大体积混凝土施工过程裂缝控制

康志远

摘要：因大体积混凝土的内外温差所产生的裂缝一直是困扰建筑施工的难题。结合某地下特大体积混凝土的施工实际，分析了大体积混凝土裂缝产生的原因以及控制措施，并阐述了相关裂缝控制的施工技术以及收到的实际效果。

关键词：大体积混凝土；裂缝；水化热；施工缝；通水冷却法

一、工程简介

某工程共包括主站屋、行包房、内部用房等几个单体。主站屋西侧为行包房，东侧为内部用房，建筑总面积约为56718m2，其中地上为48767m2，地下为7951m2，高架站房主体檐口高度为24.2m，中心制高点高度约为42.000，屋盖φ270m，工程底板长超过200m，宽接近80m，厚1.5m，承台最厚达6m。底板承台混凝土标号为C45，面积之大，混凝土总浇筑量超过1万m3，属大体积混凝土。本工程地下通道结构根据设计及规定分成若干段进行施工，中间设置橡胶止水带。筏板基础按照设计要求留设后浇带。本工程平面超长，整个建筑体型超大，为尽量避免由于温度、收缩等因素产生有害裂缝的要求，在施工过程中平面上间隔40m～60m设置后浇带，将地下室结构划分为6个区域，后浇带宽为1.0m。

二、大体积混凝土裂缝成因分析

本工程为市重大实事工程，为保万无一失，我们在施工前即对大体积混凝土可能产生裂缝的原因，进行了仔细的分析和研究，并拟定了相对应的防范措施，以备无患。一般而言，大体积混凝土施工裂缝产生的原因可分为内在与外在两类：内在原因是混凝土浇筑时水泥释放大量水化热且混凝土是热的不良导体，混凝土的力学特性如收缩、徐变；外在原因是混凝土处在冷热交替的环境中，一般会受到较强的外界约束。

1.水泥水化热的影响

混凝土浇筑过程中的热源来自于水泥的水化生热，大体积混凝土热传导方程：

[δTδt]=[?]2T+[1ρc][δQδt] （1）

其中：a——混凝土导温系数，a=[λ/ρc]；Q——混凝土热源函数；λ——混凝土导热系数。

水泥水化热可以表示成绝热温升的函数，而绝热温升函数一般有指数式、复合指数式和双曲线式。水泥水化热一般是在浇筑后短期内集中放热。放热速度一般和混凝土的配合比，水泥种类有直接关系。由于大量的水化热集聚在混凝土内部缓慢释放出来，故一般地，混凝土中心温度高，而外表面温度较低，因而在混凝土内外产生较大的温度梯度，使其内部产生压应力，表面产生拉应力。而当拉应力超过混凝土的极限抗拉强度时混凝土表面就会产生裂缝。

2. 外界气温湿度变化的影响

大体积混凝土结构在施工期间，外界气温的变化对防止大体积混凝土裂缝的产生有较大影响。混凝土内部的温度是由浇筑温度、水泥水化热的绝热温升和结构的散热温度等各种温度叠加之和组成。浇筑温度与外界气温有着直接关系，外界气温愈高，混凝土的浇筑温度也就会愈高；如果外界温度降低则又会增加大体积混凝土的内外温度梯度。如果外界温度的下降过快，会造成很大的温度应力，极其容易引发混凝土的开裂。另外外界的湿度对混凝土的裂缝也有很大的影响，外界的湿度降低会加速混凝土的干缩，也会导致混凝土裂缝的产生。

三、大体积混凝土裂缝的控制措施

根据工程实践，基于“抗放结合”的裂缝控制原则，为了防止大体积混凝土裂缝产生，可以从设计和施工手段两个方面考虑，最大限度的降低温差和减小混凝土的收缩达到裂缝控制的目的。

1.设计措施

设计时宜采用中低强度混凝土，避免采用高强度混凝土。为了控制大体积混凝土的表面收缩裂缝，可以适当采取在承台表面合理增加分布钢筋用量的措施，虽然单靠增加分布钢筋用量不能明显的防止裂缝出现，但适当增加分布钢筋的用量可以加强结构的整体性和减小温度裂缝的宽度。大体积混凝土工程施工中如果允许设置水平施工缝，应根据温度裂缝的要求进行分块，且设置必要的连接方式。

2.材料选择与制备

混凝土内本身产生热量的只有水泥，选用低热水泥成为降低混凝土内部温升和防裂的重要手段。选择合理的混凝土的配合比设计，可以有效的降低水泥产生的水化热。对选用的低热水泥还希望早期强度高、后期强度仍增长、弹模低、徐变大、自生体变为膨胀型。同时，适当的减少水泥用量，并严格控制骨料的质量。

3.合理组织施工

实践证明，合理组织施工是经济而有效的措施。在安排混凝土的施工季节时，可注意以下几点：第一，尽量避免酷暑、严寒的气候下施工；第二，不同的混凝土块对混凝土浇筑温度及内部水化热温升不相同；合理组织大体积混凝土施工包括：①降低混凝土浇筑温度应从降低混凝土的出机口的温度和减少运输途中仓面的温度回升两方面着手；②合理控制间歇期。混凝土层间间歇期从散热、防裂及施工作业方面综合分析后，提出合理间歇期。

4.采取有效的施工技术措施

（1）分块浇捣、化整为零

在施工过程中，通过设置合理的变形缝、后浇带、施工缝等将大体积混凝土分成多块，分块、分层浇捣从而减小混凝土的收缩变形。

（2）通水冷却

通水冷却是混凝土温度控制的有效措施之一。通过冷却水循环，降低混凝土内部温度，减小内表温差，控制混凝土内外温差。通过测温点测量，掌握内部各测点温度变化，以便及时调整冷却水的流量，做到及时控制温差。当内外温差过高，而流量的控制效果不明显时，可将冷却水管的出口处的热水浇灌于混凝土的表层，提高表层混凝土的温度，从而更好的控制内外温差。上海的经贸大厦底板以及闵浦大桥承台大体积混凝土便采用了冷却水管，对降低混凝土内部温度控制内外温差起到一定的作用。

5.表面保温

保温的目的是减小混凝土表面与内部温差及表面混凝土的温度梯度，防止表面裂缝的发生。保温层兼有保湿的作用，如果用湿砂层、潮湿锯末层，积水保湿效果尤为突出。保温养护过程中，应保持混凝土表面湿润，保湿可以提高混凝土的表面抗裂能力。在大体积混凝土施工中可因地制宜地采用保温性能好的保温养护材料。在施工工期要求内，尽量采用自然散热的方式。

6.有限元模拟分析

早期混凝土内部温度场分布随龄期的变化，可以把混凝土认为是均匀、正交各向同性材料，根据采用的混凝土各项准确参数、边界条件、环境温度等对实际工程进行有限元模拟分析，得出其内部最高温度、浇注后各个时间段的温度场以及内部应力变化规律。根据结果考虑是否采用冷却水管降温，并对布置冷却水管后进行有限元模拟分析，用以指导实际的施工。

四、信息化施工

本工程浇注采用“分段定点、一个坡度、薄层浇捣、循序渐进”的方法；混凝土终凝后立即养护，采用两层薄膜两层麻袋覆盖进行保湿、保温养护，并根据温差情况进行及时调整。在混凝土浇筑及养护过程中进行实时的温度监控，能直接观察到其混凝土内部温度的变化，并及时采取温控措施，对有效地控制温度裂缝的产生有重要意义。

1.测温点布置

测温点的布置原则为能反映整个大体积混凝土的温度场及温度变化规律的区域，根据本工程底板承台的形状、对称性及混凝土的浇捣顺序等确定。本工程主要对具有代表性的6.0m承台处（G、H轴，每个测温轴竖向布置3个测温点，分别为距顶面10cm、中间、距底面10cm）的测温结果进行了分析总结。

2.温度测试结果

混凝土在入模后的前1～2d温度升高很快，平均每天升高17.5℃，达到最高温度以后以平均每天1.8℃的速度下降，持续时间约10d左右，之后的降温速度放缓。鉴于本工程是在冬季施工，大气温度较低，对混凝土表面保温养护尤其重要，为降低混凝土内外温差，采用两层薄膜两层麻袋覆盖进行保湿、保温养护。最大温差控制在25℃以内，有效地预防了有害裂缝的产生。

五、结论

本文分析了大体积混凝土裂缝产生的一些主要原因以及解决措施，并在实际工程中得以验证和应用，取得了满意的效果，为今后其他大体积混凝土的施工具有重要的参考价值和意义。endprint