浅谈大体积混凝土施工中的裂缝控制措施

分类：建筑设计论文发表 时间：2011-09-28 16:28 关注：(1)

浅谈大体积混凝土施工中的裂缝控制措施

闫银钢 闫振海

大体积混凝土结构在高层建筑的地下室底板中日趋常见。其上有巨大的荷载，整体性要求高，往往不允许留施工缝，要求一切连续浇筑完毕。另外，大体积混凝土结构在浇筑后水泥的水化热量大，由于体积大，水化热聚积在内部不易散发，浇筑初期混凝土内部温度显著升高，而表面散热较快，这样形成较大的内外温差，混凝土内部产生压应力，而表面产生拉应力，如温差过大则易于在混凝土表面产生裂纹。一般混凝土的硬化过程会产生体积收缩，而且在浇筑后期，混凝土内部逐渐冷却也产生收缩，由于受到基底或已浇筑的混凝土的约束，接触处将产生很大的剪应力，在混凝土正截面形成拉应力。当拉应力超过混凝土当时龄期的极限抗拉强度时，便会产生裂缝，甚至会贯穿整个混凝土断面，由此带来严重的危害。在大体积混凝土结构的浇筑中，上述两种裂缝都应设法防止。 　　一、大体积混凝土产生裂缝的种类、形态

大体积混凝土内出现的裂缝按深度的不同,分为贯穿裂缝、深层裂缝及表面裂缝三种。出现裂缝并不是绝对地影响结构安全,它都有一个最大允许值。处于室内正常环境的一般构件最大裂缝宽度≤0.3mm;处于露天或室内高湿度环境的构件最大裂缝宽度≤0.2mm。对于地下或半地下结构,混凝土的裂缝主要影响其防水性能。一般当裂缝宽度在0.1-0.2mm时,虽然早期有轻微渗水,但经过一段时间后,裂缝可以自愈。如超过0.2-0.3mm,则渗漏水量将随着裂缝宽度的增加而迅速加大。所以,在地下工程中应尽量避免超过0.3mm贯穿全断面的裂缝,如出现这种裂缝,将大大影响结构的使用,必须进行化学灌浆加固处理。大体积混凝土施工阶段所产生的温度裂缝,一方面是混凝土内部因素:由于内外温差而产生的;另一方面是混凝土的外部因素:结构的外部约束和混凝土各质点间的约束,阻止混凝土收缩变形,混凝土抗压强度较大,但受拉力却很小,所以温度应力一旦超过混凝土能承受的抗拉强度时,即会出现裂缝。这种裂缝的宽度在允许限值内,一般不会影响结构的强度,但却对结构的耐久性有所影响,因此必须予以重视和加以控制。　　1、表面裂缝 　　这种裂缝在混凝土升温阶段和降温阶段都有可能发生，在混凝土热量通过表面向周围环境散发过程中，表面温度低于内部温度，形成内外温差。当这种温差沿着厚度方向呈非线性分布时，引起混凝土的非均匀变形。起初混凝土处于塑性状态，凝结硬化过程中，其弹性模量随强度不断增长，当温差产生的拉应力超过当时混凝土的极限抗拉强度时，就会在混凝土表面产生裂缝。 　　2、贯穿裂缝 　　这种裂缝一般发生在降温阶段，大体积混凝土基础呈降渐收缩状态，降温收缩受到基底及自身约束作用，产生很大的收缩应力（拉应力），当拉应力超过当时混凝土的极限抗拉强度时，就会在混凝土中产生收缩裂缝。这种收缩裂缝有时会贯穿全断面，成为结构裂缝。基底及自身构造约束作用越强，平均温度峰值越高，贯穿裂缝出现的可能性越大。降温阶段经历时间较长，大约从3d～5d开始，延续1个月或更长时间。降温收缩与混凝土硬化收缩呈叠加趋势，硬化收缩会大幅度加剧裂缝出现的可能性与程度。 　　3、深层裂缝 　　深层裂缝部分地切断了结构断面，也有一定危害性。 　　二、大体积混凝土产生裂缝的原因

产生裂缝的主要原因有以下几方面:

(1)水泥水化热,水泥在水化过程中要释放出一定的热量,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。特别是气温骤降,会大大增加内外层混凝土温差,这对大体积混凝土是极为不利的。温度应力是由于温差引起温度变形造成的;温差愈大,温度应力也愈大。同时,在高温条件下,大体积混凝土不易散热,混凝土内部的最高温度一般可达60-65℃,并且有较长的延续时间。因此,应采取温度控制措施,防止混凝土内外温差引起的温度应力。

(3)混凝土的收缩,混凝土中约20℅的水分是水泥硬化所必须的,而约80℅的水分要蒸发。多余水分的蒸发会引起混凝土体积的收缩。混凝土收缩的主要原因是内部水蒸发引起混凝土收缩。如果混凝土收缩后,再处于水饱和状态,还可以恢复膨胀并几乎达到原有的体积。干湿交替会引起混凝土体积的交替变化,这对混凝土是很不利的。影响混凝土收缩,主要是水泥品种、混凝土配合比、外加剂和掺合料的品种以及施工工艺等。

三、质量控制要点

1、施工方案的编制应做到科学合理，内容包括以下六个方面措施：

（1）材料要求和配合比设计；

（2）分层分块浇捣措施；

（3）混凝土的搅拌、运输和浇筑方案；

（4）混凝土降温措施；

（5）混凝土的测温措施；

（6）养护措施

四、质量控制措施

1. 大体积砼对材料、配合比的要求

1.1水泥：根据水泥的特性，普通硅酸盐水泥水化热较小、收缩小。大体积混凝土控制混凝土硬化过程中的收缩裂缝是重点，施工方法上可采用分层浇灌及保温养护的方法降低混凝土的内外温差，混凝土测温的方法对混凝土内外温差实施监控，因此，选用R42.5普通硅酸盐水泥拌制混凝土。

1.2粗骨料：混凝土输送管直径为150，混凝土基本为水平输送，且输入距离较短，为降低水泥用量（减少水化热），选用5～16.5连续级配、结构致密并有足够强度的优良骨料，保证砼的和易性，使砼容易振捣密实，减少石子大颗粒间的空隙，增加密实性，减少水泥用量。

1.3细骨料：选用细度模数在2.3～3.0之间的中砂，砂的含泥量不得超过3％，石子含泥量不得超过1％。

1.4水：使用深井水为拌和水；遇气温较高时，可采用在水内加冰块的方法降低混凝土拌和物的入模温度。

1.5混凝土外加剂：按产品性能、产地、性能等综合考虑，选用有减水、缓凝、微膨胀等功能外加剂，其掺量按产品说明书及试验室的试配确定。

1.6砼配合比在满足设计强度等级、塌落度要求和选用材料的性能进行试配，尽可能降低水泥用量和用水量，从而减少水泥总的发热量，降低砼内部的最高温度。

2、大体积砼温度控制技术措施

2.1在高温季节泵送，用湿麻袋覆盖管道进行降温，以降低入模温度。

2.2降低原材料的温度：如气温较高，阳光强烈。要求搅拌站对砂、石、外加剂等进行覆盖。

2.3降低混凝土搅拌的温升：对混凝土搅拌站要求使用深井冷水。

2.4在混凝土配合比中，掺缓凝型混凝土外加剂能减少混凝土的初始水化热降低混凝土的入模温度。

2.5砼配合比尽量减少水泥用量，并掺加高效减水剂和膨胀剂，掺合料采用粉煤灰，使砼水化热降低至最小。

2.6混凝土浇注过程中，掺入不大于砼总量20%的直径30~100mm的大石块，减少砼用量，达到降低水化热的目的。

2.7砼浇筑后，做好砼保湿养护工作。

2.8加强测温与监测管理并形成测温记录，及时调整保温层厚度或养护措施。

2.9合理安排施工工序，控制砼在浇筑过程中温度均匀上升，避免拌合物堆积过大高差。结构完成后，及时回填土，避免长期暴晒。

3、大体积砼收缩裂缝控制技术措施

3.1采取分层浇筑法，减少每次浇筑的蓄热量，减少温度应力。

3.2选择良好级配的粗骨料，加强砼的振捣，提高砼密实度和抗拉强度，减少收缩变形。

3.3采取二次投料法和二次振捣法，及时排除表面泌水，加强早期养护，提高砼早期抗拉强度和龄期弹性模量。

3.4钢筋绑扎间距均匀、确保混凝土保护层厚度对混凝土抗裂亦有好处。

3.5施工后的防裂主要是做好养护工作，一方面是保持表面湿润，控制内外温差，另一方面是控制好混凝土的拆模时间。

4、浇筑与振捣 　　4.1全面分层：即在第一层全面浇筑完毕后，再回头浇筑第二层，此时应使第一层混凝土还未初凝，如此逐层连续浇筑，直至完工为止。采用这种方法，适用于结构的平面尺寸不宜太大，施工时从短边开始，沿长边推进比较合适。 　　4.2分段分层：混凝土浇筑时，先从底层开始，浇筑至一定距离后浇筑第二层，如此依次向前浇筑其他各层。由于总的层数较多，所以浇筑到顶后，第一层末端的混凝土还未初疑，又可以从第二段依次分层浇筑。这种方法适用于单位时间内要求供应的混凝土较少，结构物厚度不太大，面积或长度较大的工程。 　　4.3斜面分层：要求斜面的坡度不大于1/3，适用于结构的长度大大超过厚度3倍的情况。混凝土浇筑层下端开始逐渐上移。混凝土的振捣也要适用斜面分层浇筑工艺，一般在每个斜面层的上、下各布置一道振动器。上面的一道布置在混凝土卸料处，保证上部混凝土的捣实；下面的一道振动器布置在近坡脚处，确保下部混凝土密实。随着混凝土浇筑的向前推进，振动器也相应跟上。 　　4.4厚1.0mm内砼宜采用平推浇筑法，同一坡度，薄层循序推进依次浇筑到顶，厚1.0mm以上宜分层浇筑，每一浇筑层采用平推浇筑法，厚度超过2m时，可考虑留置水平施工缝。 　　4.5设置后浇缝，当大体积砼平面尺寸过大时，可适当设置后浇缝，以减少外约束力和温度应力，同时利于散热，降低砼内部温度。

5、大体积砼表面处理

5.1在混凝土浇筑完2～3h后进行表面处理，表面处理时，初步按标高用大木杠刮平，初凝前用木抹子搓平，反复抹压不少于4遍，闭合收水裂缝，搓平、抹光必须在2小时内完成。

5.2浇筑过程中砼的泌水要及时处理，免使粗骨料下沉，砼表面水泥素浆过厚会致使砼强度不均和产生收缩裂缝。

5.3在砼浇筑后4-6小时内，将部分浮浆清掉，初步用长刮尺刮平，然后搓平压实。在初凝后，砼表面会出现龟裂，终凝前要进行二次抹压，将龟裂消除，注意宜晚不宜早。

5.4由于商品砼浇注后表面素浆较多，因此，在砼收面过程中均匀铺撒米石，防止砼表面由于素浆过多而产生龟裂。

6、混凝土养护措施 　　6.1养护是大体积混凝土施工中一项十分关键的工作。

为保证新浇砼有适宜的硬化条件，防止早期干缩产生裂缝，大体积砼浇筑完毕后，要加以覆盖和浇水养护，普通硅酸盐水泥拌制的砼不得少于14天；其它水泥不少于21天。养护方法分降温法和保温法，夏季施工时一般可使用草袋覆盖、洒水、蓄水养护或喷刷养生液养护；冬季施工时，由于环境气温较低，一般可利用保温材料提高新浇筑砼表面和四周温度，减少砼的内外温差。

6.2在混凝土养护阶段的温度控制应遵循以下几点 　　6.2.1为了掌握大体积砼的温升和降温的变化规律以及各种材料在各种条件下的温度影响，需要对砼进行温度监测控制。大体积砼的温度变化在1～72h变化最大，这段时间要每2h测量一次，4～7d每4h测量一次，其后为8h一次，整个测量过程时间不少于20d，并作详细记录，整理绘制温度曲线。测温可采用埋钢管和采用测温装置等方法。

6.2.2经测温如观测到砼内部最高温度与大气温度之差超过规定极限值时，要立即采取降温措施，降低砼内部温度，控制砼内部裂缝的产生，常见的方法有导温管加冷却水循环方法来降低砼内部温度。　

五、结语 　　大体积混凝土施工中的裂缝控制是一个系统工程，在工程实践中要根据具体的要求进行控制，不可盲目地严格要求从而带来大量的浪费。同时，要从设计、施工、材料等各个方面综合采取措施，来控制裂缝的产生和开展，只有这样才能取得预期的效果。