预制混凝土大方块裂缝控制措施探讨

陈晓虎，张 兴

（中交四航局第二工程有限公司 广州510230）

0 引言

近年来，建筑行业迅速发展，随着各种新材料、新技术的应用，混凝土性能有了很大的提高，大体积混凝土在施工中越来越常见。大体积混凝土结构尺寸大，内部水化热无法轻易散发，在施工过程中常出现裂缝，对结构的耐久性产生一定影响。本文通过对香港某综合废物管理设施工程预制素混凝土大方块施工过程进行分析，得出了行之有效的裂缝控制方法。

1 工程概述

预制场位于广东东莞市，高温期较长，蒸发量大。大方块共17 种，总计323 件，长4～8 m，宽3～5 m，高度均为2.7 m，如图1所示。最大质量近200 t，设计混凝土强度为35D/20素混凝土，按香港规范要求需使用OPC水泥，并掺入不少于25%的粉煤灰。预制时间为8～12 月之间，气温变化较明显。由于预制场地有限，加上种类较多，工期紧，致台座周转时间短，用于大方块养护的时间也较短。大方块安装于香港石鼓洲附近海床之上，常年浸泡于海水中，对混凝土耐久性方面要求高。

图1 方块立面Fig.1 Elevation of Block

2 温度裂缝产生原因

混凝土裂缝按产生的原因可分为荷载裂缝、变形裂缝两类，其中变形裂缝是由非受力变形变化引起，如温度、湿度等，温度裂缝是变形裂缝的一种［1］。

在大体积混凝土浇注完成后，在升温阶段，由于内部水化反应温度上升快，易形成较大内外温度差，冷缩的外部受到内部热膨胀约束而处于受拉状态，当混凝土的极限抗拉强度小于约束所产生的拉应力时，混凝土表面会出现裂缝。在降温阶段，由于基础或相邻构件的约束，混凝土内部会形成拉应力。当极限抗拉强度小于约束所产生的拉应力时，在约束表面会产生裂纹。由此产生的裂缝一般宽度较大，对耐久性和结构的整体性有着较大影响，如图2所示。

3 裂缝防治措施

图2 方块侧面应力裂缝Fig.2 Stress Crack of Block Side

为防止在大方块预制过程中产生温度裂缝，针对温度裂缝产生的原因，在施工过程中采取以下措施，以减少温度裂缝的出现。

3.1 配合比及原材料控制

3.1.1 配合比设计［2-3］

大方块混凝土设计强度为35D/20，香港规范要求使用OPC水泥，OPC水泥按组分比例分析，与国标P·Ⅱ水泥一致，故采用P·Ⅱ水泥。P·Ⅱ水泥中熟料+石膏的比例超过95%，其他掺料比例低，因此P·Ⅱ水泥的水化热量较普通硅酸盐水泥大。

香港规范要求混凝土水灰比不超过0.5，胶凝材料用量不少于330 kg/m3，设计配合比胶凝材料总量达370 kg/m3，胶材用量高。

经过试配，在保证强度的前提下提高粉煤灰掺量（30%）以减少水泥用量，减少水化热的产生。

此外，选择苏博特PCA-Ⅰ型缓凝型减水剂，延缓混凝土的凝结速度，减少水化热在混凝土内部所形成的应力。

3.1.2 原材料控制

文献［3］要求采用机制砂，碎石的最大料径不超过20 mm。在混凝土生产前，严格控制机制砂含泥量不超过5%，碎石含泥量不超过2%（CS3 Clause 3.5 要求含泥砂不超过10%，碎石不超过4%）［4］。若超过要求，应冲洗后重新进行含泥量测量，满足要求后方可使用，如图3、图4所示。

图3 机制砂含泥量报告Fig.3 Report of CRF Silt Content

图4 碎石含泥量报告Fig.4 Report of Crushed Stone Silt Content

炎热天气时，使用冷水机将拌合水降至5 ℃，同时在水池中加入冰块降低拌合用水温度，若有制冰机效果更理想。

骨料仓设遮阳挡雨棚［5］，以免与阳光和雨水直接接触。粉料至少提前1周进场，让其自然散热，减少原材料热量，从而控制温度上升的源头。

3.2 混凝土出机口温度计算［6］

混凝土出机口温度由拌和前混凝土原材料的总热量决定，拌和后流态混凝土的总热量等于原材料的总热量之和，因此混凝土拌和后的温度可按下式计算：

式中：T0为混凝土出机口温度（℃）；Qs为细骨料的含水率，以质量百分比计（%）；Ws为每m3混凝土中细骨料的质量（kg）；Ts为细骨料的温度（℃）；Qg为粗骨料的含水率，以质量百分比计（%）；Wg为每m3混凝土中粗骨料的质量（kg）；Tg为粗骨料的温度（℃）；Wc为每m3混凝土中胶凝材料的质量（kg）；Tc为胶凝材料的温度，取水泥和矿物掺合料温度的质量加权平均值（℃）；Ww为每m3混凝土中水的质量（kg）；Tw为水的温度（℃）。

通过每天监控各原材料的气温，代入式⑴计算，若计算所得混凝土温度超过32 ℃，则通过降低原材料的温度，使混凝土拌和后的出厂温度满足要求。

3.3 试验方块温度测试［7］

试验块长宽高均超过2 m，试验时间为2019 年9月21日～9月24日，试验期间白天气温超过33 ℃，夜间气温超过26 ℃，与高温期方块预制现场一致。在试验方块表面和内部不同位置埋设多个温度传感器，其中A1、A3、A5、A7 为内部测温点，A9、A11、A13 为表面测温点，如图5所示，实时监控试验块内部不同位置不同龄期下的温度变化情况，了解混凝土构件内部温度变化情况。

图5 测点布置俯视及正视Fig.5 Top View and Front View of Measuring Point Layout

试验温度曲线如图6所示，其结果表明：混凝土内部测点（A1、A3、A5、A7）温度在浇筑完成后约24～30 h左右达到峰值70 ℃以上，在约90 h 时缓慢下降至约50 ℃；在约90 h 时近表面处测点（A9、A11、A13）温度处于34～40 ℃之间，此时混凝土内外温差已小于25 ℃，同时，近表面测点温度与气温间的温差也已小于20 ℃。高温期施工，混凝土浇筑完成4 d后，混凝土内外温差才低于25 ℃，低温期由于气温低，若要内外温差低于25 ℃，需做好更长时间的保温措施。因此，在浇注完7 d内的保温保湿极其重要。

图6 试验方块温度曲线Fig.6 Test Block Temperature Graph

3.4 现场浇筑控制［8］

现场浇注时需将混凝土的入模温度控制在较低水平，气温较高月份浇筑时间选择在傍晚，以降低混凝土的入模温度。

在运输罐车停放处设置遮阳篷，防止罐体被太阳暴晒。在罐体上设置遮阳洒水降温帆布，尽可能地避免运输过程中因太阳照射而升温。

现场搅拌站与方块预制场地距离较近，在气温较高时，为尽量减少混凝土在车内时间过长导致的温度上升，混凝土运输罐车选择不满载，10 m3罐车只装载5～6 m3进行运输。

采用泵送分层浇筑，分层厚度不超过500 mm。利用浇注面散热。

3.5 保温保湿养护［9］

在混凝土收面后立即用薄膜覆盖浇筑面，减少水分散失。在气温较低、昼夜温差较大的月份，拆模后应用薄膜和土工布将构件全部包裹住，防止热量散失，如图7 所示。因早上水温较低，现场待气温上升后，接近中午时再进行洒水养护。

图7 薄膜+土工布包裹Fig.7 Plastic Film + Geotextile Wrap

3.6 温度监控［10］

部分方块浇注时在中心位置埋入温度传感器，每天记录内部温度和表面温度，如图8所示，收集数据后进行分析得出，在浇注约7 d左右，中心温度与表面温度相差可降至小于25 ℃，此时可拆除保温层。此外，通过天气的变化以及温度内部温度监控的变化，及时调整方块外覆盖土工布的层数。

图8 温度测量Fig.8 Temperature Measurement

3.7 控制效果

通过以上控制措施的实施，后续生产过程中无裂缝产生，达到了预期的效果（见图9）。

图9 方块侧面Fig.9 Side of Block

4 结论

根据本工程中采取的温度控制措施，行之有效的有如下方面：

⑴原材料的温度对混凝土的出机口温度影响较大，通过计算，可得出混凝土的出机口温度，用以指导原材料的温度控制。

⑵通过试验块分析混凝土内部温度变化的过程，混凝土在浇注后1 d内温度便可达到峰值，在浇注后7 d内做好养护工作极为重要。

⑶在混凝土出厂至现场浇注的过程中，采用不满载运输缩短混凝土在搅拌车中的时间，同时做好罐车罐体的降温，避免混凝土入模时温度过高。

⑷ 构件内外温度差在7 d 左右可降至25 ℃以内，原则上可拆除保温覆盖层，但在气温较低、温差较大的地区应适当延后保温覆盖层拆除时间。