基础结构的大体积混凝土防裂缝研究

杜勇权

厦门长实工程监理有限公司（361000）

基础结构的大体积混凝土防裂缝研究

杜勇权

厦门长实工程监理有限公司（361000）

这里结合工程实例，分析了基础的大体积混凝土裂缝的产生原因和控制措施，对大体积混凝土的施工具有指导意义。

大体积混凝土；裂缝；控制

建筑基础结构的大体积混凝土工程包括有大型桥梁桩基础工程、大型房建基础工程、大型铁路基础工程等，这些大体积混凝土的裂缝控制技术是《混凝土结构工程施工规范》的重要组成部分，该规范总结了我国近年来基础的大体积混凝土工程的技术发展。为了控制大体积混凝土的裂缝发展，混凝土配合比设计应采用后期的强度，大体积混凝土内外温差应控制在25℃左右。不同类型的大体积混凝土（如柱、墙、梁等）应采用不同的裂缝控制措施，重点还是控制大体积混凝土内部温度，防止混凝土的收缩。

1 基础的大体积混凝土裂缝产生原因

1.1 水化热产生内外温差

基础的大体积混凝土具有断面结构尺寸大、混凝土用量大等特点，结构变形很容易受到温度的影响和水泥水化热的约束，会产生温度应力。当内外温差大于25℃时，混凝土受到的拉力作用大于其抗拉强度极限值，便产生了永久的塑性变形，从而产生裂缝。大体积混凝土产生的裂缝如图1所示。温度应力是导致大体积混凝土裂缝产生的主要原因，温升裂缝的形成主要分为两个阶段。

图1 大体积混凝土的裂缝

第一个阶段是在混凝土的浇筑初期。在混凝土初凝时期，由于大体积混凝土所用水泥量大，水泥水化会产生大量的水化热，导致混凝土内部温度很快上升。但是混凝土的表面与空气相通，散热比较好，热量可以快速地向大气散发，因此表面温度上升慢。混凝土内部因为散热条件差，热量散发的速度慢，内部温度上升较快，内部混凝土形成温度梯度。温度梯度的形成，使混凝土内部产生了压应力，外部产生了拉应力，当拉应力超过了混凝土的抗拉极限强度时，混凝土便产生了裂缝。

第二个阶段是在混凝土浇筑72 h后。在这个阶段，水泥水化热基本上达到了最大值，混凝土结构开始从最高温度逐渐降温。混凝土从升温时的体积膨胀过程转化为降温时的体积收缩过程，降温会引起混凝土的体积收缩，再加上混凝土中多余的水分散失引起体积收缩变形，混凝土结构不能自由地产生变形，导致温度应力超过混凝土的抗拉极限强度,混凝土则从约束面开始向上开裂形成温度裂缝，情况严重时会产生贯穿裂缝，破坏结构的耐久性和整体性。

1.2 混凝土的收缩

由水泥水化热产生的内外温差引起的混凝土开裂，是大体积混凝土产生裂缝的主要原因。大体积混凝土也是混凝土结构，也会出现一般混凝土产生的裂缝，原因是钢筋配置不够或者钢筋为粗大钢筋，混凝土和钢筋的黏结面积不够，使混凝土承受结构拉力而产生收缩裂缝。混凝土的配合比控制不好也会导致的大体积混凝土结构施工产生裂缝，比如混凝土强度过低，坍落度过大或过小，混凝土初凝时间不够等原因均会导致混凝土因收缩变形而产生裂缝。

1.3 工程案例

某综合型商业大楼建筑面积55万m2，规划用地面积20万m2，建设工程主楼由两座塔楼、裙楼和基座组成，地下室建筑高度为2.4m，为现浇钢筋混凝土框架结构。本工程的基础采用直径为1.2m的钻孔灌注桩，两个塔楼位于桩基础之上。工程结构底板混凝土等级采用C40，抗渗等级S8。

2 基础结构的大体积混凝土防裂缝措施

2.1 控制混凝土的材料配比

一般混凝土结构可以通过合理配置钢筋来控制裂缝，大体积混凝土结构也不例外。为了控制水泥水化热产生的裂缝，在设计中，可以在可能产生裂缝的部位配置足够的构造钢筋。由荷载引起的裂缝及其宽度的控制可以通过配筋来解决，其控制指标可由《混凝土结构设计规范》取值。收缩裂缝可通过减少配筋抑制收缩裂缝的出现。

混凝土结构的主要材料为混凝土和钢筋。混凝土要选择良好的混凝土原材料和优化其配合比，使混凝土结构具有较强的抗裂能力，从而获得“低温、低热”的混凝土，达到减少裂缝的目的。

2.2 控制混凝土的温升和降温

对于混凝土的温升控制和降温速率控制，即是减小内外温差，可以采用的具体措施有以下几点:

1）在混凝土中掺入高效缓凝减水剂。这样不仅可以改善混凝土的和易性，还能减少10%的用水量和水泥用量，从而达到降低水化热、控制施工过程中可能出现的温度裂缝的目的。

2）掺入粉煤灰。在混凝土中掺入粉煤灰可以顶替部分水泥，可有效地降低水化热，但值得注意的是，只能在采用普通硅酸盐水泥的混凝土中掺入粉煤灰。

3）骨料的选择。施工中应该优先选择级配较好的粗骨料配置混凝土。由于工程中常采用商品泵送混凝土，因此花岗岩碎石作为粗骨料只能取粒径为10～30mm。

4）控制混凝土的出机温度和浇筑温度。其主要目的是控制混凝土的总升温值和降低结构的内外温差。控制混凝土的出机温度常用方法是降低砂石的温度。如果在夏季施工，气温较高，为了降低砂石温度，防止太阳直接照射，需要搭设遮阳装置，并及时冲水降温。控制混凝土的浇筑温度最有效的方法是合理安排施工流程和机械配置，尽量使浇筑在夜间进行。

5）当混凝土浇筑完毕之后，为了减少降温阶段的内外温差,可以采用保温和保湿养护的措施，保证水泥的水化过程，从而保证了混凝土的极限抗拉强度，同时可以延缓水化热的降温速率。具体可采取的措施是:在混凝土初凝后，可以立即覆盖湿麻袋，再在外层铺上塑料薄膜，加强保温作用。当混凝土的初凝完成后,可以修筑水池蓄水进行保湿养护。

2.3 控制混凝土收缩，提高抗拉极限强度

通过改善混凝土的施工工艺和配合比的方法可以在一定程度上减少混凝土的收缩并提高抗拉强度值。改善混凝土配合比的方法已经在前文论述，现在侧重于施工工艺方面的控制措施。对于大体的混凝土浇筑施工，可以采用分阶段分层振捣密实的方法，并进行二次振捣，主要目的是排除混凝土中部分可能出现的水分和空隙，提高钢筋和混凝土之间的黏结力，防止因混凝土坍落度过大而产生裂缝。此方法可减少混凝土内部结构的微裂现象，增加混凝土的密实度，提高混凝土的抗压强度和抗裂性,同时有助于内部热量的散发，减低内外温差。

2.4 大体积混凝土施工监测控制

为了进一步了解大体积混凝土的水化热的具体大小、不同深度的温度场变化规律，随时监测混凝土的内部情况。在大体积混凝土的温控施工中，除了水化热的测定之外，还应该在混凝土的浇筑过程中进行温度监测，在即将浇筑的不同部位埋设温度传感器，对混凝土结构的内外温度变化进行全程监控。在混凝土的养护过程中也应该对浇筑块体进行升降温、内外温差、降温速率的监测。大体积混凝土基础或结构底板截面复杂，底板和上表面的标高不一致，内部的沟道纵横交错，各个地方的温度分布也不均匀，温度场条件实在复杂。同时应力的大小还与所在区域的气候条件、配筋情况、基础构造、约束状态等有关。在各项降温措施实施之后，通过实时监控的手段，在一定范围内，能准确地采取保温保湿措施来防止大体积混凝土出现裂缝。

3 结论

针对大体积混凝土产生裂缝的原因本文提出了控制混凝土的材料配比，以提高混凝土的抗拉强度和降低水泥用量；控制混凝土的温度升高和降低混凝土的温度降低速率，以控制内外温差；在大体积混凝土施工过程中对温度进行实时监控，信息化施工。经过工程实践证明这些措施可以有效地控制大体积混凝土施工产生的裂缝。

[1]蔡清芬.大体积混凝土施工的裂缝控制及养护[J].中国高新技术企业,2014(18).

[2]朱艳男.高铁桥梁工程大体积混凝土裂缝成因及控制措施[J].价值工程,2014(28).

[3]李建平.建筑工程大体积混凝土裂缝的成因与防治措施探析[J].工程管理,2014(02).