初探大体积混凝土裂缝分析及防治技术

郭瑞江

厦门市广厦工程建设有限公司（361000）

初探大体积混凝土裂缝分析及防治技术

郭瑞江

厦门市广厦工程建设有限公司（361000）

这里首先全面了解大体积混凝土裂缝产生原因，提出了大体积混凝土温度裂缝的控制方法和施工要点，结合工程实例，分析了该项目采用的技术措施，对同类工程有一定的借鉴意义。

大体积混凝土；施工；裂缝；养护

1 大体积混凝土裂缝产生原因及防裂措施

1.1 大体积混凝土裂缝形成的原因

裂缝产生的原因可分为两类：一是结构型裂缝，是由外荷载引起的，包括常规结构计算中的主要应力以及其他的结构次应力造成的受力裂缝。二是材料型裂缝，是由非受力变形变化引起的，主要是由温度应力和混凝土的收缩引起的。

1.2 温度应力引起裂缝(温度裂缝)

目前，温度裂缝产生主要是由温差造成的,温差可分为以下两种：

1）混凝土浇筑初期，产生大量的水化热，由于混凝土是热的不良导体，水化热积聚在混凝土内部不易散发，常使混凝土内部温度上升，而混凝土表面温度为室外环境温度，这就形成了内外温差。这种内外温差在混凝土凝结初期产生的拉应力超过混凝土抗拉强度时，就会导致混凝土裂缝。

2）拆模后，表面温度降低很快，温度陡降也会导致裂缝的产生。收缩引起裂缝，收缩有很多种，包括干燥收缩、塑性收缩、自身收缩、碳化收缩等。

1.3 合理选择混凝土原材料

由以上分析，材料型裂缝主要是由温差和收缩引起，所以为了防止裂缝的产生，就要最大限度地降低温差和减少混凝土的收缩,具体措施如下：

1）水泥的选择。温差主要是由水化热产生的，为了减小温差就要尽量降低水化热。为了降低水化热，要尽量采用早期水化热低的水泥。水泥的水化热是矿物成分与细度的函数,要降低水泥的水化热，主要是选择适宜的矿物组成和调整水泥的细度模数。硅酸盐水泥的矿物组成主要有：C3S、C2S、C3A、C4AF，试验表明，水泥中铝酸三钙(C3A)和硅酸三钙(CS)含量高的，水化热较高，所以为了减少水泥的水化热,必须降低熟料中C3A和C3S的含量，在施工中一般采用中热硅酸盐水泥和低热矿渣水泥。

2）粉煤灰的掺加。为了减少水泥用量，降低水化热并提高和易性,可以把部分水泥用粉煤灰代替。

1.4 加入外加剂

1）减水剂对防止混凝土开裂的影响。减水剂的主要作用是改善混凝土的和易性,降低水灰比，提高混凝土强度，或在保持混凝土一定强度时减少水泥用量，而水泥用量的减少对防止裂缝是十分有利的。

2）缓凝剂对防止混凝土裂缝的影响。缓凝剂的作用一是延缓混凝土放热峰值出现的时间。混凝土的强度会随龄期的增长而增长，所以等放热峰值出现时，混凝土强度也增大了，从而减小裂缝出现的概率。二是改善和易性，减少运输过程中的塌落度损失。

1.5 采用合理的施工方法

1.5.1 混凝土的拌制

在混凝土拌制过程中，要严格控制原材料计量准确，严格控制混凝土出机坍落度。要尽量降低混凝土拌合物出机口温度，拌合物可采用以下两种降温措施：一是送冷风对拌和物进行冷却，二是加冰拌合，一般新拌混凝土的温度控制在6℃左右。

1.5.2 混凝土浇筑、拆模

1）混凝土浇筑过程质量控制。浇筑过程中要进行振捣方可密实，振捣时应均匀一致，以表明泛浆为宜振捣间距要均匀，以振捣力波及范围重叠二分之一为宜。浇筑完毕后，表面要压实、抹平，以防止表面裂缝。2）浇筑时间控制。尽量避开在太阳辐射较强的时段浇筑。由于工程需要在夏季施工，应尽量避开正午高温时段,必要时也可搭简易遮阳棚，浇筑尽量安排在夜间进行。3）混凝土拆模时间控制。混凝土在实际温度养护的条件下，强度在设计强度的75%以上，混凝土中心与表面最低温度控制在25℃以内，拆模后混凝土表面温降不超过9℃。

1.6 做好表面隔热保护

大体积混凝土的温度裂缝，主要是由内外温差过大引起的。混凝土浇筑后，由于内部较表面散热慢，会形成内外温差，表面收缩受内部约束产生拉应力，但是这种拉应力通常很小，不至于超过混凝土的抗拉强度而产生裂缝。但是如果此时受到冷空气的袭击，或者快速通风散热，表面温度下降过大就很容易导致裂缝的产生。所以混凝土在拆模后，特别是低温季节,应立即采取表面保护，防止表面降温过大，引起裂缝。

1.7 养护

混凝土浇筑完毕后，应及时洒水养护，以保持混凝土表面湿润,这样既减少外界高温倒罐，又防止干缩裂缝的发生,促进混凝土强度的稳定增长。一般在浇筑完毕后12～18 h内立即开始养护，连续养护时间不少于28 d或设计的龄期。

1.8 通水冷却

在大体积混凝土内安装通水小管道，根据测温控制点的温度值来控制通水降温的开始与结束时间,采用通冷水方法来降低混凝土最高温度峰值。应注意通水时间不能过长，因为时间过长会造成降温过大而引起较大的温度应力。

2 大体积混凝土的施工实例方案

2.1 工程概况

本工程是一座集商业、办公公寓为一体的现代化建筑，地下1层地上12层，总建筑面积1万多平方米，结构型式为框架剪力墙结构。本工程地下室为消防水池、水泵室、配电室及发电机室，1～3层主要是商业及办公用房，4层起为公寓。本工程地下室基础采用振动沉管灌注桩与筏板基础。承台设计底标高为5．5m,基础底板厚度为900 cm,采用C40防渗混凝土,抗渗等级为S8,整个基础底板的混凝土量约为2 000ms。计划基础底板混凝土浇灌时间为2 d。

2.2 施工准备工作

大体积混凝土的施工技术要求比较高，特别在施工中要防止混凝土因水泥水化热引起的温度差产生温度裂缝，因此需要从材料选择、技术措施等有关环节做好充分的准备工作，才能保证大体积混凝土基础底板顺利施工。

2.3 材料选择

1）水泥：考虑普通水泥水化热较高，将普通水泥应用到大体积混凝土中,大量水泥水化热不易散发，混凝土内部温度过高,与表面产生较大的温度差，使混凝土内部产生压力，表面产生拉应力。当表面拉应力超过早期混凝土抗拉强度时就会产生温度裂缝,因此应采用水化热比较低的矿渣硅酸盐水泥、火山灰水泥，通过掺加合适的外加剂改善混凝土的性能，提高混凝土的抗渗能力。

2）粗骨料：采用碎石，粒径5～25mm，含泥量不大于1%。选用粒径较大，级配良好的石子配置的混凝土，和易性较好，抗压强度较高，可以减少用水量及水泥用量，从而使水泥水化热减少，降低混凝土温度。

3）细骨料：优选中粗砂，也可采用中砂，即山砂45%+人工砂55%，平均粒径大于0．5mm，含泥量不大于3%，选用平均粒径较大的中粗砂拌制的混凝土比采用细砂拌制的混凝土可减少用水量10%左右，同时相应减少水泥用量，使水泥水化热减少，降低混凝土温升，减少混凝土收缩。

4）粉煤灰：由于混凝土的浇筑方式为泵送，为了改善混凝土的和易性便于泵送，考虑掺加适量的粉煤灰。按照规范要求，采用矿渣硅酸盐水泥拌制大体积粉煤灰混凝土时，其粉煤灰取代水泥的最大限量为25%。粉煤灰能减少水化热，改善混凝土和易性，但掺粉煤灰的混凝土早期极限抗拉值均有所降低，对混凝土抗渗抗裂不利，因此粉煤灰的掺量最好控制在10%左右。

2.4 混凝土配合比

1）混凝土采用搅拌站供应的商品混凝土，因此要求混凝土搅拌站根据现场提出的技术要求，提前做好几组混凝土试配。

2）按照国家现行混凝土结构工程施工及验收规范、普通混凝土配合比设计规程及粉煤灰混凝土应用技术规范中的有关技术要求进行设计。

2.5 现场准备工作

1）基础底板钢筋及柱、墙插筋应分段尽快施工完毕，并进行隐蔽工程验收。基础底板上的地坑、积水坑采用组合模板支撑。将基础底板上表面标高抄在柱、墙钢筋上，并作明显标志，供浇筑混凝土时找平用。浇筑混凝土时，预埋的测温管及保温所需的塑料薄膜、草席等应提前准备好。

2）项目经理部应与建设单位联系好施工用电，以保证混凝土振捣及施工照明用。管理人员、施工人员、后勤人员、保卫人员等昼夜排班，坚守岗位，各负其责，保证混凝土连续浇灌的顺利进行。

2.6 大体积混凝土施工

2.6.1 施工段的划分及浇筑顺序

由于基础底板的尺寸不大，底板厚度均为600 Era左右，因此基础底板为一个自然施工段，混凝土的浇筑顺序由A至E轴方向从l到30轴向后浇筑。基础底板外侧四周用240mm砖墙，然后水泥砂浆找平层，采用逆作涂膜防水，在851涂膜防水层上抹1：3水泥砂浆，3 d后作外模板。基础底板上的预留基坑、积水坑部位采用组合钢模板支模，不合模数的部位采用木模板支模。

2.6.2 钢筋

钢筋加工在现场钢筋场进行，暗梁主筋采用闪光对接焊连接，底板钢筋采用冷搭接。基础底板钢筋施工完毕进行柱、墙插筋施工，柱、墙插筋应保证位置准确。基础底板钢筋及柱、墙插筋施工完毕，组织一次隐蔽工程验收，合格后方可浇筑混凝土。

2.6.3 混凝土浇筑

采用商品混凝土,用混凝土运输车运到现场，一般采用2台混凝土输送泵送筑。混凝土浇筑时采用分区定点、一个坡度、循环推进，一次到顶的浇筑工艺。布料杆的长度划定浇筑区域，每台泵车负责本区域混凝土浇筑,浇筑时先在一个部位进行，直至达到设计标高，混凝土形成扇形向前流动，然后在其坡面上连续浇筑，循环推进。这种浇筑方法能较好地适应泵送工艺，使每车混凝土都浇筑在前一车混凝土的形成面上，确保每层混凝土之间的浇筑间歇时间不超过规定的时间，同时可解决频繁移动泵管的问题，也便于浇筑完的部位进行覆盖和保温。混凝土浇筑时在每台泵车的出灰口处配置3～4台振捣器,因为混凝土的坍落度比较大,在1．5m厚的底板内可斜向流淌lm远左右。2台振捣器主要负责下部斜坡流淌处振捣密实，另外1～2台振捣器主要负责顶部混凝土振捣。

由于混凝土坍落度比较大，会在表面钢筋下部产生水分，或在表层钢筋上部的混凝土产生细小裂缝。为了防止出现这种裂缝，在混凝土初凝前和混凝土预沉后采取二次抹面压实措施。

现场按每浇筑100立方米(或一个台班)制作3组试块，1组压7 d强度。1组压28 d强度归技术档案资料用，1组压l4 d强度备用。防水混凝土抗渗试块按规范规定每单位工程不得少于2组，考虑本工程不太大，按规定取2组防水混凝土抗渗试块。

2.6.4 混凝土测温

基础底板混凝土浇筑时应设专人配合预埋测温管。测温管的长度分为两种规格，测温点布置应按测温平面布置图进行预埋，预埋时测温管与钢筋绑扎牢固，以免位移或损坏。每组测温线有2根并在线上用胶带做好标志，便于区分深度。测温线用塑料袋罩好，绑扎牢固，测温端头不能受潮，测温线位置用保护木框作为标志，便于保温后查找。

配合专职测温人员，按两班考虑，对测温人员要进行培训和技术交底,测温人员要认真负责，按时按孔测温，不得遗漏或弄虚作假，测温记录要填写清楚、整洁，换班时要进行交底。测温工作应按要求进行，并经技术部门同意后方可停止测温。测温时发现混凝土内部最高温度与外部温度之差达到25℃或温度异常，应及时通知技术部门和项目技术负责人，以便及时采取措施。测温采用液晶数字显示电子测温仪，以保证测温读数准确。

2.6.5 混凝土养护

混凝土浇筑及二次抹面压实后应立即覆盖保温，先在混凝土表面覆盖二层草席，然后在上面覆盖一层塑料薄膜。

新浇筑的混凝土水化速度比较快，盖上塑料薄膜后可进行保温保养，防止混凝土表面因脱水而产生干缩裂缝，同时可避免草席因吸水受潮而降低保温性能。柱、墙插筋部位是保温的难点，要特别注意盖严，防止造成温差较大或受冻。

停止测温的部位经技术部门和项目技术负责人同意后，可将保温层及塑料薄膜逐层掀掉，使混凝土散热。