大体积混凝土裂缝控制技术

李建兵

南通兆华建筑安装工程有限公司 江苏 南通 226002

[摘要]:本文介绍了根据大体积混凝土裂缝产生的机理及施工经验，从设计、优化险配合比、控制混凝土温升、延缓混凝土降温速率、浇筑方案、减少混凝土收缩和施工监测等几个方面综合实施抗裂技术等一系列措施，有效地防止基础大体积混凝土裂缝出现。

[关键词]: 大体积混凝土 裂缝控制

1、工程概况 盛世华城工程是集商业与公寓为一体的高层建筑，地下1层、地上17层，总建筑面积为12000㎡。其中人防基础为筏板板基础，地下室底板长198.1m、宽97.1m、厚度为1500mm，强度等级为C40，抗渗等级P12。该工程特点是一次浇筑混凝土量大，合理安排施工工序及控制底板混凝土裂缝产生为本工程的施工重点，对建筑物的结构安全显得尤为重要。

2、裂缝产生机理 大体积钢筋混凝土由于结构截面大、水泥用量多，硬化期间由于水泥水化时释放大量的水化热产生较大的温度变化和混凝土的收缩共同作用，由此形成的温度收缩力是导致钢筋混凝土产生裂缝的主要原因。

2.1 表面裂缝：大体积混凝土浇筑后，水泥水化热很大，使混凝土的温度上升。由于混凝土体积大，聚集在内部的水泥水化热不易散发，混凝土的内部温度将 显著升高。凝土表面则散热较快，这样形成较大的内外温差，使混凝土内部产生压应力，表面产生拉应力，当这个拉应力超过混凝土抗拉强度时，混凝土表面就会产生表面裂缝。

2. 2 贯穿裂缝：由于大体积混凝土降温引起变形，混凝土多余水分蒸发也引起体积收缩变形，当受到地基和结构边界条件的约束时，会产生很大的拉应力，该拉应力超过混凝土抗拉强度时，混凝土整个截面就会产生贯穿裂缝，成为结构性裂缝，带来很大的危害。

表面裂缝与贯穿裂缝两者有较大的联系，表面裂缝不属于结构性裂缝，但是在混凝土收缩时，由于表面裂缝处于断面削弱而产生应力集中，促使混凝土收缩裂缝的延展。

3、裂缝控制的方法 针对裂缝产生的原因，可从设计、优化混凝土配合比、控制混凝土温升、延缓混凝土降温速率、制定浇筑方案、减少混凝土收缩和施工监测等方面入手控制裂缝的产生和发展。

3. 1 设计构造方面 在底板外约束较大的部位设置滑动层，在结构应力集中的部位加抗裂

钢筋，作出局部加强处理，在必须分段施工的水平施工缝部位增设暗梁等。

3. 2 优化混凝土配合比 在底板混凝土浇筑前，根据工程具体情况，优选原材料，配制高性能混凝土。采用双掺法施工技术，在混凝土中同时掺加磨细矿渣粉和粉煤灰，以保证混凝土强度达到设计要求，同时又可改善混凝土的和易性，减少水泥用量，降低水泥水化热;经过多次对比试验，确定最优的混凝土配合比。

3.3 控制混凝土温升 假定在混凝土周围没有任何热损耗下，水泥水化产生的水化热全部转化为温升后的最后温度(最高绝热温升〉。其计算式为:

Tmax=W.Q/C.p 式 1

式中: Tmax一一最高绝热温升COC);

W一一一每千克水泥的水化热 (J/Kg);

Q 每立方米混凝土的水泥用量(Kg/m3);

C一一一混凝土的比热;

p 一一一混凝土的密度。

由于结构都处于散热条件下，最高温升值可根据经验公式来确定:

Tmax=To+Q/10+F/50 式2

式中: Tmax一一混凝土内部的最高温升值COC;)

To一一混凝土浇筑温度;

t一一每立方米混凝土的水泥用量( Kg/m3)

F一一每立方米混凝土的粉煤灰用量(Kg/m3)。根据以上两公式可通过以下方法来控制混凝土温升。

3.3.1 选用低热的水泥品种，可减少水化热，使混凝土减少升温。本工程选用矿渣硅酸盐水泥。

3.3.2外加剂:可掺加外加剂(如缓凝减水剂、JM-III膨胀剂等)，既可减少水泥用量，又可起到补偿收缩的作用，降低混凝土的水灰比，改善混凝土和易性与可泵性，延长缓凝时间，以控制混凝土后期收缩裂缝和抗渗等级

达到设计要求。本工程采用 JM-III膨胀剂。

3.3.3粗细骨料:采用以自然级配的粗骨料配制混凝土，因其具有较好的和易性、较少的用水量和水泥用量、较高的抗压强度。优选5-40mm石子，含泥量<1%，骨料中针状和片状颗粒含量<15%。细骨料采用中粗砂，含泥量<2%。

3.3.4控制混凝土的出机温度。石子和水对出机温度影响最大。如降低拌和水温度(加冰块或地下水)，骨料用水冲洗降温，避免曝晒等。

3.3.5控制浇筑入模温度。控制混凝土内外温差(应控制在250C以内)。

3. 3.6 可预埋冷却水管，通入循环水将混凝土内部热量带出。

3.4延缓混凝土降温速率 大体积混凝土浇筑后，为了减少升温阶段内外温差，防止产生裂缝，进行适当的保温和潮湿养护很重要。因在潮湿条件下可防止混凝土表面脱水产生干缩裂缝，使水泥顺利进行水化，提高混凝土的极限拉伸值。对混凝土进行保湿和保温养护，可使混凝土的水化热降温速率延缓，减少结构

内外温差，防止产生过大的温度应力和温度裂缝。

保温、保湿材料厚度可按下式计算:

δ =O.5HÀ (Ta-Tb)/λ 1(Tmax一Ta).K 式 3

式中:δ 一一养护材料所需的厚度(m);

λ一养护材料的导热系数 (w/m. k)(见表 1)À1一混凝土的导热系数，取 2.3w/ m. k; Tmax一混凝土中的最高温度 (OC)，按式2求得; Ta一混凝土与养护材料接触面处的温度 (OC;) Tb一混凝土达到最高温度时的大气平均温度(OC);K一传热系数的修正值(见表 2);H一一结构物的厚度(m)。

2、属于不易透风的保温材料有油布、帆布、棉麻毡、胶合板、装饰模板;属于容易透风的保温材料有稻草板、锯末、彤、子、炉渣、草袋等。

本工程养护采用混凝土浇筑及二次抹面压实后立即覆盖一层薄膜，终凝后再蓄水养护。

3.5 浇筑方案 为了控制现浇的混凝土贯穿裂缝的产生和发展，常采用以下三种方法:

3.5.1"放"的方法 减少约束体与被约束体之间的相互制约，以设置永久性伸缩缝的方法，将超长的现浇钢筋险结构分成若干段，以释放大部分变形，减少约束应力。一般伸缩缝间距为 30~40m。

3.5.2抗"的方法 采取措施减小被约束体与约束体之间的相对温差，改善配筋，减少混凝土收缩，提高混凝土抗拉强度等，以抵抗温度收缩变形和约束应力。

3.5.3“放、抗"结合的方法，大体积混凝土浇筑时，为保证结构的整体性和施工的连续性，采用分层浇筑时，在下层混凝土初凝前将上层混凝土浇筑完毕。

1.后浇法施工方法，在施工期间设置作为临时伸缩缝的后浇带将结构分成若干段，可有效削减温度收缩应力。在施工后期，将若干段浇筑成整体，以承受约束应力。"后浇带"间距一般为 20~30m，带宽1.Om左右。

2. 跳仓打施工方法，将整体结构按垂直施工缝分段，间隔一段，浇筑一段，经过不小于5d 的间歇后再浇筑成整体，(如条件许可，间歇时间可适当延长，则效果更好)，这样可削弱一部分施工初期的温差和收缩作用。

3. 全面分层施工方法，将结构分成若干个厚度相等的浇筑层。浇筑时从短边开始，沿长边方向进行浇筑。要求在逐层浇筑过程中，第二层混凝 土要在第一层混凝土初凝前浇筑完毕。

3.6减少混凝土收缩提高混凝土的极限拉伸值。

3.6.1混凝土浇筑 混凝土浇筑前对操作人员进行详细的技术交底。混凝土浇筑采用2台

混凝土输送泵车，合理布设泵管，尽可能减少拆、装、移工作，以保证均衡布料。各台泵车浇筑区域按预先划分区域布置，从远处向近处进行浇筑。浇筑时沿东西方向由北向南单向流水分段分层浇筑，每台泵泵送混凝土量为30-40m³/h，避免施工中的冷缝出现。

3.6.2混凝土振捣

振捣前先对振捣手进行培训，然后从中选派经验丰富的人员进行振捣作业。根据混凝土泵送时自然坡度，在每个浇筑段的前后布置三道振捣器，第一道布置在混凝土的卸料点，第二道布置在混凝土的中部，第三道布置 在混凝土的坡脚处。随着浇筑向前推进，振动器也相应跟上。在浇筑过程中，一定要控制好间歇时间，上层混凝土应在下层混凝土初凝之前浇筑完 毕，并在振捣上层混凝土时，振捣棒插入下层混凝土中5cm，消除上下层混凝土之间的接缝，确保混凝土质量。振捣时一定要严格按操作规程和技术。

交底操作，振捣做到快插慢拨，快插是为了防止上层混凝土振实后而下层 混凝土内气泡无法排出，慢拨是为了能使混凝土能填满棒上拔所造成的空洞。在振捣过程中，振捣棒略上下抽动，使混凝土振捣密实，插点要均匀，插点之间距离一般控制在作用半径的1.5倍约40cm，离开模板距离不大于作用半径 0.5倍。振捣采用单一的行列形式，不要与交错式混用，以免漏 振，振捣点时间要掌握好，不要过长，也不要过短，控制在20-30s之间，宜在混凝土表面泛浆，不出现气泡，混凝土不再下沉为止。在振捣过程中，不得触及钢筋、模板，以免发生移位、跑模现象。

3. 6.3 混凝土表面处理

混凝土浇捣密实找平后，用木抹子磨平搓毛2~3遍，使混凝土硬化过程初期产生的收缩裂缝在塑性阶段就予以封闭填补，以控制混凝土表面龟裂。在初凝前进行修整抹面用木抹子打磨压实，以闭合收水裂缝。

3. 7 施工监测浇筑大体积混凝土时，为了及时控制和掌握混凝土内外温差，以及校验计算值和实测值的差别，随时掌握温度动态，需要对混凝土内外温度进行监控。测温点沿浇筑高度布置在底部、中部和表面，测温孔布置每踌跨中设置一组，三个为一组，间距 500~800cm，一个测混凝土表面温度，一个测底板深1/2处的温度，一个测底板深3/4处的温度。测温孔用φ25的PVC 管将下段密封后预埋。同时管上端露出役板顶面100cm。

测温工作从混凝土浇筑后进入终凝时开始进行，温度上升阶段每2小时测温一次，同时检查混凝土表面情况并做记录(观察裂缝)，当混凝土开始降温后，每4小时测温记录一次，测温工作要求一人查数一人记录，必须仔细、认真、字迹工整，填全记录表中的内容。测温工作由专人进行，并及时将测温结果填入测温记录和传送给现场的施工技术人员，以便及时掌握混凝土浇筑后温度的变化，控制混凝土内部温度与混凝土表面温度(温差不超过25℃)，测量工具采用普通酒精或水银温度计。

本工程基础底板混凝土测温报告显示，混凝土浇筑后第二天内部温度达到最高60.8℃。但由于养护方法得当，温差均未超过25℃。通过测温结果曲线分析我们得知:混凝土浇筑后内部温度由低到高接近峰值的这一阶段升温很快，仅需两天左右就完成，平均每小时升温达 0.5~1℃。然而达到峰值前3~5℃却需10~15个小时，在温度峰值上一般要保持四至六天， 而后开始缓慢降温。基础底板内，各部位深度与温度成正比，从板面向下，深度值越大，混凝土养护期间内部升温达到温度峰值相对较高。相同的气候条件下基础底板的厚度值与混凝土内部可能达到的温度峰值成正比。混凝土最小截面值越小，可达到的峰值就相对越低。大体积混凝土虽采用了低碱低热的矿渣硅酸盐水泥，但因混凝土强度高水泥用量多，水化速度快， 虽然采取措施延长了初凝时间，但水化热的高峰并未有明显推迟。

4 结束语

盛世华城工程底板大体积混凝土由于施工前进行了周密考虑、精心安排，严格按照施工方案进行施工，达到了预期的效果。于2013年4月22日经对地下室人防工程验收，混凝土的表面没有发现可见裂缝，各项指标均达到规范规定的要求。