大体积混凝土裂缝的控制

杨卫新

南宁腾宁商品混凝土有限公司530000

摘要：在重大工程项目中，大体积混凝土施工是重要的施工组成部分，对整个工程的施工进度以及质量等有着重要的影响。文章就大体积混凝土裂缝的控制进行相关的探讨，包括内部环境的控制以及外部环境的控制。

关键词：建筑工程；大体积混凝土；裂缝控制

在大体积混凝土结构施工中，防止其在施工中产生温度裂缝是一个重要的施工环节。事实证明，要对裂缝进行有效的控制，需要着重从混凝土的材质、用量，施工中的养护施工监测等进行控制，尽可能的减少混凝土温升，最大限度的延缓混凝土降温速率，降低混凝土的收缩速率，最终达到控制裂缝的目的。

混凝土结构物实体最小几何尺寸不小于1m的大体量混凝土，或预计会因混凝土中胶凝材料水化引起的温度变化和收缩而导致有害裂缝产生的混凝土，称之为大体积混凝土。美国混凝土学会（ACI）规定：“任何就地浇筑的大体积混凝土，其尺寸之大，必须要求解决水化热及随之引起的体积变形问题，以最大限度减少开裂。”

（一）大体积混凝土的特点

（1）浇筑方量比较大，施工过程中，为保证其整体性一般要求进行连续的浇筑。

（2）大体积混凝土浇筑条件比较复杂，一般都是地下现浇，对于浇筑技术的要求相对要求较高。

（3）自身体积比较大，水泥产生的水化热不易散失，而混凝土外部的热量散发快形成了温差而产生应力，当应力大于混凝土抗拉力就会产生裂缝。

（4）大体积混凝土的体积较大，在浇筑时容易产生裂缝，所以后期的养护工作必须要做好。

（二）施工材料的控制

对施工材料进行合理的控制，是保证施工质量的基本前提，同时，也是预防控制大体积混凝土裂缝的重要环节。对材料的控制，包括一系列的材料筛选和用量控制等。

（1）减少水泥用量

水泥水化热所产生的温度应力，能够导致地下室墙板等部位发生裂缝，一般说来，混凝土的强度、抗渗等级越高，、其结构产生裂缝的概率就相应越大。以在地下室外墙施工为例，在施工的过程中，需要达到设计要求，但是为防止裂缝也需要尽可能的降低混凝土的强度等级，以便能够减少水化热，当然，还需要充分利用混凝土的后期强度。

相关实验数据表明，每立方米的混凝土水泥用量每增（减）10kg，水泥水化热使混凝土的温度相对升（降）达10C。一般来说，高层建筑的施工工期都很长，基础结构承受的设计荷载要在较长的时间后才被施加在其上，因此，一定要能保证混凝土的强度在28d后，得到继续增长，而且需要在预计的时间内达到，或者是超过设计强度。

施工设计单位，需要按照结构实际承受荷载的情况，对结构的刚度和强度进行复算，同时需要在获得设计和质检部门的认可后具体实施。采取正确的方式，能够使每立方米混凝土的水泥用量减少40~70kg，这样也就能将混凝土的水化热温升相应减少4C~7C。

（三）大体积混凝土选用的原材料

（1）粗骨料宜为连续级配，含泥量不应大于1.0%；细骨料宜采用中砂，含泥量不应大于3.0%。

（2）外加剂宜采用缓凝剂、减水剂，掺合料宜采用粉煤灰、矿渣粉等。

（3）水泥应尽量选用水化热低、凝结时间长的水泥，优先采用中热硅酸盐水泥、低热矿渣硅酸盐水泥、大坝水泥、火山灰质硅酸盐水泥等。

（四）大体积混凝土配合比

（1）水胶比不宜大于0.55，用水量不宜大于175kg/m3。

（2）在保证混凝土施工性能要求的前提下，宜提高每立方米混凝土中的粗骨料用量。

（3）在保证混凝土性能要求的前提下，应减少胶凝材料中的水泥用量，提高矿物掺合料掺量。

（4）当设计采用混凝土60d或90d龄期强度时，宜采用标准试件进行抗压强度试验。

（五）选择外加剂

在现代工程的施工中，泵送商品混凝土不可或缺。而其对原材料技术要求极高，然而，因为混凝土搅拌的生产环境差，再加上混凝土通常处于高粉尘、高温、高湿、高振动斩条件下，所以，一定要确保设备的稳定运行和精确度，这样才能够确保混凝土的质量。鉴于泵送商品混凝土的大流动性与抗裂性的要求有一定矛盾，因此，在选择泵送商品混凝土时，需要在达到最小坍落度的条件下，尽量降低水灰比。而且，混凝土的抗拉强度、抗剪强度和粘结强度虽然均随抗压强度的增加而增加，但它们与抗压强度的比值却随强度的提高而变得愈来愈小，这就意味着，在裂缝控制中，只是提高决定混凝土抗力的抗拉强度，是不够的，那根本不能弥补增大的水化热所带来的消极影响。因此，要解决泵送混凝土的问题，就需要合理地选择外加剂。

（六）施工环境的控制

（1）混凝土浇筑与振捣

对于地下室墙体结构的大体积混凝土浇筑，除了一般的施工工艺以外，应采取一些技术措施，以减少混凝土的收缩，提高极限拉伸，这对墙体防止产生温度裂缝很有作用。

改进混凝土的搅拌工艺对改善混凝土的配合比、减少水化热、提高极限拉伸有着重要的意义。传统的混凝土搅拌工艺在混凝土搅拌过程中水份直接润湿石子表面，并在混凝土成型和静置的过程中，自由水进一步向石子与水泥砂浆界面集中，形成石子表睡的水膜层。

为确保混凝土的质量，可以考虑采用二次投料的砂浆裹石或净浆裹石搅拌的新工艺，这样能够有效的避免水份向石子与水泥砂浆的界面集中，让硬化后界面过渡层的结构致密，以便进一步加强粘结力，这样就可以让混凝土的强度提高10%左右，而且也可以很好的提高混凝土的抗拉强度和极限拉伸值；当混凝土的强度基本相同时，能够减少7%左右的水泥用量。

（2）在运输过程中，搅拌运输车应保持低速旋转，单程运输时间应控制在1h内，当运输过程中出现离析或使用外加剂进行调整时，搅拌车应加快搅拌2min以上，禁止向混凝土中加水。

（3）在混凝土泵送前，先用适量的水湿润泵车，再用砂浆进行润泵。

（4）混凝土浇筑时采用分段分层斜坡式连续进行，分层厚度为400~500mm，不大于振捣棒长度的1.25倍，坡度取1：6~1：10，并保持在下一层混凝土初凝之前浇筑上一层，以避免混凝土产生冷缝。

（5）振捣时，振捣棒移动间距≤400mm，振捣时间15~30s，采用“快插慢拔”的方式，插入下层混凝土50mm左右，当混凝土表面不再明显下沉、不再出现汽泡、表面泛出灰浆为充分振捣。

（七）混凝土浇筑温度

混凝土的浇筑温度，主要是指混凝土从搅拌机出料后，经过运输、泵送、浇筑、振捣等工序后的温度。因为浇筑温度过高，将会造成较大的干缩，所以，施工单位在施工的过程中，需要合理的限制混凝土的浇筑温度，通常来说，应该把混凝土的最高浇筑温度，控制在40C以下。

（八）混凝土出机温度

控制出机温度，对降低大体积混凝土总温升和减小结构的内外温差，有着重要的影响。在混凝土的原材料，石子的比热较小，然而其在每立方米混凝土中所占的质量较大。而水的比热最大，不过其在混凝土中占的质量却是最小的。所以，石子和水的温度是对混凝土的出机温度影响最小的。为此，在具体的施工中，要想降低混凝土的出机温度，就需要采取有效的方法降低石子的温度。如果是气温较高的情况下，为了防止太阳的直接照射，可以考虑在砂、石子堆场搭设简易遮阳装置，如果有需要，就需要向骨料喷射水雾，或者是使用前用冷水冲洗骨料。

（九）混凝土养护

在完成地下室外墙的浇筑后，要想尽可能的减少升温阶段的内、外温养。为避免混凝土表面脱水而造成的干缩裂缝，因此需要对混凝土进行适当的潮湿养护；为了使水泥顺利进行水化，最终达到增强混凝土的极限拉伸和延缓混凝土的水化热降温速度的目的，避免产生过大的温度应力和温度裂缝，所以需要增强对混凝土进行保湿和保温养护。

此外，在施工中需要采取合理的技术措施，例如，采用带模养护、推迟拆模时间等方法都对防止裂缝产生有很大的作用。潮湿养护是在混凝土浇筑后，在其表面不断地补给水份，其方法有铺设湿砂层、淋水、湿麻袋或草袋等，同时，可以考虑在表面盖一层塑料薄膜。

（十）混凝土泌水、浮浆处理

大体积混凝土浇筑产生的泌水、浮浆比一般结构部位混凝土严重。

（1）底板混凝土浇筑过程中由一次到顶斜向分层，混凝土浇筑统一由一侧到向另一侧进行，以保证混凝土泌水、浮浆流向一致，便于混凝土浇筑过程中有组织地抽排。

（2）混凝土泌水处理：浇筑前，预先准备足够的潜水泵及配套的排水软管，在浇筑过程中，置于泌水流向位置抽排，大量泌水时使用功率为3~4KW的潜水泵抽排，小量泌水采用小功率软轴泵进行抽排；浇筑过程中若遇到下雨天气视现场情况增加排水泵。

（3）混凝土浮浆处理：浇筑前，预先准备足够的污水泵及配套的排水软管，在浇筑过程中，置于浮浆较多位置及混凝土表面抽排。

（4）在混凝土浇筑后，混凝土坍落度降至约30~50mm时，进行二次振捣，振捣后用长刮尺以标高线为基准将表面刮平并用铁滚筒轻轻模压数遍，初凝前，用木抹子拍打表面，同时做搓平搓毛处理，根据表面粗糙情况可来回多搓几遍。终凝后，在混凝土表面覆盖保温保湿材料进入养护阶段了（具体措施由现场施工时再定）。

（5）混凝土的表面水泥浆较厚，浇捣后先按设计标高用长刮尺刮平，然后在初凝前用滚筒碾压数遍，再进行二次抹面，提高混凝土表层密度，消除收缩裂缝。

（十一）预应力技术

混凝土的材料是裂缝的控制过程中最关键的因素，其对水化热的大小有决定性的作用。不过，因为要满足强度的要求，因此通常无法更改，C40，C50甚至更高标号的混凝土，还是会在工程中经常出现，因此，在混凝土材料选择过程中，只能保证尽量降低水化热，但是不能从根本上避免裂缝出现的。

事实上，泵送商品混凝土的普遍应用，是现代化施工的标志，不过其大流动性等特性与混凝土的抗裂性存在一定的矛盾。尽管外加剂的应用，能够降低水化热，但往往是改善了一方面又会影响另一方面，是不能从根本上解决问题的。基础的特点，在很大程度上决定了其会受到较大的约束，虽然在施工过程中所采用的后浇带，或者应力释放带处理是一种有效的方法，不过也会为施工带来不少困难。比如，后浇带本身的处理比较复杂，如果措施不当，就很可能会成为渗漏水的突破口；后浇带或应力释放带的有效设置间距比较小（20~30m），在一些长墙施工中，过多的设置会影响工期等等。时尚要求当今的建筑设计、结构设计更趋向于个性化、人文化，这也在客观上给施工增加了难度。大量的曲线、弧线的应用和不规则角度的出现使建筑物充满了生气，但却给混凝土的养护带来了麻烦，使养护工作只能在条件允许的情况下，尽力而为。鉴于以上这些情况，主动采取措施控制裂缝是施工中对裂缝控制的有效途径之一。例如，可采用预应力钢筋对超长地下室外墙、弧线、环线形成地下室外墙施工中的裂缝进行控制。

（十二）工程监测

在大体积混凝土施工过程中，温控施工的现场监测是非常重要的。因此，在施工中，一方面需要在混凝土浇筑过程中，需要进行混凝土浇筑温度的监测，也就是说在养护过程中，应进行混凝土浇筑块体升降温、内外温差、降温速度及环境温度等的监测。

温控监测的方法多种多样，需要根据工程实际情况来进行选择，同时利用计算机辅助处理数据。这些监测工作给施工管理人员及时提供信息，反映大体积混凝土浇筑块体内温度变化的实际情况，以便及时采取有效、合理的施工技术措施。为作出准确的决策而提供科学的依据。

大体积混凝土浇筑体的里表温差、降温速率及环境温度的测试，随时掌控混凝土温度，以便发生问题时采取相应措施来控制混凝土表面裂缝的产生。测温工作从混凝土浇筑后12h开始，升温阶段每2h测一次，降温阶段每4h测一次，根据温度变化情况3~5d后，每8h测一次，当内部温度基本稳定且与最低大气温差小于15C时，测温工作结束。

《大体积混凝土施工规范》中规定：混凝土块体内外温差不得大于25C。而在大体积混凝土浇筑施工后，由于混凝土厚度远远超过规范限值要求，混凝土底板温度一般为70C~80C，在夏季，环境温度则在30C左右，将混凝土内部温度与表面温度（环境温度）的差值控制在25C以内则不现实。在进行温度控制时，应采用梯度式温差变化进行控制，而以底面与顶面温差变化控制为辅。具体梯度划分时以基础顶面50mm以下每隔1m,~1.5m为一个梯度，将第一梯度内的温度与混凝土底板的温差控制在25C。在养护时，采用“升温散热，降温保温”的原则，升温散热是当环境温度升高时，仅对混凝土表面进行保湿作业，而无需对混凝土表面进行保温处理；降温保温是当环境温度降低是时，对混凝土表面进行保温养护，以免因温差较大而在混凝土内部及表面产生较多或较大的收缩裂缝，从而影响基础混凝土的整体性和耐久性。

（十三）混凝土新技术的运用

（1）高强高性能混凝土的运用

①生产过程的质量控制

为了发挥高强度性能混凝土在裂缝防治中的重要作用，必须要根据工程所在地区的材料特点，制定专项质量控制措施。尤其是需要着重针对质量波动较大的粉煤灰、砂、石等，每车抽验关键指标。即便是对于质量相对稳定的$95矿粉、水泥、硅粉等，也需要按照国家标准监督质量，要全面的确保使混凝土的原材料稳定性能得到良好的控制，才能生产出高强高性能预拌混凝土，才能保证裂缝控制的质量。

②泵送性能及保持控制

根据实际的工程需要，针对建筑裂缝的特点，施工单位需要制备性能合适的混凝土。超高强度性能混凝土的施工速度较慢，确定泵送性能的保持时间，需要从实际工程出发，有些工程超高强高性能混凝土工作性能控制4h即可满足，裂缝工程的需要。

③生产过程的自动化控制、环保和效率问题

硅粉采用吨包运输，打开装入粉料罐。一般来说，超高强高性能混凝土可以使用3m3Sicoma从卧轴搅拌机搅拌，选择一次性投料工艺，以≤2.5m3每盘的容量生产，搅拌时间控制在90s时以内，此时，混凝土才可以过到匀质性。在进行连续生产的过程中，系统可在混凝土搅拌的同时，称配下一盘的原材料，7min可生产8m3混凝土。在这样的环保和高效率生产之下，必然能够提高裂缝工程的施工进度，也能够提高混凝土的质量，提高裂缝防治的效果。

（2）免振捣自密实混凝土施工技术

免振捣自密实混凝土具有高工作性能，主要表现为：高流动性、高抗分离性、高间隙通过能力和高填充性。

为保证裂缝施工工程的质量，免振捣自密实混凝土的配合比设计，需要应考虑的因素如下：

①掺入新型高效减水剂后，拌合物中砂浆的剪切应力显著降低，适宜的掺量和较低的水胶比条件下混凝土流动性好，且无离析现象。

②浆固比增大，拌合物流动性、间隙通过能力和填充性提高，强度增大但随浆固比提高，混凝土收缩值有增大趋势。浆体所占体积比率最佳范围是34%42%，可使混凝土具有良好的工作性能、力学性能及耐久性能。

③砂率值对间隙、通过性能影响较大，对混凝土硬化后的各方面性能影响不显著。砂率值在50%左右为最佳。

参考文献

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