浅谈大体积混凝土防裂施工技术

王栋梁

(井研县人民政府研城街道办事处, 四川井研 613100)

近年来，随着城市化进程和基础设施建设的快速发展，我国在高层建筑、市政公用、水利大坝、桥梁基础等工程中常常存在大体积混凝土施工,混凝土在硬化过程中，由于水化热引起的温度变化和混凝土收缩的共同作用，使温度应力和收缩应力发生剧烈变化，从而导致混凝土结构出现有害裂缝而产生渗漏治理难的问题，造成工程质量和安全隐患。因此，防止大体积混凝土裂缝作为大体积混凝土施工的主要技术，对其进行不断研究具有重要意义。

1 大体积混凝土的特点

(1)构件厚大，配筋多，混凝土量大。大体积混凝土是结构实体超长超大、最小尺寸在1.0 m及以上、需一次性浇筑大量混凝土，且因构件配筋粗、配筋密、振捣难度大、易产生裂缝[1]。

(2)环境复杂，技术要求高。大体积混凝土施工需现场连续浇筑，往往不许留施工缝，不仅施工持续时间长、现场条件复杂，受环境影响大，而且还需混凝土既要具有良好的工作性能，又要满足结构的整体性、耐久性和安全性。

(3)水化热大、易产生裂缝。浇筑后的混凝土产生的水化热大，内部温度高，表面温度低，内外温差大，形成较大温度应力，易导致发生有害裂缝[2]。

(4)裂缝治理难。大体积混凝土的裂缝难以发现和检测，如发生裂缝，难以修补，后果十分严重。

2 大体积混凝土裂缝的主要类型及危害

2.1 大体积混凝土裂缝的主要类型

2.1.1 干缩变形裂缝

混凝土浇筑后处于塑性状态时，因混凝土水化热高，以及炎热风大、蒸发过快引起产生的裂缝。其裂缝一般为不规则龟纹状、或放射状裂缝，以及每隔一段距离出现一条裂缝。

2.1.2 温度变形裂缝

混凝土在硬化中，释放大量水化热，使内部升温快而散热慢、但表面散热快而温度低，导致内外温差大，产生内胀外缩，当内部压应力超过外部拉应力时，易产生表面裂缝；在内部逐渐散热冷却收缩时，由于接触处受到约束，当拉应力超过抗拉强度时，易产生贯穿性裂缝。其裂缝形状、部位又因温差大小、构件类型、约束程度不同而存在较大差异，且随时间变化，裂缝还会逐渐扩大加深，将严重破坏结构整体性，对承载能力和安全极为不利[2]。

2.1.3 塑性坍落裂缝

多发生在初凝前的钢筋混凝土结构中，由于骨料在自重作用下沿钢筋方向逐渐下沉，混凝土被上方的钢筋支顶，沿钢筋表面产生顺筋裂缝，使用流动性大或水灰比大的混凝土裂缝尤其严重。

2.2 大体积混凝土裂缝的危害

(1)影响建筑物的功能。裂缝后产生的渗漏问题处理难，有时多次治漏，不但延误了工期、增加了成本，而且降低了结构使用功能。

(2)降低建筑结构的刚度。贯穿性裂缝使结构刚度降低，严重影响结构正常发挥其设计功能。

(3)影响混凝土的耐久性。裂缝的出现使侵蚀介质进入混凝土内部，导致钢筋锈蚀及混凝土腐蚀和碳化，使混凝土表面损坏且强度降低，对混凝土的耐久性影响甚大。

3 大体积混凝土的防裂技术措施

由于大体积混凝土裂缝的产生主要与设计水平、材料质量、施工技术、温度控制、养护方法等措施不当密不可分，因此大体积混凝土防裂，应坚持抗放兼施，遵循设计是前提、材料是基础、施工是关键、温控是重点、养护是保证的原则，采取以下五个方面的措施，有效控制产生裂缝。

3.1 设计方面

(1)施工方案先进合理。项目负责人组织编制大体积混凝土施工技术方案，方案应主要包括施工工艺流程、施工方法、防裂措施等，应技术先进、经济合理、安全可靠，经项目技术负责人审批后实施[3]。

(2)优化设计配合比。混凝土强度等级宜为C25～C50，且应根据原材料性能及混凝土强度、耐久性、工作性能等技术要求，由具有资质的试验室计算和试配优化设计配合比，再根据现场砂、石的实际含水率，确定施工配合比。经设计单位同意，也可采用60 d或90 d的强度作为混凝土配合比设计、强度评定及验收的依据[4]。采用商品混凝土时，技术人员应事前严格审核分析商品混凝土的技术参数。

(3)设置变形缝、后浇带。超长大体积混凝土采取设置变形缝、后浇带或采取跳仓法合理分块施工，控制结构不出现有害裂缝。

(4)设置滑动层。宜在位于基岩上的大体积混凝土垫层上设置滑动层，或采取减少与大体积混凝土接触处的约束措施，控制因拉应力产生的裂缝[4]。

(5)设置构造钢筋。结合混凝土构件结构配筋，设置控制温度和收缩的构造钢筋。

(6)优化施工时间段。选择适宜温度时段浇筑，避开高温高热天气进行施工。

3.2 材料方面

大体积混凝土使用的原材料、掺合料、外加剂均应具有产品合格证书和性能检测报告，其品种、规格、性能必须符合现行国家技术标准规定，同时符合施工组织设计的规定。

3.2.1 水泥

3.2.1.1 选用低、中水化热水泥

大体积混凝土所选用的水泥，要求具有凝结硬化慢，强度早期低、后期高，水化热低。宜选用低水化热的Ⅱ族水泥，如有抗渗要求时，优选火山灰水泥。其水化热为：使用42.5级及以下水泥时，3d不宜大于240 kJ/kg、7d不宜大于270 kJ/kg[5]，使用52.5级水泥时，7d不宜大于300 kJ/kg。

3.2.1.2 降低水胶比，减少水泥用量

在满足大体积混凝土设计配合比、强度等级及施工工艺要求的前提下，降低水胶比(不大于0.45)，减少水泥用量，可有效降低混凝土温升值。如设计无要求，用量控制在350 kg/m3内，胶凝材料总量不宜超过420 kg/m3。

3.2.1.3 强度等级要相互匹配

低强度等级水泥配制高强度等级混凝土，水泥用量大，不经济，且使混凝土收缩和水化热增大；高强度等级水泥配制低强度等级混凝土，水泥用量少，影响和易性、密实度，导致耐久性差。一般以水泥强度等级为混凝土强度等级的1.5～2倍为宜、高强度等级混凝土可取0.9～1.5倍[1]，即C30及以下混凝土宜选32.5级水泥，C30以上混凝土宜选42.5级及以上水泥，且优选中、低水化热水泥[6]。

3.2.2 严控骨料粒径和含泥量

骨料粒径粗，收缩小；粗骨料粒径越细，砂率越高，收缩越大；严控骨料含泥量，骨料中含泥越大，收缩越大。一般情况下，粗骨料宜选用强度高，连续级配好，低碱活性，产地、规格一致的天然卵石或碎石，其粒径5～40 mm、含泥量和泥块含量分别不大于1 %和0.5 %。细骨料宜选用Ⅱ类中砂，粒径为0.35～0.5 mm，含泥量和泥块含量分别控制在3 %和1.0 %以内的天然河砂最佳[1]，砂率宜为38 %～45 %[4]。

3.2.3 拌和用水

拌和用水(不宜大于170 kg/m3 [4])及养护用水相同，不得使用含有害物质的水。

3.2.4 掺入外加剂

宜选用减水率高、缓凝效果好，坍落度损失小的高效缓凝、减水、微膨胀的外加剂，可降低水化热峰值，对混凝土收缩具有补偿功能，可提高混凝土抗裂性[7]。掺量一般不大于水泥用量的5 %。

3.2.5 掺入活性掺和料

选用Ⅰ级粉煤灰，可降低混凝土水泥用量、改善混凝土施工性能，降低温升、改善和易性，延缓混凝土早期强度的发展、增加后期强度，有利于提高混凝土耐久性。掺合料掺量应根据通过试配的配合比掺加[5]，但不宜大于胶凝材料用量的50 %[4]。

3.3 施工方面

大体积混凝土工程施工应按施工工艺流程施工和投料顺序投料，其工艺流程为：预先浇水降温→测定混凝土入模温度→混凝土搅拌→混凝土运输、泵送与布料→混凝土浇筑、振捣和表面抹压、清除表面浮浆→二次抹压→混凝土养护；其投料顺序为：粗骨料→水泥、粉煤灰→细骨料→水→外加剂；其余应符合GB 50496-2009《大体积混凝土施工规范》和其他相关枝技术标准的规定。

3.3.1 严控搅拌配比，满足施工要求

应严控设计和施工配合比，确保材料合格，计量偏差符合标准规定要求，投料顺序及搅拌时间合理、准确，确保质量满足设计、施工要求。当掺有外加剂时，搅拌时间适当延长。由于大体积混凝土施工质量要求高、用量大、浇筑时间长，应提前与搅拌站确定供应质量、时间、用量要求，或采用2个搅拌站同时供应，确保混凝土浇筑连续不中断。

3.3.2 缩短运输时间，确保初凝前浇筑完毕

在运输中不宜发生分层、离析，否则应在浇筑前进行二次搅拌。尽量缩减运转次数和运输时间，确保初凝前运到现场并浇筑完毕。混凝土应采用混凝土罐车运输，入模采用混凝土输送泵泵入(泵送混凝土坍落度不宜低于100 mm、水胶比不宜大于0.6、胶凝材料总量不宜小于300 kg/m3[6])，输送罐车配合进行。

3.3.3 采用分层浇筑，保证结构整体性

浇筑前，应根据施工方案逐级交底、清除杂物、做好模板支架验收及钢筋隐蔽验收，调试并确保设备运转良好、且预留1套机械设备备用，机械设备的运转、调试、使用均由专人负责。混凝土浇筑厚度越大、温升值越高，应采用全面(分段、斜面)分层浇筑，可增加散热面，延长散热时间，有效降低水化热温升值，保证结构整体性。浇筑时，应从短边(低处)开始，沿长边方向自一端向另一端进行，每层厚度不超过30～50 cm，第一层浇完后，为避免出现冷缝，应及时回头再浇第二层，依次逐层连续进行，直至浇筑完毕为止。浇筑的自由倾落高度不超过2 m，如超过2 m应设串筒或溜槽。

3.3.4 采用二次振捣，提高抗裂性

浇筑后采用分层振捣，振捣上层应插入下层混凝土5 cm一并振捣，确保融合不分层分缝；每点的振捣时间，以混凝土不再冒气泡，表面不再呈现浮浆和不再沉落为止；每2 m左右间距设置1台插入式振动器，混凝土入模后，立即沿1个断面同向同时振捣或由两端往中间振捣，振捣密实后，方可移至下一段振捣，同时要避免漏振、欠振、过振。其次，在初凝前采用二次振捣，排除混凝土内部水分和空隙，防止因混凝土沉落而出现裂缝。

3.3.5 采用多次抹压，防止表面收缩裂缝

大体积混凝土初凝前表面水泥浆较厚，浇筑后要认真处理。在混凝土初凝前1～2 h，先用长靠尺按标高刮平，除去多余浮浆，用滚筒碾压及机械抹压后，再用木抹子人工抹平压实。浇筑面应及时进行多次抹压处理，用木抹子反复抹压，使其表面密实，用铁板压光，减少表面水份挥发，控制表面收缩裂缝。

3.3.6 适时拆模施工，有效减少裂缝

在混凝土未达到设计强度前，不得拆模及支架；在混凝土强度未达到1.2 MPa前，不得在其上踩踏或安装模板及支架，禁止倾倒施工材料，避免出现较大的振动冲击对大体积混凝土造成危害，从而避免产生裂缝[6]。

3.3.7 采取应急措施，应对特殊天气

浇筑混凝土中如遇大雨、大雪天气，应在合理部位留设施工缝、中止浇筑；立即覆盖已浇筑未硬化混凝土，防止被雨水冲刷[4]。

3.4 养护方面

(1)采用保温保湿养护，防止收缩裂缝。大体积混凝土浇筑完毕后8～12 h内，除按温控措施覆盖保温养护、提高混凝土表面及周围散热面的温度和专人测温外，还应浇水连续保湿养护不少于14 d，使混凝土保持处于湿润状态，缩小内外温差，防止收缩裂缝。保温覆盖层应分层拆除，当混凝土表面与环境最大温差小于20 ℃时可全部拆除[4]。

(2)拆模后养护。混凝土拆模后，按施工方案要求继续做好保温保湿养护。

3.5 温控方面

大体积混凝土工程施工前，宜对施工阶段的大体积混凝土浇筑体的温度、温度应力及收缩应力进行计算，制定相应的温控技术措施，确保符合温控指标。

3.5.1 温度控制指标

(1)入模温度。混凝土入模温度不宜大于30 ℃，混凝土浇筑体最大温升值不宜大于50 ℃。

(2)里表、表外温差。混凝土浇筑体表面内50 mm处与表面温差不宜大于25 ℃，拆除覆盖层时，混凝土浇筑体表面与环境温差不应大于20 ℃。

(3)相邻两测温点温差。混凝土浇筑体内部相邻两测温点温差不应大于25 ℃。

(4)降温速率。降温速率不宜大于2 ℃/d，冬季施工不宜大于3 ℃/d；当有可靠经验和措施时，可适当放宽[6]。

3.5.2 温度控制技术措施

(1)采取洒水降温。当环境温度高于35 ℃时，对模板、钢筋、机具洒水降温，但不得留有积水。

(2)采用遮阳覆盖降温。对裸露材料、入模混凝土、混凝土罐(泵)车及施工作业面采用固定或移动遮阳棚覆盖降温，对混凝土输送泵管采用包裹措施降温。

(3)降低混凝土入模温度。混凝土入模温度越低，越有利于控制混凝土内外温差，应尽量避免高温时段施工，选择气温较低时段施工；夏季高温施工时，采取骨料用水冲洗、避免暴晒降温、降低拌和用水温度(加冰屑或用地下水)及控制混凝土出机温度(不大于30 ℃)等方式将混凝土入模温度控制在5～30 ℃[4]。

(4)预埋冷却水管导热降温。混凝土内预埋冷却水管，通入循环冷却水导出内部热量，将冷却水与混凝土内的温差控制在20～25 ℃。

3.5.3 温度监测要求

温度监测点布在混凝土浇筑体内，应全面准确反映相关温控指标；温度测试时，应每台班对入模温度测试不少于2次，每昼夜对浇筑后的混凝土的其余温控指标测量不少于4次[4]。

4 结束语

总之，大体积混凝土的施工及裂缝问题十分复杂，涉及建材、施工、环境、结构等各方面。在工程建设中，应坚持施工前的事前控制和施工中的事中控制，严控有害裂缝的产生，尽量避免出现事后治漏，将影响和危害降到最低，确保工程质量和安全。目前，对大体积混凝土施工技术的研究在不断进行中，其防裂技术仍在不断推陈出新，因此，对大体积混凝土的防裂施工技术研究还任重而道远。