大体积混凝土裂缝的探索

吕志宁，刘东凯

（山西省电力公司送变电工程公司，山西 太原 030006）

大体积混凝土裂缝的探索

吕志宁，刘东凯

（山西省电力公司送变电工程公司，山西 太原 030006）

指出大体积混凝土工程中较为普遍的问题是混凝土裂缝现象，混凝土收缩、内外温差、原材料质量以及地基不均匀沉降等均可导致混凝土产生裂缝。根据大体积混凝土工程的自身特点，从原材料质量控制、施工工艺质量控制和混凝土内外温差控制三个方面入手，阐述了预防混凝土裂缝产生的主要控制措施。

大体积混凝土；裂缝；温度应力

1 大体积混凝土裂缝形成的原因分析

1.1 混凝土收缩产生裂缝

大体积混凝土浇筑完成后，经过14天的养护，混凝土因水分蒸发会产生收缩，这种收缩是不可逆的。由于混凝土内外水分蒸发程度不同而导致变形也不同，混凝土表面水分蒸发过快变形较大，混凝土内部水分蒸发较慢变形较小，混凝土表面收缩变形受到混凝土内部约束，产生较大拉应力而产生裂缝。收缩裂缝多为混凝土表面性的平行线状或网状浅细裂缝，宽度多在0.1～0.5mm之间，大体积混凝土平面部位尤为突出。

1.2 混凝土内外温差产生裂缝

混凝土浇筑后,在硬化过程中释放的水化热会产生较高的温度。由于大体积混凝土截面大，水化热聚积在混凝土内部而不易散发，使其内部温度升高，而表面散热较快，这样就在混凝土内外形成较大的温差。由于温差的存在，致使混凝土内部与外部热胀冷缩的程度不同。当混凝土的抗拉强度不足以抵抗该温度应力时，便开始产生温度裂缝（实践证明当混凝土里表温差达到25～26℃时，混凝土内便会产生大致在10MPa左右的拉应力）。

1.3 混凝土原材料引起的裂缝

混凝土原材料质量不合格，可能导致混凝土结构出现裂缝，诸如：水泥性能不稳定；细骨料砂偏细（细度模数小于2.3）、含泥量过大；粗骨料颗粒级配偏小、含泥量过大；选用外加剂的品种和掺量不当等。

1.4 混凝土地基不均匀沉降产生裂缝

混凝土地基的不均匀沉降，也易导致混凝土产生裂缝。混凝土地基沉陷裂缝的产生，是由于竖向不均匀沉降或水平方向位移，使结构物中产生附加应力，超过混凝土基础的抵抗能力，导致基础整个结构开裂。当地基不均匀沉降、地基地质差别较大、由上部荷载对地基土产生较大压力时，因地基土压缩性能不同引起沉降不均；在地质情况较均匀的情况下，各部分基础荷载差异太大时，也可能引起不均匀沉降；地基冻胀，基础在冻层以上时，在低于零度的条件下，含水率较高的地基土因冰冻膨胀，一旦气温回升，冻土融化，地基出现下沉；回填土不实或浸水而造成不均匀沉降所致，致使混凝土结构产生裂缝。

1.5 混凝土施工工艺引起的裂缝

a）混凝土振捣不密实，出现蜂窝、麻面或空洞，导致钢筋锈蚀对周围混凝土产生膨胀应力；振捣时间过长造成过振，使混凝土中石子下沉（大体积混凝土基础上层有10～30mm灰浆层，振捣时间过长可降低上层粗骨料含量，加大收缩量）；混凝土振捣后，未及时表面搓毛和抹压，使沉缩裂纹得不到及时愈合就硬化，导致混凝土表面出现网状裂缝。

b）钢筋引起的裂缝。由于钢筋保护层不符合设计规范要求或钢筋露天存放发生锈蚀，且绑扎前没有清理干净锈蚀，在混凝土的碳化作用下，加重钢筋锈蚀。锈蚀物体积比原来体积增长，钢筋对周围混凝土产生膨胀应力，使混凝土钢筋保护层裂缝、剥落。

c）为赶工期提高混凝土强度，增加水泥及水的用量，从而增大了混凝土的收缩量和裂缝因素，致使混凝土表面出现龟裂。

d）混凝土浇筑后，没有及时对表面覆盖浇水养护，致使表面急剧干燥。此种现象在夏季干热天气及多风季节时更为严重。如果将风速和湿度影响叠加，则可推算出此时混凝土干燥速度是通常条件下的10倍之多，使得混凝土收缩产生裂缝。

e）混凝土配合比设计不合理。采用商品混凝土时，搅拌站一般选用的砂率偏大和碎石颗粒级配粒径偏小及坍落度过大，造成混凝土收缩量大，混凝土振捣后上层出现较厚的水泥浮浆而产生龟裂。

f）模板支撑强度不够，在浇筑混凝土过程中和浇筑后出现局部跑模或涨模现象，使混凝土下沉，导致混凝土出现裂缝。

g）混凝土分层浇筑，间隔超过初凝时间，混凝土分层衔接处没有振捣好，使分层之间出现横向裂缝。

h）冬季施工，混凝土早期受冻，由于混凝土和水受冻后体积膨胀，使混凝土表面出现裂纹，拆模后出现局部剥落、空鼓现象。

2 预防大体积混凝土裂缝形成的控制措施

2.1 原材料质量控制

a）粗、细骨料应首选低含泥量。细骨料砂子宜选择中砂，其细度模数应选大于2.3。由于泵送混凝土受输送管径和泵送高度的影响，粗骨料不宜过大。粗骨料粒径选择范围宜为5～31.5mm，并连续级配（其中5～25mm级配含量65%左右）较好。

b）大体积混凝土应采用水化热低硅酸盐水泥或低热矿渣硅酸盐水泥。掺入一定量的粉煤灰和矿渣粉活性材料分解水化热，同时改善混凝土和易性，可保证设计强度不变的情况下，延长混凝土凝结时间，降低混凝土徐变、干缩性和热膨胀系数，提高抗泌水性和离析，显著增加混凝土抗渗性。添加适当的外加剂，如添加高效减水防裂剂，能大幅度减少混凝土拌和用水量，在水胶比基本保持不变的情况下，可大幅度减少混凝土的水泥用量（根据试验，1m3混凝土的水泥用量，每增减10kg水泥，其水化热将使混凝土的温度相应升降1℃），亦即降低产生水化热的内因，并改善混凝土的稠度。

c）配合比设计要合理。为有效预防和控制混凝土产生裂缝，应对砂率、水胶比（坍落度一般为140～160mm）、水泥用量及掺和料用量的配合比进行优化设计，选择最优方案。混凝土中粗骨料是抵抗收缩的主要材料，选择粒径大的碎石和增加粗骨料用量，对控制混凝土的收缩和裂纹有显著效果。混凝土干缩随砂率增大而增大。就泵送混凝土而言，高砂率的混凝土粘稠，增加了管壁阻力，降低了泵送性能，同时导致混凝土的扩展性能和流动性下降，所以应根据泵送高度、混凝土强度以及粉煤灰掺入量，来决定混凝土配比的砂率。砂率减小使粗骨料含量增大，在相同条件下混凝土的弹性模量提高，收缩量较小，减少了开裂的可能，砂率选取一般为38～40%。粉煤灰在混凝土中具有形态及活性效应，粉煤灰的水化反应较慢，可推迟放热高峰的出现时间，改善混凝土和易性，降低其泌水性，泵送时可降低混凝土与管壁的阻力。粉煤灰掺量一般不宜超过胶凝材料用量的40%。

2.2 施工工艺质量控制

a）检验地基处理情况。由有资质的检验机构对地基处理情况进行检验，合格后立即进行混凝土施工，以免地基遭受雨水侵泡和低温影响，导致地基不均匀沉降。

b）施工前认真检查模板支护、钢筋绑扎质量及保护层厚度，并确保原材料、施工机械及计量器具的齐全、完好、准确和施工人员的及时到位。

c）按混凝土设计要求配料，严格控制水胶比及坍落度。搅拌站的入机水泥温度不宜大于60℃。高温天气可用掺冰屑的冷水和砂、石遮阳防晒以及采取碎石洒冷水等降温措施，以降低混凝土出机温度。同时，混凝土入模温度应控制在28℃左右。冬季施工时，对采用的砂子、碎石采取蒸汽加热措施，确保混凝土的入模温度不低于5℃。

d）混凝土浇筑必须连续施工，在浇筑过程中每台班不少于2次检查混凝土的坍落度及入模温度。大体积混凝土应分层推移连续浇筑，缩短间歇时间。层间最长间歇时间不大于混凝土初凝时间，分层厚度为300～500mm，以便于分层振捣操作。垂直振捣和斜向振捣操作时，宜快插慢拔、上下抽动，视混凝土表面不再显著下沉，不再出现气泡、泛出灰浆为止。操作时不能漏振，不得过振，要振捣均匀，避免离析或形成空洞。每振捣完一段，要随即摊平，并二次振捣以增加混凝土的密实度，提高抗裂能力。分层浇筑时振捣上层应插入下层5cm左右，每点振捣20～30s，复振在20～30min后进行。当混凝土浇筑到顶面时，应控制表面平整并达到设计标高。经过二次振捣后，刮平、用木抹子做第一次抹压，要求加力较大，使面层充分密实。在振捣过程中，要及时排除产生的大量泌水，以避免降低混凝土质量和抗裂性。二次压光的时间应控制在泌水充分挥发之后（能撑得住人的时候）。混凝土表面有泌水的时候，绝对不能进行装饰抹面工序，否则会引起混凝土脱皮和薄层脱落。第二次抹压力应比第一次抹压力大，使混凝土面层再次充分达到密实。抹面工序完成后，应及时覆盖塑料薄膜或湿草帘、湿麻袋养护，混凝土潮湿养护不少于14天。

2.3 混凝土内外温差控制

a）在浇筑混凝土过程中沿混凝土浇筑体厚度方向布置安装测温管。分别设在底面、中心和外表的测温管，每条轴线不少于4个，从中心往边缘设置。外表的测温管距边角和表面应大于50mm，测温管采用DN15焊接钢管制作。埋设前上端用塑料布包严，下端焊钢筋头堵死，上端高出基础面10cm。外表温度为混凝土外表以内50mm处的温度，底面温度为混凝土浇筑体底面上50mm处的温度。在混凝土温度上升阶段每2～4h测1次，温度下降阶段每8h测1次，同时测量大气温度，并做记录绘出曲线图，发现温度异常及时报警，立即采取必要的措施。

b）大体积混凝土养护的温度控制一般有两种方法，即降温法和保温法，其目的只有一个，使混凝土里表温差控制在25℃以内，避免混凝土浇筑体里表温差产生自约束拉应力或混凝土综合降温，且在外约束条件下产生的拉应力大于混凝土升温时间内的混凝土抗拉强度：σz≤λftk（t）/K或σX≤λftk（t）/K，使混凝土早期出现裂缝。降温法：在混凝土浇筑前设置冷却水循环管道，浇筑完成后，通过循环冷却水降低混凝土内部温度，从混凝土的内部进行温度控制。保温法：混凝土浇筑后，采用保温材料、增温设备（如电暖气等）或定时喷浇热水、蓄存热水等办法，从混凝土的外部进行温度控制。保温法基本原理是利用混凝土的初始温度加上水泥水化热的温升，在缓慢的散热过程中（通过人为控制），使混凝土获得必要的强度。待混凝土温度下降到中心温度与表面温度差小于20℃，且表面温度与环境最大温差小于20℃时，逐层拆除保温层和模板，模板拆除后立即按规范要求进行回填土，露出部分继续保温养护。测温延续时间应少于14天，最好积累28天的温度记录。

3 结论

大体积混凝土工程中的混凝土收缩、内外温差、原材料质量以及地基不均匀沉降等均可导致混凝土产生裂缝，通过强化对原材料质量、施工工艺以及内外温差等控制措施，可以有效应控制大体积混凝土的裂缝问题。在山西省左权220kV变电站的变压器基础施工中，通过采取如上措施，收到了良好的效果。对混凝土出现的裂缝问题进行认真的分析与研究，采取合理的处理方法，并在施工中采取有效的预防措施防止裂缝的出现和发展，以保证建筑物和构件的安全，是大体积混凝土施工工程中值得重视的一项课题。

Study on the Crack of Mass Concrete

LV Zhi-ning，LIU Dong-kai
（Shanxi Electric Power Transmission and Transformation Engineering Company of SEPC，Taiyuan，Shanxi030006，China）

The phenomenon of the concrete crack is a general problem in the mass concrete project.The contraction of concrete,temperature differences between internal and external concrete,qualities of raw materials,and non-uniform sedimentations of the foundation can all cause concrete cracks.According to the features of mass concrete project，this article elaborates main preventive measures of the concrete crack through three aspects:quality control of raw materials，quality control of construction technology，and control of temperature differences between internal and external concrete.

mass concrete；crack；thermal stress

TU375

B

1671-0320（2012）增刊2-0048-03

2012-08-10，

2012-10-09

吕志宁（1954-），男，山西榆次人，1998年毕业于太原理工大学工民建专业，工程师，从事土建施工技术工作；

刘东凯（1972-），男，山西太原人，2002年毕业于华北电力大学电力系统自动化专业，助理工程师，从事输配电施工管理工作。