基于建筑裂缝在大体积混凝土施工技术

张舒岳

摘 要：大体积混凝土内出现的裂缝按深度的不同，分为贯穿裂缝、深层裂缝及表面裂缝三种。贯穿裂缝是由混凝土表面发展为深层裂缝，最终形成贯穿裂缝。它切断了结构的断面，可能破坏结构的整体性和稳定性，其危害是较严重的；而深层裂缝部分切断了结构断面，也有一定危害性；表面裂缝一般危害较小。本文对混凝土裂缝成因进行分析，并提出控制措施。

关键词：大体积混凝土；温度裂缝；施工控制

1 前 言

在建筑工程中为了预防大体积混凝土不出现裂缝，大体积混凝土具有结构厚、体形大、钢筋密、混凝土量大、工程制约因素复杂和施工技术要求高等特点。由于其截面尺寸较大，在浇筑混凝土后，水泥水化过程中产生大量水化热导致温度变化，与混凝土收缩及其它因素共同作用而产生温度应力和收缩应力，使混凝土容易产生裂缝。因此对于大体积混凝土，除要满足普通混凝土所要求的强度、稳定性等要求外，还特别要控制温度变形裂缝的出现和发展，以及由于混凝土收缩而产生的裂缝。

2 工程概况

某工程总建筑面积约40000m2，地下二层，地上二十层，建筑总高：77.20m，主要结构类型为现浇钢筋混凝土框筒结构，其中地下室底板面积约5150m2，浇灌混泥土體积约7400m3。以后浇带划分计划按后浇带将底板分成三个区，三个昼夜进行底板混凝土的施工。

3 大体积混凝土温度裂缝控制的要求

3.1 温度裂缝的原因

①水泥水化产生的热量；②外界气温变化的影响；③混凝土约束条件。为保证工程的施工质量，大体积混凝土温度裂缝控制应满足以下要求。

（1）混凝土内外温度应小于20～30℃；

（2）K=ft/σmax≥1.5；

式中：ft为混凝土的抗拉强度；σmax为混凝土内最大温度应力；

（3）L≤Lmax

式中：L为建筑场基础大体积混凝土的长度；Lmax为大体积混凝土最大伸缩缝间距，该工程已根据设计要求设置后浇带两条。

满足上述三个条件，则混凝土具有足够抵抗温度裂缝的能力。

3.2 水化热计算

底板混凝土设计强度等级为C30，抗渗等级≥1.2MPa。由于板厚达2m，故需考虑混凝土浇灌水化热问题，防止混凝土内部水化热出现的温升应力，造成混凝土开裂。

大体积混凝土在水泥水化过程中产生大量的热量，造成混凝土内部温度升高，当其内部的温度应力受外界的约束，会产生裂缝，从而影响混凝土的质量。因此，防止混凝土出现裂缝的关键就是要控制混凝土的内外温差。

底板应采取大体积混凝土施工时的施工方法，施工前必须经过热工计算，采取有效措施后才可进行施工。计算过程如下：

底板混凝土施工于2004年10月份进行，室外最高气温取25℃。

（1）混凝土出罐温度Ti（℃）

Ti=Tc=23.81℃

（2）混凝土浇筑温度Tj

式中：Tq——为环境温度，取最大值25℃。

所以，A1+A2+A3=0.178

Tj=Tc+（Tq-Tc）×（A1+A2+A3）

Tj=23.81+（25-23.81）×0.178=24.02℃

（3）混凝土绝热温升

计算龄期3d的绝热温升。混凝土浇筑厚2.0m。42.5水泥水化热量Q=461KJ/kg，每方水泥用量W=362kg，混凝土的比热c=0.97kJ/kg·K，混凝土的密度ρ=2400kg/m3，浇筑温度Tj=24.02℃，龄期3d时，查表计算如下：

1-e-mt=1-2.178-0.384×3=0.684

Tt=（1-e-mt）=×0.684=49.03℃

当浇筑层厚2m，龄期3d时，查表，有ξ=0.57。

（4）混凝土内部最高温度Tmax

T3=Tt×ξ=49.03×0.57=27.95℃

Tmax=Tj+T3=24.02+27.95=51.97℃

（5）混凝土表面温度Tb（τ）

①保温措施采用两层（30mm）草袋覆盖结合100mm蓄水，保温层隔热系数β

β=

式中：δi——保温材料厚度，水为0.1m，草袋为0.03m；

λi——保温材料导热系数，水为0.58W/m·K，草袋为0.14W/m·K；

βq——空气层传热系数，βq=23W/m2·K；

有：

②混凝土的虚铺厚度h′

h′=K

式中：λ——混凝土导热系数，取2.33（W/m·K）；

K——计算折减系数，取0.666；

所以

③混凝土计算厚度H

H=h+2h′

h′=0.666×=0.668m

H=h+2h′=2+2×0.668=3.336m

式中：h——混凝土实际厚度，取最大厚度2m；

④混凝土内最高温度与外界气温之差△T（τ）

⑤混凝土表面温度Tb（τ）

（6）水代热计算：

混凝土中心最高温度与表面温度之差[Tmax-Tb（τ）]=49.03℃-40.39℃=8.64℃，表面温度与大气温度之差[Tb（τ）-Tq]=40.39℃-25℃=15.39℃，均未超出25℃的规定，故只需采取上述保温措施，即可保证质量。

3.3 温度应力计算

主要为验算由温差和混凝土收缩所产生的温度应力σmax是否超过当时厚板的极限抗拉强度Rc，即K=ft/σmax≥1.5。

采用公式：

式中：σi（t）——各龄期混凝土基础所承受的温度应力，单位为MPa；

Ei（t）——各龄期的混凝土弹性模量，Ec=3.0×104，单位为MPa；

a——为混凝土线膨胀系数，取1.0×10-5，单位为1/℃；

Ti（t）——各龄期混凝土综合温差，实际温升最高在混凝土浇筑后第三天Tmax=51.97℃；

Si（t）——各龄期混凝土松弛系数，取30d最大值0.57计算；

cosh——是双曲余弦函数；

L——结构长度，本工程厚板长度L=60000，单位为mm；

β——系数，与底板厚度及地基水平阻力系数有关，单位为1/mm。

根据以上公式、代入本工程相应数据，算得K=ft/σmax=1.43MPa/0.76MPa≥1.5。（C30混凝土30d龄期时的抗拉强度，由“混凝土结构设计规范”表4.1.5查得），由此可知，不会因降温时混凝土收缩而引起收缩裂缝。

4 混凝土裂缝控制措施

4.1 选择合理的配合比

优先选用水化热较低的矿渣水泥；使用粗骨料，尽量选用粒径较大、级配良好的粗细骨料；控制砂石含泥量；掺加粉煤灰等掺合料或掺加相应的减水剂，改善和易性、降低水灰比，以达到减少水泥用量、降低水化热的目的以满足减少水泥用量；严禁在现场随意加水以增大坍落度；掺加减水剂和适量的粉煤灰，可减少沉降量，促进工作性和流动性；采用泵送混凝土施工，其配合比应进行试泵送。

4.2 混凝土生产

本工程采用商品混凝土，所以对混凝土供应商的控制成为关键，项目部应定期对使用的原材料物理性能进行抽检，要求混凝土供应商做到：控制砂、石的含泥量，确保砂、石的含泥量分别在1%和3%内；在炎热气候，当砂、石料温度过高时，应洒水降温，严格控制砂、石料的入槽温度。

4.3 施工工艺

（1）大体积混凝土的施工，一般宜在低温条件下进行，即最高气温≤30℃为宜。

（2）混凝土的配制，应严格掌握各种原料的配合比，其重量误差为：水泥、外掺合料±2%；粗、细骨料±3%；水、外加剂溶液±2%。

（3）搅拌后的混凝土，应及时运至浇筑地点，入模浇筑。在运送过程中，要防止混凝土离析、灰浆流失、坍落度变化等现象。

4.4 混凝土养护

（1）浇水养护：采用浇水养护不得小于14昼夜，刚浇筑的混凝土，处于凝固硬化阶段，水化的速度较快，浇水使其保持在适宜的潮湿状态，可有利于水泥的水化作用，从而提高混凝土的极限拉伸强度，同时可防止混凝土表面脱水而产生干缩裂缝；

（2）混凝土表面保温养护：采用两层（30mm）草袋覆盖结合100mm蓄水，主要的降低大体积混凝土浇筑块体的里外温差值，以降低混凝土塊体的自约束力，其次是降低大体积混凝土浇筑块体的降温速度，充分利用混凝土的抗拉强度，以提高混凝土体承受外约束力时的抗裂能力，达到防止或控制温度裂缝的目的。

5 结束语

本工程由于运用裂缝温度控制理论，找到影响裂缝的主要原因，并采取相应有效措施，现场控制实际情况跟理论相接近，经质监部门验收，未出现裂缝，施工质量优良。人为本和在战术上高度予以重视，是保证特殊工程质量的指导思想。

参考文献

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[3]陈继亮.大体积混凝土施工方案与施工技术[J].建材技术与应用，2009，（10）.