大体积混凝土裂缝施工控制

张洪波 顾 锐

1. 淮阴师范学院城市与环境学院 淮安 223300；2. 淮阴师范学院后勤集团 淮安 223300

1 工程概况

某医院直线加速器机房位于地下室1层，其平面尺寸为24.93 m×11.95 m，高6.26 m，墙体最大厚度为2.7 m，顶板最大厚度为2.8 m。属于大体积混凝土。采用混凝土强度等级为C45，抗渗等级P8。

2 大体积混凝土裂缝成因及温度裂缝形式[1-3]

混凝土裂缝产生的原因包括荷载作用、温度作用、干湿作用、基础位移。其中温度作用是大体积混凝土裂缝产生的主要原因。

对于大体积混凝土，其外部的水化热量散失较快，而积聚在结构内部的水化热则不易散失，造成混凝土各部位之间的温度差和温度应力，温度应力和温度差成正比。当这种温度应力超过混凝土的内外约束应力（包括混凝土抗拉强度） 时，就会产生温度裂缝。

大体积混凝土产生温度裂缝主要有以下2 个原因：

（a）大体积混凝土中的水泥所产生的水化热引起的温度差；

（b）内部约束及外部约束。

温度裂缝分为2 种形式：

（a）表面裂缝。大体积混凝土浇筑初期（即温度上升阶段），水泥水化产生大量水化热，形成外低内高的温差，这种温差会使大体积混凝土内部温度分布不均匀，引起质点发生的变形不一致，从而产生内约束。大体积混凝土中心由于温度较高，所产生的热膨胀也较表面大，因而在混凝土中心产生压应力，而表面则产生拉应力。当表面拉应力超过混凝土的抗拉强度时，就会在大体积混凝土的外表面产生裂缝，这种裂缝比较分散，裂缝的宽度和深度也很小，称为表面裂缝。

（b）贯穿裂缝。大体积混凝土浇筑后数日，水泥水化热基本已释放，大体积混凝土会从最高温度开始逐渐降温，降温的结果会引起混凝土的收缩，同时混凝土中多余水分也随之蒸发，这样就会引起混凝土体积出现不同程度的收缩。而地基、其他结构往往会对大体积混凝土进行约束，让其不能自由变形，在这种外部约束的作用下，混凝土的内外温差就会产生温度应力。这种温度应力一般是拉应力，当该温度应力超过混凝土的抗拉强度时，就会从约束面开始向上出现开裂，从而形成温度裂缝。若温度应力足够大，裂缝会连续产生，甚至会贯穿整个截面，形成贯穿裂缝。

3 裂缝控制的主要技术措施[4-8]

3.1 原材料与配合比设计

（a）选择P.S 42.5水泥。对于体积较大的结构，应优先选择中热水泥甚至低热水泥。再有，可充分利用混凝土后期强度，以减少水泥用量。

（b）掺入18%粉煤灰。在保证强度指标的情况下，采用粉煤灰取代部分水泥，能显著降低水泥用量。虽然粉煤灰作为活性材料也会释放水化热，但它放出的水化热较低，且升温速度慢，因而能起到降低水化热和延长温升时间的作用。同时还可减少砂子对混凝土的泌水的作用，并改善细骨料的级配。

（c）掺加JM-III改进型混凝土高效增强剂。JM-III改进型（抗裂、防渗）混凝土高效增强剂，可以改善混凝土拌合物的流动性、黏聚性和保水性。具有减水率大、膨胀性能好、高效缓凝等特点，在降低用水量和提高强度的同时，还可以降低水化热，推迟热峰的出现时间，从而减少温度裂缝。

（d）掺入少量的抗裂纤维。在大体积混凝土中掺入抗裂纤维后，可在混凝土内部形成一种均匀分布支撑体系，延缓和阻止早期混凝土塑性裂缝的发生和发展；同时混凝土内部的微裂缝在发展过程中必然遭遇到纤维的阻挡，消耗了能量，纤维还可以降低微裂缝尖端应力集中，防止微裂缝进一步发展，达到了抗裂作用；再者，纤维在混凝土中的分散极好，经特殊的生产工艺和纤维表面处理技术，可有效地提高与基料的握裹力，每立方米内的数千万根纤维呈三维乱向分布于混凝土中，在混凝土中起到一种纯物理的加筋作用。

（e）混凝土配合比。本工程采用泵送混凝土，工程要求混凝土强度等级为C45，抗渗标号为P8，且具有良好的和易性、流动性（坍落度为10～14 cm）。经试验优化设计，其质量配合比为：水∶水泥∶砂子∶碎石∶JM-III∶纤维∶粉煤灰=170∶380∶680∶1 090∶31∶0.6∶70。

3.2 施工与养护

3.2.1 施工过程中裂缝控制措施

（a）直线加速器部位因施工进度安排在7月下旬施工，时逢高温季节，为控制混凝土的入模温度，较大部分工作量在气温相对较低的夜晚施工。

（b）墙体与顶板混凝土整体连续一次性浇筑，浇筑时先竖向后水平构件，中间不设置施工缝。

（c）墙体混凝土浇筑前底部先灌入少量同混凝土配比的水泥砂浆进行接浆。墙体混凝土采用分层浇筑的施工工艺，目的在于放松约束程度，减小温度梯度，避免温度裂缝的出现。每层浇筑高度不大于50 cm，沿墙体循环均匀布料，不得超厚，同时浇筑速度控制在1 m/h以内。

（d）墙体混凝土浇筑到顶后，为确保墙体混凝土有足够的沉降量，控制顶板混凝土开始浇筑时间在墙体混凝土的终凝前1 h内；顶板混凝土浇筑利用混凝土自然流淌形成的斜坡进行分层，采用“定点下料、一个坡度、薄层浇筑、循序渐进”的浇筑方法，混凝土自然流淌坡度控制在1∶6～1∶10。在坡顶、坡中、坡脚处布置3 道振捣棒，振捣棒插入下层混凝土至少5 cm，以便上下层混凝土充分咬合形成整体，对钢筋密集处加强振捣， 排除混凝土因泌水在粗骨料、水平钢筋下部生成的水分和空隙，提高混凝土与钢筋的握裹力，防止因混凝土沉落而出现的裂缝，减少混凝土内部微裂，增加混凝土的密实度，从而提高其抗裂性。

（e）顶板混凝土浇筑完毕后在初凝前1～2 h，先用平板振捣器振捣，再用长刮杠按标高找平，在终凝前用铁滚筒碾压数遍，待表面收水后，再用木抹搓平，以闭合收缩所致的裂缝，保证顶板混凝土的质量。

3.2.2 养护过程中裂缝控制措施

（a）在墙板外侧面挂上3 层塑料薄膜和2 层草帘的覆盖。要求在控制内表温差的前提下，尽可能推迟保温层开始覆盖的时间，因为过早进行保暖，势必增加混凝土的最高温升，对减少外约束应力不利。混凝土保温时间最好安排在混凝土接近或达最高温升时进行。

（b）待顶板混凝土表面可以上人，现场以人踩无脚印为准。采用黏土标准砖砌筑1/2砖、高20 cm蓄水池，并用1∶2水泥砂浆粉刷。蓄水深15～20 cm，利用水具有一定的隔热保温效果使混凝土在预定时间内具有一定的抗裂强度，从而达到控制裂缝目的。

（c）采取14 d以上长时间的养护，延缓降温时间和速度，充分发挥混凝土应力松弛效应。

3.3 温度监控

3.3.1 监控设备

采用JDC-2 型建筑电子测温仪。混凝土浇筑前将传感器的测温线按照竖向测温点所需距离固定在相应位置的钢筋上，其中要严格控制标高；测温线温度传感器与钢筋之间做好隔热处理，可垫塑料垫块予以隔热，绑扎牢固；测温线插头露出混凝土表面30 cm左右，并用塑料袋包裹好待用；测温时将插头插入电子测温仪插座中，读取温度数据并及时记录即可。

3.3.2 测点布置

测点布置须具有代表性，能全面反映大体积混凝土内各部位的温度，从大体积混凝土断面全高度考虑，应包括底面、中心和上表面，从平面考虑应包括中部和边角区。选取墙体厚2.7 m部分及顶板厚2.8 m部分作重点监控。

具体测点布置如下：墙顶下10 cm、H/4、H/2（H为墙高）和顶板的板顶下10 cm、h/2（h为顶板高）、板底上10 cm处。

3.3.3 监控制度

混凝土入模后即由专人观测，频次先密后疏，确保温度测值的连续性并测得最大值和最小值。正式观测从混凝土入模后开始，5 d内每2 h进行1 次，14 d内每4 h进行1 次，28 d内每8 h进行1 次，总的观测时间为28 d。

4 结语

（a）通过选择合适的原材料、优化配合比设计，可以减少混凝土水化热，降低混凝土的综合温差，减少混凝土的降温冷缩。

（b）大体积混凝土施工技术复杂，施工前应结合大体积混凝土施工的特点和难点进行有针对性地编制详细的技术措施，经业主、设计、监理、行业专家等严密论证后，按技术要求精密组织施工。

（c）在大体混凝土施工中，蓄水养护确保了混凝土水化所需的最佳湿度，可有效减少内外温差，并可充分发挥水泥水化作用和混凝土强度潜在能力。

（d）该工程经过几年的使用及现场观测，未出现有害裂缝，说明上述技术措施是可行的，对类似工程有一定的借鉴作用。