1、大体积混凝土结构施工裂缝控制摘要:随着我国经济的发展，大体积混凝土结构广泛应用在工程建设中，但大体积混凝土裂缝控制问题仍是应用中的难以根治的技术难题。文章结合大体积混凝土的概念及裂缝产生的原因，从温度估算、配合比设计及施工方面论述了大体积混凝土结构施工裂缝的控制措施，以确保大体积混凝土施工质量。 关键词:大体积混凝土；裂缝；原因；配合比设计；施工工艺 中图分类号：TU37 文献标识码：A 文章编号： 随着国民经济的快速发展，工程建设规模也不断扩大，如高层楼房基础、大型设备基础、水利大坝等，大体积混凝土在工程建设中得到了广泛的应用。由于大体积混凝土体积庞大，一次性混凝土浇筑量大，工程条件复杂，如
2、果施工措施不力，极易产生不同程度、不同形式的裂缝，各种混凝土结构裂缝，轻者会影响混凝土的耐久性，重者会严重影响混凝土的力学性能。因此，必须从根本上分析大体积混凝土裂缝，并采取有针对性的裂缝控制措施。 1 大体积混凝土概念 一般认为结构断面尺寸最小在 80cm 以上，水化热引起混凝土内最高温度与外界气温之差，预计超过 25的混凝土结构为大体积混凝土。建筑工程中的高层建筑基础、板式转换层、转换大梁等均属于大体积混凝土结构。 大体积混凝土由于截面大，水泥用量大，水泥水化释放的水化热会产生较大的温度变化，由此形成的温度应力产生裂缝。大体积混凝土内出现的裂缝，按其深度一般分为表面裂缝、深层裂缝、贯穿裂缝
3、。贯穿裂缝切断了结构断面，破坏了结构的整体性、稳定性和耐久性等，危害严重。深层裂缝部分切断了结构断面，也有一定的危害性。表面裂缝虽然不是结构裂缝，但易产生应力集中，能促使裂缝进一步开展。 2 大体积混凝土裂缝出现的原因 2.1 水泥水化热 大体积混凝土结构物断面较厚，水化热量聚集在结构物内部不易散失，引起急聚升温。随混凝土龄期的增长，弹性模量的增大，对混凝土内降温收缩约束亦越大，以致产生很大的温度拉应力，导致温度裂缝。 2.2 外界气温变化 大体积混凝土施工阶段，外界气温的变化影响明显，外界气温高，混凝土的浇筑温度也高；外界气温下降，增加混凝土的降温幅度，特别是气温骤降，大大增加外层与内部的温
4、度梯度，温度应力增大。 2.3 约束条件 结构物在变形中必然会受到一定的结构物边界条件的外约束和各质点变形不均匀而产生约束。大体积混凝土温度变化产生变形，而变形又受到约束产生应力。当应力超过某一数值后，便出现裂缝。 2.4 混凝土的收缩变形 混凝土水化作用时产生的体积变形称为“自生体积变形” 。该变形主要取决于胶凝材料的性质，普通水泥混凝土大多为收缩变形。实践表明，混凝土收缩变形引起的温度应力不可忽视，一般收缩引起的温度应力值可占温度应力值的 30左右。 3 大体积混凝土施工裂缝控制 建筑工程中，尤其是高层建筑工程中的大体积混凝土，其几何尺寸远比坝体小，控制裂缝的方法不像坝体混凝土那样，要采用
5、特别的低热水泥和复杂的冷却系统，而主要依靠合理配筋，改进设计，采用合理的混凝土配比，浇筑方案和浇筑后加强养护等措施，以提高结构的抗裂性和避免引起过大的内外温差而出现裂缝。 在大体积混凝土施工前，应对其最高温度、温度应力、收缩应力进行验算，确定控制指标，制定技术措施。 3.1 最高温度的估算 混凝土在浇筑后，温度一面上升，一面不断散热，非绝热状态，计算混凝土内部的实际温升很重要。由于结构边界散热条件较复杂，准确解出答案较困难，在工程应用上也无必要。所以采用经验公式的计算显得较为简便。 本文经过对一些资料的参考，以及许多工程大体积混凝土内的最高温度的测试实践的总结，提出近似大体积混凝土内部最高的温
6、度公式的计算式： 该计算式中的 主要根据浇筑块的厚度确定，根据水利水电科学院研究的资料，具体值见表 1。 表 1 不同浇筑块厚度与混凝土绝热温升关系（ 值） 3.2 大体积混凝土的配合比设计 混凝土的配合比设计的指导思想是：采用双掺技术，减少单方水泥用量，降低水泥化热；采用低水胶比；提高混凝土的极限抗拉强度，延长混凝土凝结时间。 配合比设计主要考虑以下几方面： 水泥品种，尽量选用水化热较低的 32.5 或 42.5 矿渣水泥，根据混凝土强度等级选用。尽管矿渣水泥早期强度较低，但由于大体积混凝土内温度较高，水泥水化速度较快，基本不影响混凝土早期强度。另外根据设计部门对混凝土强度发展的要求，也可选
7、用普硅水泥甚至硅酸盐水泥。 水泥用量，尽最大限度减少水泥用量，同时参照水泥厂的水泥强度历史资料，充分利用水泥强度的后期发展，减少水泥用量。减少水泥用量既可以降低混凝土内最高温度又可以减少混凝土的收缩。 水灰比(水胶比)，低水灰比可减少毛细孔，增强界面，提高混凝土的致密性，降低混凝土的内部温升。具体配制过程中要考虑到混凝土的输送方式是泵送还是现场拌制，泵送混凝土需较大的坍落度。如混凝土配合比设计中需掺人微膨胀剂，太低的水灰比会影响膨胀即补偿收缩效果，所以确定水灰比要综合多方面的因素。 混合材，主要有粉煤灰、矿渣、火山灰、超细矿粉等，目前较常用的是粉煤灰，粉煤灰由于其本身的成分、结构及颗粒形状等特
8、征，在混凝土中可产生粉煤灰效应，即活性、形态、微骨料效应；粉煤灰的掺量约为水泥重量 10%30%，可大大降低水泥用量，从而降低大体积混凝土内部最高温度。C30 级以上混凝土宜采用一级粉煤灰。 外加剂，掺入高效复合减水剂，减水率要求达 20%25%，降低水灰比，降低水泥用量，同时满足混凝土的泵送要求，提高混凝土的极限抗拉强度。 砂石骨料，骨料：选用粒径 531.5mm 的碎石，在石子规格上可根据施工条件，尽量选用粒径较大，级配良好的石子，适当增大粒径可减少用水量，含泥量控制在 1%以下。砂子的细度模数在 2.5 以上、中、粗砂含泥量小于 2%。含泥量高对混凝土的极限抗拉强度影响十分不利。 微膨胀
9、剂，目前我国生产的膨胀剂的品种和应用范围发展很快，绝大部分是硫铝酸盐系列，如 UEA,CEA,AEA 等。 3.3 施工工艺方面的措施 3.3.1 控制混凝土拌合料的出机温度和浇筑温度 大体积混凝土内的最高温度由浇筑温度和水化热温升组成，降低混凝土拌合料的浇筑温度也很重要，对混凝土拌合料的浇筑温度影响较大的是石子和水。在气温较高季节或经计算混凝土内外温差不满足要求时，首选降低水温，次选降低石子温度。夏季为防止太阳的直接辐射，应在砂石堆场搭设简易装置等措施。 3.3.2 混凝土的拌制 保证混合材的质量，加强材质检验，进行混凝土试配，根据试配结果确定。 外加剂及膨胀剂掺量准确，掺量误差应控制总掺量
10、的 1%以下。 搅拌均匀。外加剂及膨胀剂在新拌混凝土中应分布均匀，避免局部过量引起不良后果。高效复合减水剂的掺量较小，搅拌不均达不到降低水灰比的效果；膨胀剂掺入后，如膨胀剂在混凝土中分布不均，必然会因膨胀不均匀而引起混凝土开裂；混合材掺入后，如分布不均，影响混凝土的二次水化，影响后期强度的发展。因此混凝土的搅拌时间应不少于 90s，最好达到 120s，这样可保证混凝土拌合料的均匀性。 3.3.3 混凝土的输送 采用自备搅拌站时，搅拌站应尽量靠近混凝土浇筑地点，以缩短水平运输距离。 采用商品混凝土时，混凝土搅拌运输车的数量必须满足混凝土的连续浇筑的要求，一定要避免施工冷缝的出现。 高温季节，对混
11、凝土的输送管、混凝土泵的安装地点应采取覆盖、遮阳措施。 合理地配制混凝土输送泵的数量，以满足混凝土浇筑方法的要求。3.3.4 浇筑方法 分层连续浇筑，适宜平面面积不太大，分层厚度不大于 600cm，非泵送混凝土的分层厚度不大于 400cm 的结构，满足混凝土振捣器与混凝土的和易性的要求。注意分层间的时间间隔不超过混凝土的初凝时间。分层浇筑宜于混凝土的振捣，易保证质量，且混凝土层面散热，有利于降低大体积混凝土的最高温升。所以施工中优先采用分层浇筑。 推移式浇筑法，适宜混凝土工程量大，浇筑面积大或混凝土供应能力不足的结构。 泌水处理，泵送混凝土流动性大，泌水多，影响混凝土密实性和结构的整体性。可在
12、板四周侧模的底部、上口开设排水孔，使多余的水分从孔中自然排空或采取其它措施。 3.3.5 混凝土的养护 大体积混凝土养护时的温度控制方法有二类：一是降温法：即在混凝土浇筑前或成型后，人为地降低入模温度或通循环冷却水降温，借以降低混凝土内外温差；二是保温法：混凝土浇筑成型后，通过保温材料(模板、草袋、锯木、塑料薄膜等)，碘钨灯或定时喷洒热水等方法以提高混凝表面及四周散热面温度。保温法养护基本可以满足混凝土保温保湿要求，成本低，目前建筑施工中大多采用这种方法。 保温法进行温度控制效果比较有效，但在夏季不利于降低混凝土内部最高温度，增加了后期产生深层裂缝的可能性。混凝土在浇筑后 13d内属升温阶段，
13、拉应力很小，出现裂缝的可能性不大，过早地保温只能提高混凝土内部的最高温度，为了降低混凝土内部最高温度，在内外温差允许的范围内通过调整保温时间和保温层厚度来解决。具体的保温方法： 板面覆盖，板表面混凝土浇筑结束，用木蟹抹平，铁滚筒打压后，约过 1220h 后，先铺草袋或薄膜，根据不同季 l 节及温度监测情况，大约在 13d 之间，混凝土内部开始降温之际，再完全铺上适宜覆盖厚度。 先覆盖草袋或薄膜应根据季节、混凝土的配合比设计、养护时间等确定。在混凝土养护期间应保证混凝土表面湿润。应有专人负责养护。对于空中浇筑的混凝土厚板或转换大梁，还需注意底模、侧模的保温： 模板一般应选用木模板或胶合板。 根据
14、工程实际测试结果,一层胶合板模板内外温差约 15，所以根据最高温度的计算情况，采用两层模板或中间夹薄膜或悬挂草袋防止空气流动过快，降低侧模外温度等措施。 底模板在铺设，根据测试实践，在底模板下、木枋上铺设 12 层塑料薄膜，基本满足内外温差的规定要求。 建筑工程中大体积混凝土一般体积都不算太大。一般混凝土内部最高温度大约在 7080之间。工程实践表明，采用保温法养护混凝土完全可以控制混凝土内外温差在 25以内。 3.3.6 温度跟踪监测，信息化施工 在混凝土养护过程中，需对大体积混凝土升降温、内外温差、降温速度及环境温度等监测，测温方法可采用先进的电子测温，不重要的结构也可采用简易的测温方法。监测可给施工组织部门提供信息，反映大体积混凝土内温度变化的实际情况，及所采取的措施的效果，为在施工过程中及时采取温控对策提供科学依据。 4 结束语 总之，大体积混凝土中产生裂缝有多种原因。但是只要我们从混凝土的自身、施工工艺两方面考虑，科学合理地设计混凝土的配合比，施工前制定详细的施工方案，设计可行的施工方法，是可以减少裂缝的出现，进而保证大体积混凝土结构的质量与安全。 参考文献 1 倪志豪.大体积混凝土结构施工技术浅论J.科技资讯,2012 年22 期 2 杨龙;黎迪辉;刘卢.大体积混凝土裂缝产生的原因与预防措施J.施工技术,2010 年第 S1 期
