大体积混凝土裂缝控制措施

2011-07-25张丽

山西建筑 2011年33期

张丽

1 概述

大体积混凝土由于截面大，水泥用量大，水泥水化释放的水化热会产生较大的温度变化，由此形成的温度应力是导致裂缝产生的主要原因。大体积混凝土浇筑初期，水泥水化产生大量水化热，使大体积混凝土的温度很快上升。但由于大体积混凝土表面散热条件较好，热量可以向大气中散发，因而温度上升较少;而大体积混凝土内部由于散热条件较差，热量散发少，因而温度上升较多，内外形成温度梯度，形成内外约束。结果大体积混凝土内部产生压应力，面层产生拉应力，当该拉应力超过混凝土的极限抗拉强度时，大体积混凝土表面就产生裂缝。

2 原因分析

1)水泥水化热的影响。水泥水化热是大体积混凝土内部热量的主要来源。由于大体积混凝土截面尺寸大，水化热聚集在结构内部不易散失，会引起急骤升温。水泥水化热引起的绝热温升，与混凝土单位体积内的水泥用量、品种有关，并随着龄期增长，一般在7 d左右达到最终绝热温升，但由于结构自然散热，实际上混凝土内部的最高温度，大多发生在混凝土浇筑后的3 d～5 d。

2)混凝土收缩的影响。混凝土在空气中硬结时体积减小的现象称为混凝土收缩。混凝土在不受外力的情况下的这种自发变形，受到外部约束时，将在混凝土中产生拉应力，使得混凝土开裂。引起混凝土的裂缝主要有塑性收缩、干燥收缩和温度收缩三种。在硬化初期主要是水泥石在水化凝结过程中产生的体积变化，后期主要是混凝土内部自由水分蒸发而引起的干缩变形。

3)外界温湿度变化的影响。大体积混凝土结构在施工期间，外界气温的变化对大体积混凝土裂缝的产生起着很大的影响。混凝土内部的温度是由浇筑温度、水泥水化热的绝热温升和结构的散热温度等各种温度叠加之和组成。浇筑温度与外界气温有着直接关系，外界气温愈高，混凝土的浇筑温度也就会愈高;如果外界温度降低则又会增加大体积混凝土的内外温差。如果外界温度的下降过快，会造成很大的温度应力，极易引发混凝土的开裂。另外外界的湿度对混凝土的裂缝也有很大的影响，外界的湿度降低会加速混凝土的干缩，也会导致混凝土裂缝的产生。

3 防止裂缝产生的措施

3． 1 优选混凝土各种原材料，优化施工配合比

1)水泥的选择。既然大体积混凝土产生裂缝的主要原因就是水泥水化过程中释放了大量的热量，那么在大体积混凝土施工中应尽量使用低热或者中热的矿渣硅酸盐水泥、火山灰水泥，并尽量降低混凝土中的水泥用量，以降低混凝土的温度，提高混凝土硬化后的体积稳定性。

2)骨料的选择。在选择粗骨料时，可根据施工条件，尽量选用粒径较大、质量优良、级配良好的石子。既可以减少用水量，也可以相应减少水泥用量，还可以减小混凝土的收缩和泌水现象。在选择细骨料时，采用平均粒径较大的中粗砂，从而降低混凝土的干缩，减少水化热量，对混凝土的裂缝控制有重要作用。

3)掺合料和外加剂。掺加适量粉煤灰和矿粉，可减少水泥用量，从而达到降低水化热的目的。掺加合适的缓凝、减水和引气型的复合外加剂，它可有效地降低水泥用量，增加混凝土的流动性，改善拌合物和易性，同时可延缓水化热释放速度，从而可降低水化热。

4)优化混凝土配合比。在进行配合比设计时，在保证混凝土强度及良好工作性能的情况下，应尽可能地降低混凝土的单位用水量，采用低坍落度、低水胶比和高掺合料的施工配合比，生产出高强、高韧性、低热的抗裂性能好的混凝土。

3． 2 施工控制措施

1)控制混凝土入模温度。入模温度的高低与出机温度密切相关，另外还与运输工具、运距、转运次数、施工气候等有关。在温度较高的情况下进行施工，可以在施工现场对堆在露天的砂石用布覆盖，以减少阳光对其的辐射，同时对浇筑前的砂石用冷水降温。如果是在冬季进行施工，因为要防止早期混凝土被冻问题，所以要求混凝土浇筑时应该具有较高的浇筑温度。在浇筑混凝土以前还应该对基础及新混凝土接触的冷壁用蒸汽预热，对原材料应视气温高低进行加热。

2)混凝土浇筑与养护。a．混凝土的浇筑方法可用分层连续浇筑或推移式连续浇筑，并应符合下列规定:混凝土的摊铺厚度应根据所用振捣器的作用深度及混凝土的和易性确定，当采用泵送混凝土时，混凝土的摊铺厚度不大于600 mm;当采用非泵送混凝土时，混凝土的摊铺厚度不大于400 mm。分层连续浇筑或推移式连续浇筑，其层间的间隔时间应尽量缩短，必须在前层混凝土初凝之前，将其次层混凝土浇筑完毕。层间最长的时间间隔不大于混凝土的初凝时间。b．混凝土浇筑完毕后，应及时按温控技术措施的要求进行保温养护，并应符合下列规定:保温养护措施，应使混凝土浇筑块体的里外温差及降温速度满足温控指标的要求;保温养护的持续时间，应根据温度应力加以控制、确定，但不得少于15 d，保温覆盖层的拆除应分层逐步进行;在保温养护过程中，应保持混凝土表面的湿润。

3． 3 混凝土温度监测

为了测量出混凝土内部温度，在混凝土中预埋测温管，用水银温度计测温，或埋入测温导线利用建筑电子测温仪进行测温。上下层温差控制在25℃之内。监测结果能及时反馈现场大体积混凝土浇筑块体内部温度变化的实际情况，以及所采用的施工技术措施的效果，为工程技术人员及时采取温控对策提供科学依据。

3． 4 健全施工组织管理

在制订技术措施和质量控制措施的同时，还需落实组织指挥系统，逐级进行技术交底，做到层层落实，确保顺利实施。

4 工程实例

山西兆光发电二期工程2×600 MW机组3号机组汽轮发电机基础底板混凝土强度等级为C35。基础尺寸为长36．65 m，宽16．5 m，高3 m，混凝土工程量为1 815 m3。

4． 1 原材料选择及施工配合比

1)原材料选择。水泥选用海鑫牌P．S42．5;砂子选用水洗砂，含泥量在2．5%以下，细度模数2．8，级配良好;碎石选用5～31．5连续级配，含泥量在1．0%以下;掺合料为Ⅱ级粉煤灰;外加剂为HZ-4复合泵送剂，缓凝时间6 h～8 h。

2)施工配合比。经过多次试配，确定如表1所示配合比，既能满足强度要求，又有良好的工作性能，坍落度为140 mm～160 mm。

表1 施工配合比

4． 2 混凝土主要施工方法及温度监测

1)混凝土浇筑时从短边的一端向另一端逐步推进，采用斜面分层法，分层厚度为250 mm～300 mm。浇筑时采用插入式振捣器，插点间距控制在450 mm左右，且掌握插点间深度，做到快插慢拔，在振捣上一层时应插入下一层中5 cm左右，以消除两层的接缝，同时在振捣上一层时，要在下一层初凝之前进行。浇筑完毕表面用木抹子搓平，压实压光(特别是二次压面)，并及时覆盖保温养护，顶面及侧面均用一层塑料布、两层棉被保温(当时最低气温在-5℃左右)。2)汽机基座底板测温点布置6组，每组均埋入距离结构表面15 cm、结构中部及距离结构底面15 cm三根测温导线。浇筑完毕12 h后开始测温，前3天为每2 h测一次，待温度变化缓慢时每4 h～6 h测一次。根据测温记录，当时混凝土内部最高温度为58．5℃，温差未超25℃。3)待混凝土温度与大气温度接近时拆除模板，经业主、监理共同验收，未发现底板混凝土结构裂缝，给予很高的评价。