从材料、施工及设计等多方面来进行质量控制,方能最大限度地控制裂缝的产生,避免因混凝土开裂给工程带来的不必要麻烦。

[1]中华人民共和国行业标准.普通混凝土配合比设计规程JGJ55-2000[S].

[2]陈宝春.大体积混凝土温度裂缝的成因及控制[J].施工技术,2003,6:26-28.

[3]徐友邻，顾祥林.混凝土结构工程裂缝的判断与处理[M].北京：中国建筑工业出版社，2010,3:26-28.

TU712+.3

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10.3969/j.issn.1001-8972.2012.19.015