大体积混凝土施工裂缝的成因分析及控制措施

2012-04-10王元钧

河南建材 2012年1期

王元钧

辽宁地质工程职业学院（118008）

对于大体积混凝土，不同国家定义不同。美国定义：任何就地浇筑混凝土，若尺寸大，必须采取措施解决体积膨胀和水化热，以便减小开裂为大体积混凝土。日本定义：结构断面最小尺寸在80 cm以上,水化热引起的混凝土最高温度与外界气温差大于25℃为大体积混凝土。我国定义：混凝土结构物实体最小尺寸大于或等于1 m或预计会因水泥水化热引起内外温差过大而导致裂缝的混凝土。

在工业与民用建筑的设备基础、箱形基础、筏基底板、立墙及地下隧道等大体积混凝土施工中,由于水泥水化热引起混凝土浇筑内部温度和温度应力剧烈变化，而导致混凝土发生裂缝现象。因此，控制混凝土浇筑块体因水泥水化热引起的升温、混凝土浇筑块体的里外温差及降温速度，防止混凝土出现温度裂缝是施工技术的关键问题,必须认真对待。

1 大体积混凝土施工裂缝产生的原因

造成大体积混凝土施工裂缝的原因是复杂的，而且是综合性的，主要有以下几种：

1.1 温度原因

1）由于温差较大引起的，混凝土结构在硬化期间水泥放出大量水化热，内部温度不断上升，使混凝土表面和内部温差较大，混凝土内部膨胀高于外部，此时混凝土表面将受到很大的拉应力，而混凝土的早期抗拉强度很低，因而出现裂缝。这种温差一般仅在表面处较大，离开表面就很快减弱，因此裂缝只在接近表面的范围内发生，表面层以下结构仍保持完整。

2）由结构温差较大，受到外界的约束引起的，当大体积混凝土浇筑在约束地基（例如桩基）上时，又没有采取特殊措施降低，放松或取消约束，或根本无法消除约束，易发生深进，直至贯穿的温度裂缝。

1.2 沉缩裂缝

当然混凝土沉缩裂缝在大体积混凝土（特别是泵送大流态混凝土）施工中也是非常多的。混浇筑成型后，养护工作不到位，没有及时地进行表面履盖，表面水份散失过快，导致混凝土内部与外部不均匀收缩。其表面干收缩大于其内部干收缩值。由于此干缩快慢差而形成的混凝土表面拉应力，也是混凝土产生裂缝的重要原因。主要表现在振捣不密实，沉实不足，或者骨料下沉，表层浮浆过多，混凝土浇筑后，没有及时抹压实（特别是初凝前的二次拌压），且表面覆盖不及时，受风吹日晒，表面水份散失快，产生干缩，混凝土早期强度又低，不能抵抗这种变形而导致开裂。

在施工中采用缓凝型泵送剂，延缓混凝土的凝结硬化速度，充分利用外加剂（特别是缓凝剂）的特性，适时增加抹加次数，消除表面裂缝，特别是初凝前的抹压，这对消除有效。

2 大体积混凝土施工裂缝的控制

针对以上所分析的裂缝形成原因，我们可以采用以下措施加以控制：

2.1 严格控制混凝土的组成材料

大体积混凝土一般都是采用商品混凝土和泵送工艺浇筑，泵送商品混凝土对原材料的技术指标要求很高。因此，首先混凝土的生产设备的稳定运行和计量的精确应得到有效保障，组成混凝土的所有材料应符合规范标准的要求，以确保混凝土的质量。

1）水泥品种的选择。应根据大体积混凝土的特点，既要注意水泥的水化热，又要注意水泥的收缩作用，选用低水化热、低收缩的水泥，如抗硫酸盐水泥、粉煤灰水泥、矿渣水泥，而不要采用早强型水泥。

2）掺入粉煤灰，选择减水剂，保证泵送流动度。在尽量少用水泥的基础上,掺入一定量的粉煤灰，以保证胶凝材料的总量。掺入适量的优质粉煤灰可以代替和节约水泥,一般掺量为水泥重量的15%～20%，在加拿大标准中，此掺量值已达到25%。从反应堆厂房底板混凝土的试块强度分析，粉煤灰的掺量提高，混凝土的强度稍有降低。粉煤灰在混凝土中主要起物理填充作用，加强了粉末效应，增加了混凝土的密实度，可以改善混凝土的工作度，改善施工性能，减少混凝土的泌水和离析现象，减少收缩。粉煤灰还能够延缓水化热峰值的出现，降低温度峰值。粉煤灰和减水剂同时掺入混凝土中，可以降低水灰比，减少水泥浆量，提高混凝土的可泵性。

3）粗细骨料的选择。配制大体积混凝土，应选用细度模数在2.7～3.1之间的含泥量最低的中粗砂，砂率最佳值为0.33，以合理粗细骨料的比例，砂率过高意味着细骨料多，粗骨料少，增加了收缩，对抗裂不利。碎石应采用连续级配、良好粒级的弹性模量低的骨料。其次是砂石的吸水率应尽可能小一些，以利于降低收缩。

4）混凝土的配合比设计。应根据施工单位的经验数据，优化合理地选择混凝土的强度和强度标准差。结合现场的实际要求，合理利用混凝土的后期强度，如60天、90天或更长时间的强度。

2.2 优化混凝土的施工过程

混凝土的抗拉强度远小于抗压强度，这是混凝土容易开裂的内在因素。普通混凝土极限拉伸离散性很大，因此在施工中必须创造条件，确保混凝土均匀密实。混凝土坍落度各车不要有大的差异，浇筑基础时坍落度可控制在100～140 mm,坍落度大时会使表面钢筋下部产生水分，或表层钢筋上部的混凝土产生细小裂缝。为防止这种裂缝，在混凝土初凝前和混凝土预沉后采取二次抹面压实措施。混凝土浇灌时，搅拌车在卸料前，要求高速运转一分钟，确保进入泵车受料斗的混凝土质量均匀。

大体积混凝土的浇筑应合理分段,分层进行，使混凝土高度均匀上升,混凝土浇筑应连续进行，间歇时间不能过长，在前层混凝土初凝前必须把后层混凝土浇上。浇筑应在室外气温较低时进行，混凝土浇筑气温不宜超过28℃,在炎热的气候条件下应采取降温措施。

在浇筑混凝土过程中，应严格按照施工组织设计的施工线路实施浇筑。禁止闲散人员在钢筋上部停留。浇筑施工人员不应在钢筋上部无序走动。采用双层钢筋网时，在上下层钢筋网片之间应设置足够的支撑用钢筋撑脚，以保证钢筋位置正确。在浇筑线路上，铺设临时操作脚手板。所有浇筑人员的工作原则上均应在脚手板上完成，以减少对钢筋网的踩踏次数。临时脚手板随浇筑区域的转移而移动。

2.3 加强混凝土的养护

在尽量减小混凝土内部温升的前提下，大体积混凝土的养护是一项关键工作，必须切实做好。养护主要是保持适宜的温度和湿度条件，保温的目的有两个：①减小混凝土表面的热扩散，减小混凝土表面的温度梯度，防止产生表面裂缝；②延长散热时间,充分发挥混凝土强度的潜力和材料松驰特性，使平均总温差对混凝土产生的拉应力小于混凝土的抗拉强度，防止产生贯穿性裂缝。潮湿养护的作用：①刚浇筑不久的混凝土,尚处在凝固硬化阶段，水化的速度较快，适宜的潮湿条件可防止混凝土表面脱水而产生干缩裂缝；②混凝土在保温（25～40℃）及潮湿条件下可使水泥的水化作用顺利进行，提高混凝土的极限拉伸和抗拉强度，使早期抗拉能力增长很快。

在施工过程中正确规定拆模时间对防止裂缝的开展关系较大，早期因水泥水化热使混凝土内部湿度很高，如过早拆模，混凝土表面温度较低，形成很陡的温度梯度，产生很大的拉应力，这对于早期强度低，极限拉伸小的混凝土处于不利的温度条件下，就极易形成裂缝。因此大体积混凝土除要求强度外，还必须防止内外温差太大而引起裂缝。