大体积砼裂缝控制的有效措施

2017-03-08张治国

绿色环保建材 2017年12期

关键词：骨料体积水泥

张治国

湖北中阳建设集团有限公司

大体积砼裂缝控制的有效措施

张治国

湖北中阳建设集团有限公司

随着我国经济蓬勃发展，科技迅速腾飞，在建筑领域所运用的技术也越来越完善，社会的基础建设力度加大，越来越多的建筑采用大体积砼施工，同时应运而生的还有部分在大体积砼施工中极易出现的常见问题，例如如何对砼裂缝进行有效的控制等，砼产生裂缝会逐渐腐蚀砼内部的钢筋，对砼结构的安全性造成威胁，所以要想保证建筑的安全，保障工程质量，就要解决砼裂缝的问题，对砼的裂缝将有效控制。

大体积砼；裂缝；控制措施

1 前言

钢筋砼的结构，材料经济实惠、施工方便、而且受力效果强、可塑性强、装饰性大，等众多特点，所以在工程技术中受到广泛使用，工程建设项目中占据了主导地位的砼是由多种材料凝结而成，砼的特性及施工操作不当等原因，使施工中砼产生裂成为一种很常见的问题，大体积砼的制作使这些特性和问题更加突出，产生裂缝可能性更大，对裂缝预防难度也更大，但是砼裂缝一旦形成，对于整体结构的受力危害极大，直接影响着砼建筑的安全性，消弱砼的承载能力，所以如何去除砼开裂的现象是一个十分值得研究的问题。

2 裂缝的成因

在拌制和浇筑混凝土过程中，剧烈的化学反应产生了大量的热量，而且内外温差较大，由于物体热胀冷缩的特性，导致砼结构产生拉升或压缩的应力，当超出砼的性能时，裂缝就会产生。在高温季节，高标号水泥和过多的水泥用量将导致过高的温升，在外界气温下降后将产生较大的温差，失水养护和长期暴露也将导致较大的收缩，当温度收缩应力超过其抗拉强度，就会引起结构开裂。[1]

3 大体积砼裂缝预防措施

根据大体积砼产生裂缝的几个主要原因，主要从以下几点进行预防：减少拌制和浇筑过程中热量的大量产生或控制热量的释放速度、控制降温速度缓解内外温差、对有害裂缝尽可能避免和及时修复。对于预防裂缝的产生要采用以防为主、采用温控技术，在块体基础的设计、砼材料的选择、配合比设计、拌制、运输、浇筑、砼的保温养护、施工过程中加强对温度监测、控制和管理，可以具体从以下几方面入手。

3.1 原材料

(1)水泥

①大体积砼的施工过程因为使用水泥的量较多，同时内部散热较困难，极易导致内外温差较大。在选择水泥时，不仅要尽可能选择产生热量较少的水泥，同时应在合理的范围内尽可能减少水泥的配比。水泥用量越少，参与水化反应的物质量越小，进而产生的热量也相应减少。

②浇筑大体积砼的水泥应符合以下要求，三天的水化热值应在240kj/kg以内，七天的水化热值应在270kj/kg以内，因此应尽可能避免使用水化热较高的水泥。

③当大体积砼需要具备抗渗能力时，应选择铝酸三钙含量在8%以内的水泥。

④搅拌站在水泥入机前应对温度进行严格检验和控制，温度不能超过60℃。

(2)掺合料及外加剂

为了减少混凝土拌制时热量的产生，可以采用掺入适量的

掺合料或外加剂。目前国内外类似工程中在拌制混凝土时会适量加入粉煤灰来代替水泥，不仅极大地减少了热量的产生，而且对混凝土的流动性、粘聚性和保水性得到极大的改善。对于粉煤灰和矿渣粉的掺入量应严格控制，避免过多导致大体积砼的性能受到影响，通常只掺入粉煤灰时，其用量不能超过水泥用量的40%，只掺入矿渣粉时不超过水泥用量的50%，粉煤灰和矿渣粉都掺入时，总量应小于水泥用量的50%。

宜采用高性能减水剂与缓凝剂等外加剂。减水剂通过减少水泥的使用可以降低灰水比，使发热量大为减少，同时放热峰值产生时间延缓，使温度裂缝的产生得到极大的缓解。

(3)粗骨料

①基本要求

A砼粗骨料的最大粒径选择要符合连续级配的。不宜用单一的单粒级配制砼。

B砼的粗骨料的选择应考虑砼的施工位置、水泥特性、抗压能力需求等。

C当前施工中很多都采用第三方的预拌混凝土，粗骨料的粒径过大会对泵送产生不利影响，因此最好不超过40mm。

D参照（GB50204）的规定，为避免对砼的形状和均匀性造成影响，粗骨料的最大粒径应综合砼结构截面的最小边长和内部钢筋的净间距进行考虑，不超前者的1/4，不超过后者的3/4。同时对于泵送的情况，粗骨料采用碎石时，粒径与泵内部管径的比值控制在1/3以内，如果使用卵石做骨料，比值在1/2.5以内。

E应选用非碱活性的粗骨料。

(4)细骨料

浇筑大体积砼所用的细骨料主要是砂，应对砂的参数严格把关，选用的中砂的细度模量应超过2.3。选用的中、粗砂细度模数为2.79，平均粒径0.381mm，他比采用细砂（细度模数为2.12，平均粒径0.336mm时），每立方米砼的原材料中，用水量和水泥用量都大幅减少了约20～25kg和28～35kg，使水化热的产生量也相应减少，从而减少了因干缩产生的裂缝。

(5)砂、石料的含泥量控制

骨料中的含泥量过大时，不仅会加剧砼的收缩使砼易产生裂缝，而且使砼的抗拉性能受到极大影响，极可能产品不满足工程要求。因此必须对骨料中的含泥量进行准确检测和把关。通常石子和黄沙中含泥量应分别控制在1%和2%以内。

(6)其他规范中的要求

①所配置的砼拌合物，应充分保证其流动性和粘聚性，浇筑前坍落度在160mm内；

②拌合水的用量不能过大，应控制175kg/m3以内；

③水胶比不宜大于0.5；

④砂率宜为35%～40%。

⑤当运输或泵送环节发现拌合物缺水时，禁止直接注水。

3.2 控制砼出机温度及浇筑温度

加强砼的出机和浇筑温度控制，能够使砼的总温升得到较大的改善，是避免砼裂缝中的重要环节。

(1)砼拌合物的出机温度管控

①根据施工经验和相关试验表明拌合用的石子每升高1C°则使砼出机温度升高0.342C°；

②根据相关试验计算水每升高1C°则使砼出机温度升高0.313C°；

③根据相关试验计算砂每升高1C°则使砼出机温度升高0.258C°；

④根据相关试验计算水泥每升高1C°则使砼出机温度升高0.088C°；

⑤由此可以看出，虽然粗骨料石子的重量占总重量的比例很大，但是比热值较小，而砼中水的重量虽然不大，但是比热较大。通过对比可以发现，原料的温度对砼的温度影响程度为石子/水＞细骨料砂＞水泥，因此，当气温较高时，应采用遮阳篷等设施减少砂石因太阳照射而温度过高，必要情况下可以喷洒水雾进行降温处理。当水温较高时可以放入冰块降温。并合理选择施工时间减少外界对拌合物温度产生的影响。

(2)控制浇筑温度

①砼入模温度不宜大于30℃，砼浇筑体最大温升值不宜大于50℃。

②砼从搅拌机出料后，需要经过专用车辆运输运输、泵送，施工等多道工序，距离远、暴露时间长，温度容易被外界因素影响。高温时间特别是夏季应减少施工或采取相应的降温措施，当环境温度高于30℃时（模板及内部敷设钢筋及周围温度不超过40℃），为了有效控制浇筑时的温差和冷量损失进而减少裂缝的产生，应采取如下措施：

A泵车水平输送管在太阳的照射下，温度会升高进而对内部的砼温度产生影响，可以将管道外铺设草袋等遮蔽物，同时定时使用冷水进行降温，通过蒸发吸热减少温度的影响。

B为了减少砼收到外界高温的影响时间过长，应采取措施如加大泵送量，提高浇筑施工效率。

3.3 砼的施工

(1)大体积砼的浇筑应符合下列规定

①大体积砼的浇筑过程工作量和工作时间都较大，因此需要对浇筑细节进行管控。浇筑层厚度应结合震捣器的性能及砼的流动性、粘聚性等参数来确定，通常整体连续浇筑时，层厚度应在300～500mm范围内，实体厚度控制在2m以内。对于大体积砼在浇筑综合能力不足时应采取整体推移式连续浇筑法进行施工。

②对于大体积砼采用分层连续浇筑或推移式连续浇筑法施工时，应对两层间的施工时间间隔严格控制，在前层砼初凝前应确保此层浇筑完成，以保证各层间的连续性。砼的初凝时间的准确性十分重要，需要通过试验确定（可要求商砼供应单位完成，并提交具体时间参数；也可在施工现场使用贯入阻力法进行测定，砼初凝时贯入阻力大小为3.5MPa），当此层浇筑时间超过前层初凝时间后，两层之间需要按照施工缝进行处理。

③砼的浇筑应沿长边方向从低向高的方向进行，当砼供应充足时，可以分成若干段同时作业。

④砼浇筑宜采用二次振捣工艺，浇筑面应及时进行二次抹压处理。

(2)裂缝产生的原因及应对方法

砼的抗压性能较强，但是抗拉强度较差，原料及浇筑、保养各种因素都对砼的抗拉性能影响较大。通常内部均匀密实的砼抗拉性能较好。试验表明质量不佳的砼的极限拉伸能力3～5*10-7，在正常质量条件下约为8～10*10-7，在优良质量条件下，约为12～15*10-7。

A坍落度的管控，大体积砼施工实践证明，如果能提高搅拌车卸料落差（垫筑搅拌车卸料台，提高其卸料高度），保证卸料的连续性，能够使砼的坍落度减少到约10cm，此时应对泵车和搅拌车的数量和布局进行优化，确保一台搅拌车卸料完毕，后一台可以立刻有效衔接。如果过分追求台班产量，而忽视坍落度的控制，那么会导一次运输的水泥用量大增，热量控制较为困难，对大体积砼的质量和性能极其不利。

B砼的浇筑，为了浇筑用的砼较为均匀，泵车在卸料前需要高速运转一分钟时间才能供料。在上层钢筋表面铺设补料，同时保证角度在8到10度左右，使布料作为砼的流动平台，自下而上地完成砼的浇筑作业，这种方式能减少砼的暴露面，使受到的温度影响极大的减小。

C排除泌水，流动性较大的砼中含水量较大，浇筑时形成泌水，在基础底层施工时应该考虑到砼的浇筑顺序，所以垫层施工时应略带有一定的坡度。泌水向下集中到坑底，通过模板两侧的预留孔排出，未排出的又会被砼挤向上层，最后通过顶端的流水孔排出。当接近大坡面顶端浇筑时，需要将施工方向调整为从顶端向前，使最后一部分泌水进入柱基预留洞内，用软轴泵及时排除。及时排除泌水，有利于提高砼质量和抗裂。

D拆模时间的管控对预防裂缝产生也十分重要。大体积砼的内部温度远较外部高，过早拆模后会导致内外温度的降温速度差别较大，进而使内外的温度差异较大，使表面形成较大的拉扯，当超出拉力性能就会产生裂缝。因此应保证大体积砼浇筑后拥有足够的拆模时间。

此外拆模后为避免表面水分的过度流失而引发裂缝。因此应综合考虑拆模时间并做好准备工作，使拆模后尽快进行回填土。地上的砼结构应及时装饰减少暴露时间，或对表面采取必要的加湿措施。

3.4 温控施工现场的监测

(1)大体积砼施工时，应重视温度监测工作，并应符合下列要求：

①砼入模前应确保温度不超过30℃，同时砼浇筑体最大温升不超过50℃；

②在浇筑完毕的12小时内，需要对砼采取严格的保温保湿措施；

③在浇筑后的养护阶段，应加强对砼内外温度的监控，确保砼表面温度与表面向内延伸的40～100mm处的温度差值不应大于25℃；此外砼浇筑体表面温度与外界气温的插值应控制在20℃内，当实测值≤20℃时，才可以结束养护作业，进行覆膜拆除和拆模作业，但还需要在未来的14天内坚持保湿养护。

⑤同时应确保内部相邻两个监测点的温差不超过25℃

⑥砼降温速率不宜过快，控制在2.0℃/d。

（2）对于大体积砼的温度检测频率应遵守以下几点：

①前四天每次温度检测间隔不能超过4小时；

②第五至第七天每次温度检测间隔不能超过8小时；

③第七天至测温结束，至少每12小时一次；

④砼浇筑体表面以内40～100mm位置温度与环境温度的差值小于20℃时，可停止测温。

3.5 养护工作

①大体积砼浇筑后的养护期间如果养护不当也会产生裂缝，应加强对其的温度、湿度的控制，避免变化过快，过大。保温养护的主要目的有以下几点：

A减少单位时间内砼表面的热量损失，避免表面温度下降过快，引发表面收缩对内部形成挤压。

B延长砼浇筑件的整体散热时间，确保在适宜的温度和湿度条件下，为砼内部的化学反应提供较好的条件和充足的时间，使砼的抗拉性能得到改善，当承受外力时，减少裂缝的产生。

②砼的保湿养护工作应得到充分重视，经常对其状态进行检查，确保表面湿度，同时检查覆膜和保护层的完好度。

③为避免拆除保护层后表面温度与外界气温差异过大，应分层进行拆除，当温差小于20℃时，可全部拆除；

④在砼初凝前，应做好保湿措施，如喷雾和覆盖塑料薄膜。

⑤用于覆膜的材料应注意其稳定性和安全性，通常可以选择塑料薄膜或麻袋等，在外界温度较大、风力较大时时应搭设遮阳篷或挡风设施。同时加强对温度的检测，当温度出现急剧变化时及时采取应急措施。

⑥对于不方便施工的场所，其侧模、底模的保温措施应提前在工艺中进行完善。

⑦养护工作的重点为控制表面湿度和温度的变化。通常可以将保温和保湿综合考虑制定保养方法。保温的作用在于：1减少大体积砼的表面散热量，避免温度变化过快导致表面裂缝；2使砼的强度和材料特性有足够的时间得到强化，避免产生贯穿性裂缝。保湿的主要目的在于：1在硬化过程中避免表面失水过快过多从而干裂；2适宜的温度和湿度条件下，使水泥内部的化学反应充分完成，对提高各个阶段砼的极限拉伸和抗拉强度有极大的帮助，特别是早期的抗拉能力提高能有效减少裂缝的产生。