探析大体积混凝土施工裂缝的控制

朱宾

【摘 要】随着中国经济的迅猛发展，掀起建设高潮，大体积混凝土在各类构筑中被广泛应用，混凝土浇筑中的裂缝控制是长期困扰人们的一个难题，本文通过对工程施工中大体积混凝土施工裂缝问题产生原因进行分析，提出了降低混凝土温度应力、防止混凝土产生裂缝的施工控制措施，以及在构造设计、施工技术及材料上对大体积混凝土应采取的防裂措施，供大家参考。

【关键词】大体积混凝土；水化热；施工措施；裂缝；控制

一、大体积混凝土裂缝产生的主要原因

大体积混凝土结构裂缝的发生是由多种因素引起的，各类裂缝产生的主要影响因素如下：

1、水泥水化热

水泥在水化过程中要释放出一定的热量，一般每克水泥可以放出500J左右的热量，如果以水泥用量350kg/m3～550kg/m?来计算，每立方米混凝土将释放出17500KJ～27500的热量，从而使混凝土内部温度升高（可达70℃左右，甚至更高），而大体积混凝土结构断面较厚，表面系数相对较小，所以水泥发生的热量聚集在结构内部不易散失，这样混凝土内部的水化热无法及时散发出去，以至于越积越高，使内外温差增大；单位时间混凝土释放的水泥水化热，与混凝土单位体积中水泥用量和水泥品种有关，并随混凝土的龄期而增长，由于混凝土结构表面可以自然散热，实际上内部的最高温度，多数发生在浇筑后的最初3～5天。

2、外界气温变化

大体积混凝土在施工阶段，它的浇筑温度随着外界气温变化而变化。大体积混凝土结构在施工期间，混凝土内部的温度是由浇筑温度、水泥水化热的绝热温度和结构的散热温度等各种温度叠加之和组成。浇筑温度与外界气温有着直接关系，外界气温愈高，混凝土的浇筑温度也就会愈高；如果外界温度降低则又会增加大体积混凝土的内外温差梯度。如果外界温度的下降过快，会造成很大的温度应力，极其容易引发混凝土的开裂。另外外界的湿度对混凝土的裂缝也有很大的影响，外界的湿度降低会加速混凝土的干缩，也会导致混凝土裂缝的产生。

3、混凝土的收缩

混凝土在空气中硬结时体积减小的现象称为混凝土收缩，混凝土收缩的主要原因是内部水蒸发引起混凝土收缩，混凝土在不受外力的情况下的这种自发变形，受到外部约束时（支撑条件、钢筋等），将在混凝土中产生拉应力，使得混凝土开裂。引起混凝土的裂缝主要有塑性收缩、干燥收缩和温度收缩等三种。在硬化初期主要是水泥石在水化凝固结硬过程中产生的体积变化，后期主要是混凝土内部自由水分蒸发而引起的干缩变形。

二、控制大体积混凝土裂缝的防治措施

1、裂缝控制的设计措施

1.1、大体积混凝土的强度等级宜在C20～C35范围内选用，混凝土设计强度过高，水泥用量过大，必然造成混凝土水化热过高，采用C20～C35的混凝土，避免设计上“强度越高越好”的错误概念，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。

1.2、混凝土配合比应提高试配确定。按照国家现行《混凝土结构工程施工及验收规范》、《普通混凝土配合比设计规程》及《粉煤灰混凝土应用技术规范》中的有关技术要求进行设计。

1.3、大体积混凝土设计过程中，应对施工阶段大体积混凝土浇筑块体的温度、温度应力及收缩力进行验算，确定施工阶段大体积混凝土浇筑块体的升温峰值、内外温差（不超过25℃），降温速度（不超过1.5℃/d）的控制指标，制订温控施工的技术措施。

1.4、大体积混凝土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，配筋應尽可能采用小直径、小间距。采用直径8～14mm的钢筋和100～150mm间距足比较合理的，横截面的配筋率应在0.3%～0.5%之间，在混凝土表面增设金属扩张网等措施，有效地提高混凝土抗裂性能。

1.5、避免结构突变（或断而突变）产生应力集中。转角和孔洞处增设构造加强筋。

1.6、以预防为主。在设计阶段就应考虑到可能漏水的内排水措施，以及施工后的经济可靠的堵漏方法。

2、裂缝控制的材料措施

2.1、考虑普通水泥水化热较高，特别是应用到大体积混凝土中，大量水泥水化热不易散发，在混凝土内部温度过高，与混凝土表面产生较大的温度差，使混凝土内部产生压应力，表面产生拉应力形成裂缝，因此确定采用水化热较低的矿渣硅酸盐水泥；通过降低水泥用量的方法来降低混凝土的绝对温升值，可以使混凝土浇筑后的内外温差和降温速度控制的难度降低，也可降低保温养护的费用，一般水泥用量最好不超过380kg/m。

2.2、粗骨料方面采用碎石，粒径5～25毫米，含泥量不大于1%，选用粒径较大、级配良好的石子配制的混凝土，和易性较好，抗压强度较高，同时可以减少用水量及水泥用量，从而使水泥水化热减少，降低混凝土温升；细骨料采用中砂，平均粒径大于0.5毫米，含泥量不大于5%，选用平均粒径较大的中、粗砂拌制的混凝土比采用细砂拌制的混凝土可减少用水量10%左右，同时相应减少水泥用量，使水泥水化热减少，降低混凝土温升，并可减少混凝土收缩。

2.3、掺合料及外加剂的使用，国内当前用的掺合料主要是粉煤灰，可以提高混凝土的和易性，大大改善混凝土工作性能和可靠性，同时可代替水泥，降低水化热，掺加量为水泥用量的15%，降低水化热15%左右；外加剂主要是指减水剂、缓凝剂和膨胀剂，混凝土中掺入水泥重量0.25%的木钙减水剂，不仅使混凝土工作性能有了明显的改善，同时又减少10%拌和用水，节约10%左右的水泥，从而降低了水化热；一般泵送混凝土为了延缓凝结时间，要加缓凝剂，反之凝结时间过早，将影响混凝土浇筑面的粘结，易出现层间缝隙，使混凝土防水、抗裂和整体强度下降，为了防止混凝土的初始裂缝，掺加膨胀剂。

3、裂缝控制的施工措施

3.1、混凝土浇筑过程中采用延缓温差梯度和降温梯度的措施，在浇筑前经详细计算安排分块、分层浇筑次序、流向、浇筑厚度、宽度、长度、前后浇筑的搭接时间；浇筑过程中不得留施工缝，混凝土的摊铺厚度应根据所用振捣器的作用深度及混凝土的和易性确定，当采用泵送混凝土时，混凝土的摊铺厚度不大于600mm；当采用非泵送混凝土时，混凝土的摊铺厚度不大于400mm；分层连续浇筑或推移式连续浇筑，其层间的间隔时间应尽量缩短，必须在前层混凝土初凝之前，将其次层混凝土浇筑完毕，层间最长的时间间隔不大于混凝土的初凝时间，初凝前再用铁滚筒碾压2遍，再用木抹子搓平压实，以控制表面龟裂。

3.2、采用二次振捣技术，对提高混凝土的抗裂性具有重要作用，大量的施工实践表明，对已经完成浇筑但尚未凝固的混凝土加强二次振捣工作，能有效避免混凝土由于水平钢筋下部产生的水分及空隙等，以此提高钢筋与砼之间的凝聚力，避免由于混凝土沉降而产生裂缝，并能以此降低砼内微裂的现象，提高混凝土的密实度，并增强混凝土的抗压强度约10%一20%，有效防止裂缝产生。

3.3、混凝土的拌制、运输必须满足连续浇筑施工以及尽量降低混凝土出罐温度等方面的要求，当炎热季节浇筑大体积混凝土时，混凝土搅拌场站宜对砂、石骨料采取遮阳、降温措施；在寒冷季节可搭设挡风保温棚。覆盖层的厚度应根据温控指标的要求计算；当采用泵送混凝土施工时，混凝土的运输宜采用混凝土搅拌运输车，混凝土搅拌运输车的数量应满足混凝土连续浇筑的要求。

3.4、在混凝土浇筑过程中，应及时清除混凝土表面的泌水。泵送混凝土的水灰比一般较大，泌水现象也较严重，不及时清除，将会降低结构混凝土的质量；在大体积混凝土拆模后，应采取预防寒潮袭击、突然降温和剧烈干燥等措施。

3.5、加强对混凝土结构完工后的养护，严格监控其温度，养护过程中应通过人工的温度控制对混凝土浇筑块体升降温、内外温差、降温速度及环境温度等进行监测，以避免出现过大温差而导致裂缝；混凝土养护阶段的温度控制应遵循混凝土的中心温度与表面温度之间、混凝土表面温度与室外最低气温之间的差值均应小于20℃；当结构混凝土具有足够的抗裂能力时，不大于25℃～30℃；混凝土拆模时，混凝土的温差不超过20℃。其温差应包括表面温度、中心温度和外界气温之间的温差。

三、结束语

综上所述，大体积混凝土施工的技术十分复杂，为了有效避免裂缝的产生，从设计到施工，包括施工的环境与材料等多方面因素，都应提高注意。应从多方面加强对大体积混凝土施工的分析，并采取积极的防控措施，以实现综合治理原则，能够从根本上提高建筑工程的质量，保证建筑物使用功能的发挥。虽然大体积混凝土很容易产生裂缝，但是大量的科学研究以及成功的工程实例都表明，只要我们能够充分考虑各种因素的影响，还是完全可以避免危害结构的裂缝的产生。

参考文献

[1]《大体积混凝土施工規范》GB50496—2009

[2]《通用硅酸盐水泥》GB175—2007

[3]《混凝土结构工程施工及验收规程》GB50204—2002

[4]《混凝土质量控制标准》GB50164—92

[5]《普通混凝土配合比设计规程》JGJ55-2002

[6]周富荣.养护对混凝土早期收缩和开裂的影响.浙江大学

[7]大体积混凝土施工中温度裂缝的控制.解放军理工大学学报（自然科学版）

[8]大体积砼温度裂缝产生的因素及控制措施.中国科技博览