混凝土的裂缝分析与控制案例

徐 明

（江苏省宏源电力建设监理有限公司， 江苏 南京 210024）

混凝土的裂缝分析与控制案例

徐 明

（江苏省宏源电力建设监理有限公司， 江苏 南京 210024）

摘 要：通过一地下构筑物大体积混凝土浇筑后出现表面裂缝的实例，从设计、混凝土配合比及原材料、施工、养护及温度控制等方面对混凝土裂缝产生原因进行了全面的综合分析，并提出了相应的预防控制措施。

关键词：大体积混凝土；混凝土裂缝；水化热；原因分析；措施

在电力工程以及化工、钢铁等大中型建设项目中，许多建筑物基础、大型设备基础、现浇的连续墙式结构、地下构筑物等都是大体积混凝土结构，而在大体积混凝土工程施工中，经常由于水泥水化热引起混凝土内部温度和温度应力剧烈变化，而导致混凝土产生裂缝。在混凝土结构中，出现不同程度、不同形式的裂缝，是相当普遍的现象，而且结构物的裂缝也是不可避免的，但如何控制工程结构裂缝，尽量避免出现贯穿性及纵深裂缝，防止有害裂缝，则是建筑工程中的技术难题，特别是对比较重要的建构筑物将显得尤为重要。在某电站工程建设中，承包商精心组织，精心施工，质量控制严格，但在冷却水泵房挡流墙区域施工后还是出现裂缝，经过观测，虽然都为表面裂缝，但我们还是组织承包商、业主、试验室等部门对裂缝产生原因进行了探讨分析，并采取了相应的控制措施，以期有效控制混凝土裂缝的产生。

1 施工概况

该项目为国外设计，冷却水泵房大部分属于地下结构，挡流墙位于基础底板上，是泵房两进水口之间的钢筋混凝土墙，平面尺寸为 20.80 m×11.53 m，高 6.74 m，标高为 -14.7 m～-8.00 m，混凝土强度等级为 B30(相当于中国 C30)，抗渗等级为 W10，要求采用抗硫酸盐水泥。

承包商根据工程特点以及施工能力，将此区域分为三层施工，高度分别为 2.44 m，2.44 m 及 1.86 m。施工采用大模板，高度为 2.44 m。第一层混凝土标高为-14.74 m～-12.30 m，体积为 489 m3。在区域的中部及边缘部位埋设两组测温点，每组分别在上部、中部、下部三个不同高度处设三个测点，另外，在混凝土表面、侧面保温层内、保温层外各设 1 个测点。整个测温采用 ICS-01 循回测温仪。本区域混凝土 5月份施工，混凝土由搅拌站统一生产供应，并采用两台泵车泵送，混凝土入模温度最高为 24.6℃，混凝土浇筑采用斜面分层法浇筑。混凝土终凝后，表面覆盖两层草帘、一层塑料薄膜，侧面挂一层草帘进行保温保湿养护。

混凝土浇筑后，即进行测温，从测温记录观察，混凝土核心最高温度 75℃，混凝土内外温度未超过 25℃(理论计算核心温度 67.5℃，降温递度前 14 d 控制在 3℃/d 以内，14 d 后控制在 1.5℃/d 以内)。实测降温速度见表 1。

表 1 截面中心降温记录

2 裂缝情况

在掀开混凝土表面养护层及侧面模板拆除后，发现表面与侧面产生裂缝，表面有 3 条分布比较均匀的通长横向裂缝，端部 1 条 6 m 长的纵向裂缝，侧面出现相应于横向裂缝位置的竖向裂缝。裂缝的宽度、深度如表 2 所示，其中 1# 及2# 为表面纵向裂缝，3# 及 4#、5# 及 6#、7# 及 8# 为表面横向裂缝，9# 及 10#、11# 为侧面裂缝。通过分析，考虑该结构所处环境，保护层厚度满足设计要求，钢筋混凝土裂缝宽度未超过 0.4 mm，确定该区域裂缝为表面裂缝，侧面裂缝做封闭处理，表面裂缝凿 V 形槽后与上层混凝土一起浇筑处理。

表 2 裂缝的宽度和深度

3 裂缝原因分析及控制措施

混凝土裂缝在施工中是一种常见的质量通病，而大体积混凝土更容易产生裂缝，混凝土结构所出现的裂缝，有的破坏结构的整体性，影响结构的承载能力；有的虽对结构无多大影响，但会引起钢筋锈蚀，降低结构物的耐久性，或发生渗漏，影响建筑物正常使用；另外，裂缝的存在影响建筑物的外观，给使用者不安全的感觉。

混凝土产生裂缝的原因很多，有材料自身的因素，也有外部环境作用的因素。而裂缝产生大部分直接原因主要是温度收缩，这是内因，而内因是由施工多环节的外因而引起的，针对本工程大体积混凝土出现的裂缝，结合项目具体情况，将从设计、配合比及原材料、施工、养护及温控等方面进行综合分析。

3.1 设计方面

3.1.1 原因分析

该工程由国外设计，设计的方式内容特别是构造要求都与国内有所差别。地下结构大体积混凝土的最佳构造配筋率为 0.5％，因为合理的配筋可提高结构的抗裂性，但设计中该区域构造配筋较少，只有外侧及表面为ф16@200×200 mm的双向配筋。施工图中设计保护层为 80 mm，实际施工中部分位置达到 90 mm 左右，导致表面及侧面形成较厚素混凝土层，受到温度应力后，容易产生裂缝。而挡流墙位于基础底板上，受到约束较大，温度应力也很难消散。

3.1.2 控制措施

由于部分设计已无法修改，中方已与外方设计代表就中外规范差别进行了商讨，由设计后援院对外方设计图纸进行审查，并制定了施工构造要求，尽量使设计图纸在施工中满足中国规范要求。

由于无法更改设计的情况下，在施工分区表面较薄弱钢筋较少的部位加设φ12@200×200 mm 双向温度筋。并且严格控制保护层厚度，在裂缝敏感部位，根据需要可在外侧加设钢筋网片。

3.2 配合比及原材料方面

3.2.1 原因分析

该项目 B30W10 配合比设计见表 3，其中小碎石粒径为 5 mm～20 mm，大碎石粒径为 16 mm～31.5 mm，水泥为525# 抗硫酸盐水泥。经统计，5 组混凝土试块抗压强度平均值为 49.08 MPa，而国外标准的 B30 混凝土平均强度应达到38.56 MPa(中国标准 C30 统计强度值达到 38.96 MPa)，实际强度大大超过标准统计强度值。我国的规范中规定大体积混凝土在保证混凝土强度及坍落度要求的前提下，应提高掺合料及骨料的含量，以降低单方混凝土的水泥用量。所以可以认为，该大体积混凝土配合比中骨料含量偏少，水泥标号偏高，用量偏大，导致水化热必然增加，这是裂缝产生的重要原因之一。

表 3 混凝土配合比

原材料主要从水泥和粗细骨料上分析。

施工中采用的粗细骨料主要来源于现场就地机制加工，砂石中石粉含量较多。因在其他类似工程中也有使用，所以要求砂石含泥量(包括石粉量)不超过 6％。尽管这些石屑粒径较小，但这部分石屑的内比表面积远大于粉煤灰的内比表面积，虽对混凝土强度无影响，但掺合料内比表面积越大，混凝土的干缩也就越大。

3.2.2 控制措施

由于工程的特点，在配合比设计上，采用了较大的安全系数。但也意识到，在保证强度的前提下，也应考虑大体积混凝土抗裂问题。目前试验室及承包商等部门正在进行国外与中国规范在配合比设计、混凝土强度试验方法及强度检验评定标准等方面的比较，以分区段调整配合比，减少大体积混凝土中水泥用量，满足现场大体积混凝土施工的需要。

通过对现场两种水泥进行比较，普通硅酸盐水泥的各项物理力学性能指标和矿物质组成均能达到抗硫酸盐水泥的技术指标，而且水泥水化热源值较低(普通硅酸盐水泥 7 d 水化热原值平均为 229 kj/kg，抗硫酸盐水泥的 7 d 水化热源值平均为 264 kj/kg)，而大体积混凝土中应尽量选用低水化热水泥，7 d 水化热源值不宜大于 250 kj/kg。所以后续施工大体积混凝土中已用较低的 52.5 普通硅酸盐水泥代替抗硫酸盐水泥，以减少混凝土的水化热。

严格控制大体积混凝土施工用的粗细骨料含泥量，必要时用水冲洗，保证砂石中含泥量满足规范要求。

3.3 施工方面

3.3.1 原因分析

承包商根据经验，将此区域按大模板的高度分为三层施工。但从实际情况分析，平面尺寸应该不算大，但高度2.44 m 偏大。混凝土核心温度较高，而表面散热系数相对较小，水化热消散也就较慢。

2.1 三组患者手术相关指标的比较 三组患者手术时间、术中出血量、手术费用比较差异有统计学意义(P<0.01)。其中，鼻窦开放组和上颌窦根治组手术时间长于球囊扩张组(P<0.01)，术中出血量大于球囊扩张组(P<0.01)，手术费用低于球囊扩张组(P<0.01)。见表1。

为满足泵送要求，混凝土水灰比、坍落度较大，且骨料比较细，又不是连续级配，施工中又采用大模板，因此在振捣过程中，混凝土流动性较大，粗骨料容易下沉，而水及细骨料留置于侧面及上表面，使侧面及上表面混凝土强度比较薄弱，而且混凝土保护层又较大，钢筋少，这部分混凝土受到温度应力，更易产生表面裂缝。

由于受设备选型的影响，承包商施工未用布料机，而是采用管道泵送混凝土，出料口用软管连接，浇筑时采用斜面分层逐步推进法，也就不容易控制混凝土上下层之间的水化热散发.

3.3.2 控制措施

对于大体积混凝土分块，理论上没有明确的界限(规范上只要求分隔缝不超过 30 m)，因为分块越多，形成的施工缝也就越多，对混凝土抗渗、抗震也不利，给施工也带来困难。承包商对此重新进行了分区，平面尺寸不变，只沿高度方向分为 1.7 m、1.7 m 、1.7 m 及 1.64 m。在其他项目中，原则上规定大体积混凝土分块尺寸长宽不宜大于 20 m，高度不宜大于 1.8 m 。

操作人员在进行混凝土振捣过程中要严格按照规范进行，不能欠振，也不能过振，出现泌水现象时，要及时清除表面积水。混凝土浇筑后 4 h～6 h 内可能在表面上出现塑性裂缝，可采用二次压光或二次浇灌层处理，表面混凝土终凝前用铁滚压实并打毛，使表面混凝土密实，就不易出现收缩裂缝。

在设备方面，其他区域已考虑采用布料机，在继续采用管道泵送混凝土的区域，要求加强混凝土振捣顺序和振捣工艺。

3.4 养护及温度控制方面

3.4.1 原因分析

承包商在混凝土浇筑完后，及时进行了养护，能够满足保温要求，但表面定期洒水润湿措施不力，侧面模板也一直未拆，养护水无法进入侧面混凝土，使混凝土表面容易产生干缩裂缝。

在温度控制方面，一般认为混凝土内外温差不超过25℃，保温就达到要求，但忽略了散热，在实际情况中必须根据测温记录，在保证温差不超过 25℃ 和降温速度的条件下，定期加减混凝土表面的覆盖物，才能使混凝土内部的水化热及早散发。

3.4.2 控制措施

混凝土浇筑完后，立即进行覆盖养护，在保温的同时，应做好混凝土表面的湿润，混凝土终凝后，将外模脱开一缝隙，以便养护水进入，浇水量以表面完全湿润为宜。

施工技术人员应经常检查测温记录，保温养护措施应能满足混凝土浇筑块体的里外温差和降温速度的温控指标要求，同时也要根据混凝土表面温度与环境温度的差值及降温速度来控制覆盖物的厚度。

4 结 语

以上只是就混凝土施工过程中出现裂缝最直观的原因进行了分析，可见混凝土裂缝的产生是多种综合因素的结果。在实际施工中我们应该根据工程的不同特点、不同条件，在施工前、施工中和施工后，采取相应的预控措施，妥善处理温差的变化，正确合理地减少或消除温度变化引起的应力，把混凝土裂缝开展控制到最小程度，或者不出现裂缝。

中图分类号：TU712

文献标识码：B

文章编号：1007-4104(2014)09-0075-03

收稿日期：2014-05-13

作者简介：徐 明(1967—)，男，高级工程师。

通信地址：江苏省南京市北京西路22号 江苏省宏源电力建设监理有限公司。