大体积混凝土裂缝成因及控制措施

王猛

摘 要：混凝土结构在建设和使用过程中容易出现不同程度、不同形式的裂缝，这是一个相当普遍的现象。大体积混凝土结构出现裂缝则是更加普遍，特别是因水泥水化热引起的温度差产生的温度应力裂缝，是长期困扰施工人员的一个技术难题，一直未能得到很好的解决。结合某特高压输电线路的实践经验，对大体积混凝土进行热工计算，进而总结出大体积混凝土裂缝的控制措施，以供大家今后参考借鉴。

关键词：大体积混凝土；裂缝原因；温度应力；裂缝控制

中图分类号：TU755 文献标识码：A 文章编号：2095-6835（2014）03-0050-02

1 概述

在特高压输电线路施工过程中，会不可避免地遇到大体积混凝土施工，而大体积混凝土施工中最常见的困扰就是混凝土裂缝的问题。大体积混凝土裂缝产生的原因有很多，但最主要的是由水泥水化热现象引起的。水泥水化热会引起混凝土内部温度升高，而混凝土外部温度又相对较低，当内外温差超过一定临界值时，混凝土表面就会产生裂缝，从而削弱构件的承载力，危害到建筑物的使用安全。在混凝土浇筑和养护的过程中，温度变化对结构的应力状态具有不容忽视的影响，所以，加强对大体积混凝土温度应力和温度的控制具有重要的意义。

2 大体积混凝土热工计算

某特高压输电线路工程基础具有几何尺寸大、结构厚、体形大、钢筋密、混凝土量大、预埋件多和精度要求高等特点。施工中的难点和关键控制点有两个：混凝土一次浇注放量大，要控制由于水泥水化热产生的结构裂缝；基础预埋件安装精度要求高，成型的混凝土表面平整、光滑，工艺美观。由此，对大体积混凝土浇筑温度的控制和浇筑要求则更加严格，一旦开始浇筑，必须保证所供应的混凝土质量稳定和供应量连续均衡，施工现场浇筑和振捣应合理有序。

该工程所用的混凝土为商品混凝土，搅拌站提供的混凝土每立方米各项原材料用量和温度如下所示：P·O42.5水泥270 kg，砂子794 kg，含水率为34%；石子1 074 kg，含水率为1.3%；水127 kg，粉煤灰100 kg，ZWL-A-Ⅲ外加剂5.4 kg。施工期间，大气平均温度Tq为25 ℃。

根据上述参数，通过混凝土热工计算可以得到如下数据。

2.1 绝热温升计算

2.2 混凝土内部中心温度计算

T1（t）=Tj+Th·ξ（t）. （2）

根据公式（2），得到的混凝土内部中心温度计算结果如表2所示。

2.3 混凝土表面温度

T2（t）= Tq +4·h'（H-h）[T1（t）-Tq]/H2 . （3）

根据公式（3），得出不同龄期混凝土的中心计算温度（T1（t））和表面温度（T2（t））计算结果如表3所示。

由表3可以知道，混凝土内部温度与表面温度、混凝土表面温度与环境温度之差均不超过 20 ℃，这从理论上验证了该混凝土的配合比、入模温度和养护措施均符合要求。

2.3 混凝土表面温度

T2（t）= Tq +4·h'（H-h）[T1（t）-Tq]/H2 . （3）

根据公式（3），得出不同龄期混凝土的中心计算温度（T1（t））和表面温度（T2（t））计算结果如表3所示。

由表3可以知道，混凝土内部温度与表面温度、混凝土表面温度与环境温度之差均不超过 20 ℃，这从理论上验证了该混凝土的配合比、入模温度和养护措施均符合要求。

3 避免大体积混凝土裂缝的控制措施

3.1 混凝土原材料甄选

3.1.1 水泥

水泥水化放热是混凝土升温的内热源，选用水化热低的水泥，可以降低水化放热，从而达到降低混凝土绝热升温的目的。因此，在施工中应优选低水化热的P·O42.5水泥（即42.5粉煤灰硅酸盐水泥），这样可以降低水泥水化热能，减少混凝土绝对温升。

3.1.2 碎石

在选择碎石时，应选用粒径较大、级配良好的石子。选用粒径较大、级配良好的石子，可使水泥的用量大大减少，这样就从另外一个环节有效减少了水泥产生的水化热，从而降低了大体积混凝土裂缝产生的概率。在实际的施工中，常常会选用粒径 5～25 mm、连续级配且含泥量不大于1%的碎石。

3.1.3 砂

在选择砂时，应选用孔隙率较小且含泥量较小的中粗砂。

3.1.4 粉煤灰

在采用商品混凝土时，生产厂家一般会掺入一定的粉煤灰，加入粉煤灰会增加水泥的和易性，增加混凝土的抗渗能力；掺入粉煤灰还会使水泥的用量减少，从而降低水泥的水化热，有效降低了大体积混凝土裂缝的产生。另外，由于粉煤灰来源广泛，费用较低，所以，粉煤灰就成为混凝土成分的优先选择。但这里需要注意的是，混凝土的掺合料不宜过多，否则会影响混凝土的强度。因此，粉煤灰的掺量不应超过胶凝材料用量的40%.

3.1.5 外加剂

考虑到大板基础通常未设置后浇带，所以，为了降低水泥水化热，可掺入1.5%的ZWL-A-Ⅲ型高性能缓凝泵送剂，使其养护龄期达到 60 d。

3.2 混凝土温度测试

通过测温工作可以了解大体积混凝土的内部温度，并根据测温结果指导混凝土外部的保温和保湿等工作，对保证混凝土的后期质量和控制混凝土裂缝有重要的意义。

为保证测温点的代表性和可比性，可根据混凝土浇筑高度，分别在底、中、表三个面，按平面尺寸在边缘和中间设置 5个测温点。选用 DM6801A测温仪测温时，应将测温探头插入测温仪孔中约1 min后读数。每次使用完毕后，应将插头清理、擦拭干净。测温仪是精密仪表，使用时应小心轻放，严禁摔碰，使用完毕及时关机。

大体积混凝土浇筑体里表温差、降温速率、环境温度和温度应变的测试，在混凝土浇筑后，每昼夜不应少于 4 次；对入模温度的测量，每台班不少于2次；基面温差和混凝土中心温差均应控制在20 ℃以内，降温速度不得大于1.5～2 ℃/d。

每日用测温仪测出各点表、中、底面的温度，取其平均值，并绘制出温度变化曲线图。然后，再通过混凝土热工计算进行大体积混凝土的施工温度控制对比分析，以此采取针对性的养护措施，确保大体积混凝土工程的施工质量。

3.3 混凝土浇制

在混凝土施工过程中，根据地形情况可以采用施工现场机械搅拌或商品混凝土，浇制过程中必须是机械分层振捣、滑筒下料、连续浇注、一次成型。浇制承台时，可先从一个角开始，逐渐向四处延伸，混凝土自由下落高度不得超过2.0 m，超过时，应使用漏斗串筒。

混凝土的振捣应由专人负责，振捣时，要做到快插慢拔，同一位置振捣10～20 s，直至混凝土中气泡逸出、表面呈水浆不再沉落为止。振动棒各插点的间距要均匀，不要超过振动棒有效作用半径的1.5倍，一般为250～300 mm。振捣过程中还要注意过振和漏振现象。在模板阴角紧靠模板面、钢筋密集处应辅以人工扦捣。

为了满足工程高标准的特殊性要求，承台厚度定为1.3～2.2 m，单腿混凝土量为34.46～195.96 m3，要一次性浇筑完成。水泥在水化的过程中会释放出一定的热量，由于混凝土结构表面可以自然散热，承台结构断面较厚，表面系数相对较小，所以，水泥发生的热量聚集在结构内部不易散失，这样混凝土内部的热量无法及时散发出去，以至于越集越高，使混凝土内外温差增大。混凝土内升到最高温度，多数发生在浇筑后的3～5 d，此时，可以采取以下措施来降低水泥水化热。

降低水泥水化热的措施主要有：①混凝土的热量主要来自水泥水化热，因此，应选用低水化热的矿渣硅酸盐水泥配制混凝土，并采用掺加粉煤灰和减水剂的“双掺”技术，减少每立方米混凝土中的水泥用量，以达到降低水化热的目的。充分利用混凝土的后期强度，减少用水量，严格控制混凝土的塌落度。在现场设专人进行测量塌落度，将混凝土的塌落度始终控制在设计范围内。②浇筑大体积混凝土时，应选择较适宜的气温，尽量避开炎热天气。夏季可采用温度较低的地下水搅拌混凝土，或在混凝土拌和水中加入冰屑，同时对骨料进行遮阳、洒水降温。在运输和浇筑过程中，也要采用遮阳保护、洒水降温等措施， 以降低混凝土拌和物的入模温度。另外，还可以选择掺加相应的缓凝型减水剂。③加强施工中的温度控制。在混凝土浇筑完成之后，应做好混凝土的保温、保湿养护，使混凝土缓慢降温。夏季应坚决避免曝晒，注意保湿；冬季应采取保温覆盖措施，以免混凝土发生急剧的温度变化。对混凝土要采取长时间的养护，确定合理的拆模时间，以延缓降温速度，延长降温时间。

4 结束语

通过以上分析可以知道，要想控制大体积混凝土裂缝的产生，关键是控制好混凝土温度。在实际施工中，我们应该多观察、多比较，遇到问题多分析、多总结，从混凝土原材料选择、混凝土浇制过程和混凝土养护这些方面层层把关，加强预控。这样一来，大体积混凝土的裂缝是完全可以避免的。

〔编辑：曹月〕

每日用测温仪测出各点表、中、底面的温度，取其平均值，并绘制出温度变化曲线图。然后，再通过混凝土热工计算进行大体积混凝土的施工温度控制对比分析，以此采取针对性的养护措施，确保大体积混凝土工程的施工质量。

3.3 混凝土浇制

在混凝土施工过程中，根据地形情况可以采用施工现场机械搅拌或商品混凝土，浇制过程中必须是机械分层振捣、滑筒下料、连续浇注、一次成型。浇制承台时，可先从一个角开始，逐渐向四处延伸，混凝土自由下落高度不得超过2.0 m，超过时，应使用漏斗串筒。

混凝土的振捣应由专人负责，振捣时，要做到快插慢拔，同一位置振捣10～20 s，直至混凝土中气泡逸出、表面呈水浆不再沉落为止。振动棒各插点的间距要均匀，不要超过振动棒有效作用半径的1.5倍，一般为250～300 mm。振捣过程中还要注意过振和漏振现象。在模板阴角紧靠模板面、钢筋密集处应辅以人工扦捣。

为了满足工程高标准的特殊性要求，承台厚度定为1.3～2.2 m，单腿混凝土量为34.46～195.96 m3，要一次性浇筑完成。水泥在水化的过程中会释放出一定的热量，由于混凝土结构表面可以自然散热，承台结构断面较厚，表面系数相对较小，所以，水泥发生的热量聚集在结构内部不易散失，这样混凝土内部的热量无法及时散发出去，以至于越集越高，使混凝土内外温差增大。混凝土内升到最高温度，多数发生在浇筑后的3～5 d，此时，可以采取以下措施来降低水泥水化热。

降低水泥水化热的措施主要有：①混凝土的热量主要来自水泥水化热，因此，应选用低水化热的矿渣硅酸盐水泥配制混凝土，并采用掺加粉煤灰和减水剂的“双掺”技术，减少每立方米混凝土中的水泥用量，以达到降低水化热的目的。充分利用混凝土的后期强度，减少用水量，严格控制混凝土的塌落度。在现场设专人进行测量塌落度，将混凝土的塌落度始终控制在设计范围内。②浇筑大体积混凝土时，应选择较适宜的气温，尽量避开炎热天气。夏季可采用温度较低的地下水搅拌混凝土，或在混凝土拌和水中加入冰屑，同时对骨料进行遮阳、洒水降温。在运输和浇筑过程中，也要采用遮阳保护、洒水降温等措施， 以降低混凝土拌和物的入模温度。另外，还可以选择掺加相应的缓凝型减水剂。③加强施工中的温度控制。在混凝土浇筑完成之后，应做好混凝土的保温、保湿养护，使混凝土缓慢降温。夏季应坚决避免曝晒，注意保湿；冬季应采取保温覆盖措施，以免混凝土发生急剧的温度变化。对混凝土要采取长时间的养护，确定合理的拆模时间，以延缓降温速度，延长降温时间。

4 结束语

通过以上分析可以知道，要想控制大体积混凝土裂缝的产生，关键是控制好混凝土温度。在实际施工中，我们应该多观察、多比较，遇到问题多分析、多总结，从混凝土原材料选择、混凝土浇制过程和混凝土养护这些方面层层把关，加强预控。这样一来，大体积混凝土的裂缝是完全可以避免的。

〔编辑：曹月〕

每日用测温仪测出各点表、中、底面的温度，取其平均值，并绘制出温度变化曲线图。然后，再通过混凝土热工计算进行大体积混凝土的施工温度控制对比分析，以此采取针对性的养护措施，确保大体积混凝土工程的施工质量。

3.3 混凝土浇制

在混凝土施工过程中，根据地形情况可以采用施工现场机械搅拌或商品混凝土，浇制过程中必须是机械分层振捣、滑筒下料、连续浇注、一次成型。浇制承台时，可先从一个角开始，逐渐向四处延伸，混凝土自由下落高度不得超过2.0 m，超过时，应使用漏斗串筒。

混凝土的振捣应由专人负责，振捣时，要做到快插慢拔，同一位置振捣10～20 s，直至混凝土中气泡逸出、表面呈水浆不再沉落为止。振动棒各插点的间距要均匀，不要超过振动棒有效作用半径的1.5倍，一般为250～300 mm。振捣过程中还要注意过振和漏振现象。在模板阴角紧靠模板面、钢筋密集处应辅以人工扦捣。

为了满足工程高标准的特殊性要求，承台厚度定为1.3～2.2 m，单腿混凝土量为34.46～195.96 m3，要一次性浇筑完成。水泥在水化的过程中会释放出一定的热量，由于混凝土结构表面可以自然散热，承台结构断面较厚，表面系数相对较小，所以，水泥发生的热量聚集在结构内部不易散失，这样混凝土内部的热量无法及时散发出去，以至于越集越高，使混凝土内外温差增大。混凝土内升到最高温度，多数发生在浇筑后的3～5 d，此时，可以采取以下措施来降低水泥水化热。

降低水泥水化热的措施主要有：①混凝土的热量主要来自水泥水化热，因此，应选用低水化热的矿渣硅酸盐水泥配制混凝土，并采用掺加粉煤灰和减水剂的“双掺”技术，减少每立方米混凝土中的水泥用量，以达到降低水化热的目的。充分利用混凝土的后期强度，减少用水量，严格控制混凝土的塌落度。在现场设专人进行测量塌落度，将混凝土的塌落度始终控制在设计范围内。②浇筑大体积混凝土时，应选择较适宜的气温，尽量避开炎热天气。夏季可采用温度较低的地下水搅拌混凝土，或在混凝土拌和水中加入冰屑，同时对骨料进行遮阳、洒水降温。在运输和浇筑过程中，也要采用遮阳保护、洒水降温等措施， 以降低混凝土拌和物的入模温度。另外，还可以选择掺加相应的缓凝型减水剂。③加强施工中的温度控制。在混凝土浇筑完成之后，应做好混凝土的保温、保湿养护，使混凝土缓慢降温。夏季应坚决避免曝晒，注意保湿；冬季应采取保温覆盖措施，以免混凝土发生急剧的温度变化。对混凝土要采取长时间的养护，确定合理的拆模时间，以延缓降温速度，延长降温时间。

4 结束语

通过以上分析可以知道，要想控制大体积混凝土裂缝的产生，关键是控制好混凝土温度。在实际施工中，我们应该多观察、多比较，遇到问题多分析、多总结，从混凝土原材料选择、混凝土浇制过程和混凝土养护这些方面层层把关，加强预控。这样一来，大体积混凝土的裂缝是完全可以避免的。

〔编辑：曹月〕