大体积混凝土裂缝施工控制措施

2011-08-15黄馨

山西建筑 2011年19期

黄馨

当前，随着高层建筑、大型场馆、大跨径桥梁日益增多，大体积混凝土的应用也日益广泛。大体积混凝土结构的截面大，裂缝一般在混凝土浇筑后短期内形成，此时设计荷载尚未作用于结构上，因此由外荷载引起裂缝的可能性很小。由于水泥的水化作用是放热反应，大体积混凝土自身又具有一定的保温性能，因此其内部温度升幅较其表面大，而在混凝土升温峰值过后的降温过程中，内部降温速度又比其表层慢，在这些过程中混凝土各部分的温度变形及由于其相互约束及外界约束的作用而在混凝土内产生的温度应力是相当复杂的。一旦温度应力超过混凝土所能承受的拉力极限值，混凝土就会出现裂缝。本文分析了大体积混凝土的裂缝原因并且提出了裂缝控制的技术措施。

1 大体积混凝土的定义

大体积混凝土目前定义各国标准不尽统一，美国混凝土学会规定:任何现浇混凝土，其尺寸达到必须解决水化热及随之引起的体积的变形问题，即最大限度减小开裂影响的，即称为大体积混凝土。日本建筑学会规定是结构断面最小尺寸在80cm以上，水化热引起混凝土内的最高温度和外界气温之差，预计超过25℃的混凝土，称为大体积混凝土。我国《混凝土结构工程施工及验收规范》认为，建筑物的基础最小边尺寸在1 m～3 m范围内就属于大体积混凝土。

2 裂缝产生的原因

大体积混凝土结构往往容易产生各种各样的裂缝，按裂缝的方向形状分为:水平裂缝、纵向裂缝、横向裂缝、斜向裂缝以及放射状裂缝等。按裂缝深度分为:贯穿裂缝、深层裂缝以及表面裂缝等。裂缝的产生是由多种因素引起的，其主要影响因素如下。

2.1 水泥水化热的影响

水泥水化热过程中放出大量的热量，且主要集中在浇筑后的7 d左右。一般每克水泥可以放出500 J左右的热量。如果以水泥用量350kg/m3～550kg/m3来计算，每立方米混凝土将释放出17500 kJ～27500 kJ的热量从而使混凝土内部温度升高。尤其对于大体积混凝土来讲，这种现象更加严重，因为混凝土内部和表面的散热条件不同，因此混凝土中心温度很高。这样就会形成温度梯度，使混凝土内部产生压应力，表面产生拉应力，当应力超过混凝土的极限抗拉强度时混凝土表面就会产生各种裂缝。

2.2 外界气温湿度变化的影响

大体积混凝土结构在施工期间，外界气温的变化对防止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，外界气温越高，混凝土的浇筑温度也愈高;如果外界温度降低则又会增加大体积混凝土的内部温度梯度。如果外界温度下降过快，会造成很大的温度应力，极其容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。

2.3 混凝土收缩的影响

混凝土在空气中结硬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(支承条件、钢筋等)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固结硬过程中产生体积变化，后期主要是混凝土内部自由水分蒸发而引起的干缩变形。

2.4 其他因素的影响

建筑物基础的不均匀沉降也会产生裂缝，这种裂缝会随着基础沉降而不断的增大，待地基下沉稳定后，将不会变化。混凝土配合比不良会造成混凝土塑性沉降裂缝，一般是混凝土配合比中，粗骨料级配不连续、数量不够，砂率及水灰比不当所造成的裂缝。水泥中的碱与活性骨料中的活性氧化硅起化学反应也会产生裂缝。

3 大体积混凝土施工采取的裂缝控制措施

大体积混凝土裂缝控制技术措施应着重于降低混凝土内部的最高温度，延缓降温速率，减少内外温差，减少混凝土收缩，提高混凝土极限拉伸力等方面。常用的技术措施包括从设计到施工和后期养护的全过程。

3.1 降低水泥水化热

采用中低水化热的水泥，混凝土配合比采取“双掺”技术，可有效地改善混凝土的性能，提高混凝土的可泵性，降低混凝土的温度，有效控制混凝土裂缝的开展。1)选用中低水化热的水泥，如矿渣硅酸盐水泥、火山灰硅酸盐水泥或粉煤灰水泥等。2)充分利用混凝土的后期强度，减少水泥用量，1 m3混凝土减少10kg水泥的用量混凝土水化温度降低1℃。3)尽量选用粒径大且级配良好的粗集料，掺合粉煤灰等掺合料，掺加减水剂。4)在不影响钢筋布置的情况下，掺入不超过总体积20%的石块。5)在混凝土内部预埋冷却水管通入循环冷却水带走一定的热量。

3.2 改善约束条件

1)分层分块浇筑，合理设置施工缝及后浇带，放松约束条件并减少水化热的聚集，对于平面形状不规则超长的大体积钢筋混凝土底板，能否一次浇筑不留施工缝，要根据实际施工条件和施工工艺综合分析。2)对大体积混凝土基础，可在与岩石地基或混凝土垫层之间设置滑动层或隔离层用以消除嵌固作用，释放约束。3)在水平施工缝等重点部位采取两次振捣，可有效避免混凝土表面产生蜂窝、麻面、露筋等通病。

3.3 降低混凝土入模温度和加强施工中温度控制

严格控制混凝土入模温度，严格的保温、测温措施是保证混凝土浇筑的关键。采用的技术措施有:

1)夏季砂石材料应避免阳光直晒，并可喷冷水雾或冷气预冷低温水或冷水搅拌混凝土，运输过程中应避免日晒;2)保证模内通风，加速模内热量散发;3)掺入缓凝型减水剂避免水化热集中产生;4)混凝土浇筑后，要保温长期养护，缓慢降温避免内外温度湿度梯度过大;5)加强测温控温，及时调整保温养护措施，将混凝土内外温度差控制在25℃以下;6)合理安排施工顺序，使浇筑的混凝土均匀上升避免过大高差。

3.4 提高混凝土的极限拉伸度

1)选择良好级配的粗集料，严格控制砂石含泥量，可掺入适量的膨胀剂，振捣要紧密。2)采用二级投料法加强早期养护。3)根据大体积混凝土的形状，在易发生裂缝部位配构造钢筋，承受相应的收缩拉应力。

4 工程应用

西安智湖拱桥基础采用扩大基础，基础底板采用整体基础，板厚1.5 m，平面尺寸为 31.2 ×71.2，埋深约 2.0m，底板底层配筋Φ16@20双层双向钢筋，底板混凝土设计强度为C25，混凝土量约为3332 m3。设计要求底板一次性浇筑，不留施工缝。

4.1 施工措施

1)选用低水化热的矿渣硅酸盐水泥。2)选用粒径在5mm～31.5mm连续级配的碎石。3)掺加缓凝减水剂，掺量为0.7%～1.5%。4)设计要求底板一次性浇筑，但由于施工条件限制，无法一次性浇筑，因此采用分块浇筑，施工缝留在离桥墩较远处，并采用将施工缝处表面凿毛，清除泥浆及松动碎石，凿入深度为新鲜骨料露出1/3，并湿润、清洗干净，然后浇筑施工缝混凝土。5)混凝土浇筑时，在搅拌机出料口采用风扇降温，并提前采取措施为砂石料降温。