大体积混凝土施工及裂缝控制技术

卜兰芬

中铁二十局集团第七工程有限公司（730030）

大体积混凝土施工及裂缝控制技术

卜兰芬

中铁二十局集团第七工程有限公司（730030）

结合新建宝兰客运专线甘肃段BLTJ-8标的新店子特大桥承台的施工,分析大体积混凝土裂缝成因,从大体积混凝土的配制、施工、养护等方面进行控制，从而避免出现混凝土温度裂缝，保证混凝土结构的工程质量。

大体积混凝土；裂缝；成因；控制措施

1 工程概况

新建宝鸡至兰州铁路客运专线甘肃段BLTJ-8标位于甘肃省通渭县境内，起讫里程为IDK852+ 136.35至IDK876+461，全线长23.715 km。新店子特大桥位于本标段的终点,为跨越牛谷河而设，桥梁全长4 199.92m，中心里程为DK874+361.00。由于大体积混凝土表面积小,水化热释放比较集中，内部温升比较快，当混凝土内外温差较大时，会导致混凝土产生温度裂缝，影响结构安全和正常使用,因此必须从根本上控制温差，来保证施工的质量。

2 大体积混凝土裂缝成因

2.1 温度影响

大体积混凝土结构在施工期间，外界气温的变化对大体积混凝土是否开裂有着很大影响。特别是气温骤降，会大大增加内外层混凝土温差，这对大体积混凝土是极为不利的。温度应力是由于温差引起混凝土变形造成的，温差愈大，温度应力也愈大。另外，在高温条件下，大体积混凝土不易散热，混凝土内部的最高温度可达65℃,并且有较长的延续时间。因此，应采取温度控制措施，防止混凝土内外温差过大引起的混凝土裂缝。

2.2 水泥水化热的影响

水泥在水化过程中要释放出一定的热量，而大体积混凝土结构断面较厚,表面系数相对较小，所以发生的热量聚集在结构内部不易散失，水化热越积越高，使内外温差增大，产生温度应力和收缩应力。水泥水化热引起的温升与混凝土结构的厚度、单位体积水泥用量和水泥品种等有关。混凝土结构的厚度愈大，水泥用量愈多，水泥的水化热越大，则混凝土结构的内部温升愈快。由于混凝土的导热性能较差，随着混凝土龄期的增长，其弹性模量和强度相应不断提高,对混凝土变形的约束也愈来愈强，即产生很大的温度应力，当混凝土的抗拉强度不足以抵抗此温度应力时，易产生温度裂缝。

2.3 混凝土收缩变形的影响

在混凝土硬化之前,混凝土处于塑性状态，如果上部混凝土的均匀沉降受到限制，如遇到钢筋或大的混凝土骨料，或者平面面积较大的混凝土，其水平方向的减缩比垂直方向更难时，就容易形成一些不规则的混凝土塑性收缩性裂缝。

2.4 内外约束条件的影响

大体积混凝土浇筑完毕后，当温度变化时受到下部地基的限制，因而产生外部的约束应力。混凝土在早期温度上升时，产生的膨胀变形受到约束面的约束而产生压应力。当温度下降时，则产生较大的拉应力。若超过混凝土的极限抗拉强度，混凝土将会出现垂直裂缝。

在全约束的条件下，混凝土结构的变形应是温差和混凝土膨胀系数的乘积。当混凝土的变形超过混凝土的抗拉强度时,混凝土结构便出现裂缝。由于结构不可能受到全约束，况且混凝土还有徐变变形，所以温差在20～30℃情况下，也可能不产生裂缝。由此可见，降低混凝土的内外温差和改善其约束条件,是防止大体积混凝土产生裂缝的重要措施。

3 大体积混凝土的配制

3.1 选择材料

3.1.1 水泥及外加剂

采用祁连山水泥厂生产的525号散装普通硅酸盐水泥，28 d的水化热为460.93 kJ。

外加剂采用缓凝泵送型UEA-M外加剂，它具有补偿收缩功能,同时具有缓解泵送剂的性能，降低水化热，可配制出不泌水、不离析、有良好可泵性的补偿收缩混凝土。混凝土抗渗标号S30，达到抗裂防渗效果，其在高温下(30℃以上)坍落度损失小。UEA-M外加剂的性能见表1。

表1 UEA-M外加剂的性能

3.1.2 骨料

采用5～40mm的石子，其比5～25mm粒径的碎石或卵石混凝土可减少用水量6～8 kg/m3,降低水泥用量15 kg/m3，因而减少泌水、收缩和水化热。此外，5～40mm石子要求针片状少,颗粒级配符合筛分曲线要求。同时应注意大粒径骨料混凝土的离析，调整好级配设计，施工时加强振捣作业。这样可以避免堵泵，减少砂率、水泥用量，提高混凝土强度。

采用中砂,其细度模数为2.79,平均粒径0.381mm,它比采用细砂细度模数为2.12,平均粒径为0.336mm时,每立方米混凝土减少用水量为20～25 kg/m3，水泥相应也减少28～35 kg/m3,从而降低了水泥水化热、混凝土温升和收缩。

混凝土中的砂石含泥量与混凝上的收缩有很大的关系。含泥量越大，对防裂越不利。含泥块尤其有害，一般含泥块3%～7%可增加收缩一倍(与含泥量为零比较)，会使混凝土的弹性模量和抗拉强度降低。因此，本工程采用含泥量不到1%的中砂和5～40mm粒径的石子,同时不断地做含泥量试验，严格控制砂、石质量。

3.1.3 搅拌用水

对搅拌用水采取降温措施。施工期间正值夏季，室外最高气温高达40℃。针对这一状况采用了贮水池内加冰的方法，掺量为1：1，即每1 kg水中加入1 kg的冰，用冰屑水搅拌混凝土，有效地控制混凝土的入模温度，使其达到30℃以下。

3.2 混凝土配合比

在进行配合比设计时，要充分利用混凝土后期强度，以60 d强度代替28 d的设计强度，可使水泥用量减少40%～70%,温度降低4～7℃。

采用泵送混凝土，坍落度控制在(150±20)mm，初凝时间控制在10 h以上，终凝时间为(20±2)h。优化配合比后的混凝土材料见表2。

试验强度符合要求。坍落度为140～160mm，符合泵送要求。水灰比为0.43，符合要求。

表2 优化配合比后的混凝土材料

4 大体积混凝土施工

4.1 混凝土出机和入模温度控制

由于本项目在夏季施工，故要求搅拌站将混凝土出机温度控制在25℃左右。为此搅拌站对砂石料场、上料皮带及主机进行封装，将液体外加剂储存池设在地下，避免阳光直射；搅拌用水采用贮水池内加冰的方法，用冰屑水搅拌混凝土；在施工现场地给泵设置遮阳棚，混凝土输送管用毛毡包裹并浇水降温，控制浇筑的入模温度不超过30℃；施工现场周围定时洒水降温;筏板钢筋用草帘覆盖。

在白天高温期间用塑料布覆盖混凝土斜面流淌部分，避免阳光直射，防止表面水分蒸发过快，保证混凝土初凝时间，避免出现冷缝。

4.2 混凝土搅拌

混凝土搅拌采用二次投料法，即在搅拌混凝土时，改变以往的投料程序，采取先把水、水泥和砂拌和后，再投放石子进行搅拌的方法。这种搅拌工艺又被称为“裹砂法”。这种搅拌工艺的主要优点是无泌水现象，混凝土上下层强度差减少，可有效地防止水分向石子与水泥砂浆面的集中，从而使硬化后的界面过渡层结构致密、黏结加强。

4.3 混凝土运输

保证罐车均匀、连续供应混凝土的需要,加强调度减少停滞时间，对罐车保温、淋水降温。

4.4 混凝土浇筑振捣

大体积混凝土的振捣采用二次振捣的方法，能排除混凝土因泌水在粗骨料、水平钢筋下部生成的水分和孔隙，提高混凝土与钢筋的握裹力，防止因混凝土沉落而出现的裂缝，从而使混凝土抗压强度提高10%～20%，同时提高混凝土的抗裂性。

4.5 混凝土泌水及表面处理

混凝土表面出现的泌水,主要以引流为主，将水引至排水沟流入集水坑。

对混凝土的表面处理在初凝前采用三次抹面刮平的方法以防止早期混凝土表面收缩裂缝的产生。初步按标高用长尺刮平，初凝前用铁滚筒碾压数遍，再用木楔打磨压实，以闭合收水裂缝，约12 h后，覆盖薄膜和麻袋充分浇水湿润养护。

5 大体积混凝土养护

混凝土的养护采用外蓄内散综合养护措施。外蓄是在混凝土表面覆盖二层塑料薄膜和草袋，即先一层塑料薄膜，后二层麻袋，再一层塑料薄膜，以保证混凝土内外温度差不超过25℃。内散是在混凝土内部设置冷却水管,在现场配置循环调温水箱，使混凝土内部降温完全处于受控状态，减少混凝土内外温差过大，确保混凝土的温度应力始终小于抗裂强度。养护时间为20 d（不少于15 d），拆模后立即回填土或再用麻袋覆盖保护。

6 结语

本工程通过采取以上技术措施，优化混凝土配合比设计，精心组织施工，有效地控制了大体积基础混凝土裂缝的产生，保证了工程质量。经过近一年的观察，未发现裂缝，获得了良好的经济效益和社会效益。

[1]GB 50010-2011,混凝土结构设计规范[S].

[2]GB 50496-2009,大体积混凝土施工规范[S].