大体积混凝土裂缝的成因及控制

周拨云，王继伟，牛 彬

（1.山西电力职业技术学院建筑工程系，山西太原 030021；2.河北电力建设监理有限责任公司工程部，河北石家庄 050001；3.河北送变电工程有限公司，河北石家庄 050001）

大体积混凝土指的是最小断面尺寸大于1 m，其尺寸已经大到必须采用相应的技术措施妥善处理温度差值，合理解决温度应力并控制裂缝开展的混凝土结构。为了使大体积混凝土不出现裂缝，通过对其原因进行分析，从设计阶段入手，在施工阶段抓住“人、材、机、环、法”等几个重点环节，采取一些特殊措施，使混凝土的质量满足设计要求［1－7］。

1 工程简介

某火力发电厂2×660 MW 工程锅炉基础为钢筋砼筏板式结构，筏板为长方体形状，长L＝53.3 m，宽B＝49m，高H＝3.0m，是典型的大体积混凝土工程。而作为火力发电厂核心的锅炉基础工程始终是业主、安装单位各方面共同关注的焦点。

1.1 混凝土强度

混凝土强度为C30，混凝土浇筑总方量为7 528m3。

1.2 工程特点

1）锅炉基础底板钢筋自重大，分布密集，对钢筋绑扎、混凝土浇筑增加了困难，设计用满堂红钢架支撑结构保证施工安全和方便。

2）锅炉基础底板混凝土体积大，需按大体积混凝土施工工艺进行施工。其施工工艺要求高，螺栓、套管和埋件数量多，精度要求高等许多因素使控制难度加大。尤其是混凝土裂缝的控制更是至关重要。除满足一般混凝土施工要求外，还须采用技术措施以确保混凝土浇灌的连续性，控制温差、防止裂缝。

2 大体积混凝土产生裂缝的原因

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是导致产生裂缝的主要原因。一方面是大体积混凝土由于内外温差产生应力和应变，另一方面是结构的外约束和大体积混凝土各质点间的约束阻止这种应变。一旦温度应力超过大体积混凝土能承受的抗拉强度，就会产生裂缝。

3 大体积混凝土裂缝的控制措施

3.1 设计措施

1）大体积混凝土的强度等级宜在C20～C35范围内选用。设计强度过高，水泥用量过大，必然造成混凝土水化热过高，混凝土块体内部温度高，混凝土内外温差超过30℃，温度应力容易超过混凝土的抗拉强度，产生开裂。采用C20～C35的混凝土，避免设计上"强度越高越好"的错误概念。考虑到建设周期长的特点，在保证有足够强度、满足使用要求的前提下，可以利用混凝土60d或90d的后期强度，这样可以减少混凝土中的水泥用量，以降低混凝土浇筑块体的温度升高。

2）在工程结构设计中要特别注意降低结构的约束度。对于混凝土中钢筋保护层的厚度应当尽量取较小值，因为保护层的厚度愈大愈容易发生裂缝。

3）为满足混凝土设计强度、抗渗性、耐久性等要求及施工和易性的需要，应进行混凝土施工配合比优选试验。混凝土施工配合比选择应经综合分析比较，合理地降低水泥用量。该工程全部使用搅拌站集中配置混凝土，采用泵送工艺浇筑施工。根据施工技术要求，混凝土出机时坍落度在200mm 以上，浇筑现场实测170～180 mm，流动性良好，很好地满足了泵送工艺要求。

4）大体积混凝土基础除应满足承载力和构造要求外，还应增配承受水泥水化热引起的温度应力及控制裂缝开展的钢筋，以构造钢筋来控制裂缝，配筋应尽可能采用小直径、小间距。

3.2 人员措施

管理人员、施工人员、后勤人员等昼夜排班，坚守岗位，各负其责，保证混凝土的连续浇灌。

3.3 机械配备

采用4辆罐车和2台泵车泵送混凝土，并采用两班制，确保混凝土浇灌的连续性。泵车布置及混凝土浇筑顺序应事先经过周密布置。

3.4 原材料的选择

精选混凝土原材料、优化混凝土的配合比的目的是使混凝土具有较大的抗裂能力，即要求混凝土的绝热温升较小，抗拉强度较大，极限拉伸变形较大，线膨胀系数较小。

1）大体积混凝土中水泥的品种及用量

大体积混凝土应该选择低热或者中热的水泥品种。在大体积混凝土施工中应尽量使用矿渣硅酸盐水泥、火山灰水泥。在本工程中，使用的是低水化热的复合硅酸盐水泥。

2）掺加外加料和外加剂

外加剂选择应根据混凝土性能要求、施工需要，并结合工程选定的混凝土原材料进行适应性试验，经可靠性论证和技术经济比较后，选择合适的外加剂种类和掺量。本工程采用“双掺”工艺，掺入粉煤灰和缓凝减水剂，减少水泥用量，配制溶液时应称量准确，并搅拌均匀。

3）大体积混凝土的骨料控制

在骨料的选择上应该选取粒径大、强度高、级配好的骨料。这样可以获得较小的空隙率及表面积，从而减少水泥的用量，降低水化热，减少干缩，减小混凝土裂缝的开展。

4）砂

细度模数为M＝3.0的中粗砂，含泥量2.8%，级配良好，不允许含有黏土团粒。

5）石子

为配合泵送，石子采用5～25mm 的卵石，含泥量小于1%，针片状小于15%。

3.5 施工方法措施

混凝土浇筑前，保证仓内无杂物，模板、钢筋、预埋件符合规范要求，并做好验收自检工作。

1）注意事项

混凝土浇筑过程中，严禁在仓内加水。应避免外来水进入仓内，严禁在模板上开孔赶水，带走灰浆；应随时清除粘附在模板、钢筋和预埋件表面的砂浆。浇筑时，应派专人观察模板、支架、钢筋、插筋的情况，防止模板位移、变形，确保混凝土的施工质量，做到内实外光。

2）混凝土浇筑方法

此次混凝土浇筑总方量为7 528m3，分为4个区进行浇筑，其中2个大区分别为2 300m3，2个小区分别为1 464m3。采用的浇筑方法：大面积分层浇捣方法，分层厚度为0.5m。浇筑顺序：先浇筑小区，再浇筑对角的大区，然后再浇筑小区，再浇筑最后一个大区。这样浇筑是因为刚开始浇筑时钢筋支撑在小区受力较为有利。当这2个区浇筑完成后，整个面积的钢筋支撑就越来越安全了，可以满足在浇筑第2层混凝土时第1层混凝土没有达到初凝的状态。

3）计算

单个泵车浇筑速度为40 m3／h，共2 个泵车。大区面积为730m3，小区面积为525m3，每层分层厚度定为δ＝50cm。大区浇筑1层的时间为730×0.5／（40×2）≈4.6h＜6h。小区浇筑1 层的时间为525×0.5／（40×2）≈3.3h＜6h。

4）振捣

振捣采用插入式振捣器，要做到“快插慢拔”，掌握好振捣时间，插点要均匀排列，插点间距和振捣时间应按施工规范要求执行。混凝土撑柱、止水、施工过程中抛置的块石等周围和预埋件下面应加强振捣，同时进行二次复振，且振捣上层混凝土时振动棒插入下层已浇筑混凝土表面50mm 以上，以利于散热和保持混凝土的整体性及密实性，减少混凝土内部微裂缝。经测试加强振捣后混凝土试块3d抗压强度可达到80%。

4 优化大体积混凝土浇筑施工工艺

4.1 混凝土浇筑速度控制

由于混凝土初凝时间较长，又是2个泵车同时浇筑，如果浇筑速度过快，混凝土的升温速度就快，而混凝土强度上升较慢，则会对模板造成过大的侧压力，所以一定要控制混凝土浇筑速度，使其不能过快。根据实际情况，规定如下浇筑速度，浇筑开始时速度为80m3／h；浇筑中后期速度为40m3／h（1个泵车）；浇筑结束时速度为25m3／h。实践证明，这样的浇筑速度和浇筑方法满足了在浇筑第2层混凝土时第1层混凝土没有达到初凝的状态，并对模板没有造成过大的侧压力。混凝土浇筑至设计标高后应用刮杆刮平，用木抹子将表面搓平，及时排走表面的泌水，在混凝土初凝前应复查顶标高，若收缩量大，应补浇混凝土。在初凝前用铁抹子抹压2遍，以闭合表面裂缝。如混凝土表面浮浆过多时，应在混凝土表层洒5～8mm 的碎石，用木抹子拍入表层浆内。

4.2 布置冷却管

在浇筑前预先在混凝土模内按1.0 m 层距布设降温冷却水管，待每层循环水管被混凝土覆盖后进行该层水管通水，使混凝土内部温度降低。埋设测温管，及时观察和掌握混凝土内外温差，以便采取相应的措施防止温度裂缝。

4.3 混凝土的冬季养护

混凝土的冬季养护主要是为了保证混凝土的表面温度。为确保大体积混凝土的质量，做好混凝土的保温保湿养护，主要通过覆盖塑料布、草袋及棉被的方法。通过在混凝土上方搭盖保温棚，以及表面蓄水、喷洒养护液形成保湿膜或直接洒水养护等，降低混凝土内外温差，慢降温，发挥徐变特性，减少温度应力。混凝土终凝后，在其基础表面及模板侧面覆盖草袋及棉被保温。采取长时间的养护，规定合理的拆模时间，延缓降温的时间和速度。拆模时间不可过早，以避免混凝土基础侧面温度变化过快，如果温度降落梯度过陡，而此时混凝土的强度较低，极限抗拉伸强度较小，容易形成温度裂缝。所以，施工中应注意拆模时间的合理选择。

4.4 大体积混凝土基础拆模

大体积混凝土基础拆模，除应满足混凝土结构强度要求外，还考虑温度裂缝的可能性，且混凝土中心温度与表面温度之差应小于20 ℃方可拆除模板和保温层。混凝土拆模后，应检查其外观质量。有混凝土裂缝、蜂窝、麻面和模板走样等质量问题或事故时应及时检查和处理。对混凝土强度或内部质量有怀疑时，可采取无损检测法（如回弹法、超声回弹综合法等）或钻孔取芯、压水试验等进行检查。

4.5 温控监测措施

1）大体积混凝土施工应建立和健全温控管理和保证体系，并根据工程规模和质量控制及管理的需要，配备相应的技术人员和必要的检验、试验设备，建立健全必要的技术管理与温控制度。

2）在混凝土浇筑过程中应进行混凝土浇筑温度的监测。安排专人测定混凝土入仓温度、坍落度，并留置规定的试压块组数。采用电子测温法，在混凝土内埋设5组电子测温线进行测温，控制混凝土的内外温差在20 ℃以内，当混凝土内外温差小于10℃时停止测温。在养护期间，定人、定时测定混凝土温度，在混凝土浇筑后的前3d每2h测1次温度，4～7d每4h测1次，以后每8h测1次，同时测大气温度，做好温度记录。

4.6 热工计算

砼施工配合比详见表1。

表1 砼施工配合比Fig.1 Mix proportion of concrete（kg·m－3）

砂、石含水率分别为4%，2%。砼拌制时，大气平均温度为－5 ℃，水泥平均温度为5 ℃，砂平均温度为3 ℃，石子平均温度为0 ℃，搅拌机温度为5℃，水温为60℃，砼运转次数为1次，砼运输至成型时间为0.5h，灌车运输，两辆泵车泵入模板。

砼拌合物温度：

其中：T0为混凝土拌合物温度，℃；mw，mce，msa，mg为水、水泥、砂、石用量，kg；Tw，Tce，Tsa，Tg为水、水泥、砂、石的温度，℃；wsa，wg为砂、石的含水率，%；c1，c2为水的比热容，kJ／（kg·K）及溶解热，kJ／kg。

当骨料温度＞0 ℃时，c1＝4.2，c2＝0；当骨料温度≤0℃时，c1＝2.1，c2＝335。经计算得T0＝14.8℃。

混凝土拌合物的出机温度可按下式计算：

式中：T1为砼拌合物出机温度，℃；Ti为搅拌机内温度，℃。经计算得T1为13.2 ℃。

混凝土拌合物经运输到浇筑时的温度：

式中：T2为混凝土拌合物经运输到浇筑时的温度，℃；Tt为混凝土拌合物的转运次数；Ta为混凝土拌合物运输时的环境温差；α为温度损失系数，h－1，取α＝0.25。

经计算得T2＝11.7 ℃，符合冬季施工混凝土拌合物入模温度要求。

4.7 对测温结果的分析

混凝土表面温度在第3天升至最高63℃，混凝土下部温度在第4天升至最高71℃，混凝土中部温度 在第5 天 升 至 最 高64 ℃。从 第4 天、第5 天 开始，混凝土本体温度逐渐下降，趋于稳定。表面温度和内部温度最大温差值达到20 ℃，小于规定的25 ℃。

4.8 其他措施

根据外界气温情况，除进行混凝土浇筑温度的监测外，还应采取下列措施。

1）气温低时骨料采取加温措施，控制混凝土的入模温度。

2）混凝土浇筑时间随季节不同，采取的保温措施也应有所区别。本工程处于开春季节，气温还比较低，混凝土表面应加强保温措施，以提高混凝土外部温度，降低混凝土内外温差。

3）现场保温棚设置中，整个锅炉基础用彩条布围护，保证基座四周及顶部封堵严实、无缝隙，通道处设一活动门帘。彩条布围护应设专用架子，尽量和现有汽机架子分离。架子上设走道，用脚手板铺好，以便人员行走方便。

4）棚内温度控制中，在棚内四周梁侧高度每隔0.5m 上下双层各设碘钨灯1个，确保浇筑前棚内温度不低于5℃，并在基座12.5m 层梁底四周设若干个碘钨灯。一方面隔离了外界冷空气对棚内空气的影响，一方面将棚内温度尽量保持在恒温状态。

5 结 语

虽然大体积混凝土很容易产生裂缝，但是经过以上方法的运用，坚持预防为主，采用温控施工技术，并在施工中多观察、多比较，出现问题后多分析、多总结，大体积混凝土的裂缝问题是完全可以控制和避免的。

／References：

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