建筑结构施工大体积混凝土裂缝分析和控制

摘要：建筑工程大体积混凝土结构在施工过程中出现裂缝是一种普遍的现象，它最终影响结构的安全和正常使用，为保证施工质量，必须从结构设计、施工方面分析。

    关键词：大体积混凝土；裂缝；质量控制

  建筑工程中的混凝土结构是受力结构，在施工过程中主要是因温差和收缩使结构产生开裂。由于结构截面大，水泥用量多，水泥水化所释放的水化热会产生较大的温度差和收缩作用，导致钢筋混凝土结构产生裂缝。这种裂缝分为表面裂缝和贯通裂缝两种。这两种裂缝不同程度上都属有害裂缝。

1 裂缝控制的设计方面措施

    （1）大体积和普通混凝土的强度等级宜在C20～C35范围内选用。随着高层和超高层建筑物不断出现，混凝土的强度等级日趋增高，出现C40~C55高强混凝土，由于设计标号过高，水泥用量过大，使混凝土水化热过高，由于混凝土块体内部温度高，混凝土内外温差超过25℃及以上，温度应力容易超过混凝土的抗拉强度，产生开裂。而对于大体积混凝土底板应在满足抗弯及抗冲切计算要求下，采用C20—C35的混凝土，避免设计上强度越高越好”的错误概念。可以利用混凝土60d或90d的强度作为混凝土强度评定、工程交工验收及混凝土配合比设计的依据，这样可以减少混凝土中的水泥用量，以降低混凝土浇筑块体因水化影响温度升高。

    （2）大体积混凝土基础除应满足承载力和构造要求外，还应增配承受因水泥水化热引起的温度应力及控制裂缝开展的构造钢筋，配筋应采用小直径、小间距。一般直径8~12mm的钢筋和100~150mm间距是比较合理的。截面的配筋率应在0.3~0.5%之间。

    （3）避免结构突变（或断面突变）产生应力集中。转角和孔洞处增设构造加强筋。

    （4）大体积混凝土工程施工前，应对施工阶段大体积混凝土浇筑块体的温度、温度应力及收缩力进行验算，制订温控施工的技术措施。

2施工要点及质量保证措施

    为了有效地控制混凝土结构有害裂缝的出现和发展，可提高混凝土的极限拉伸强度、改善约束条件和设计构造等方面全面考虑，结合实际采取以下施工技术措施：

2.1降低水泥水化热和变形

    （1）采用低水化热或中水化热的水泥品种配制混凝土，如矿渣硅酸盐水泥、火山灰质硅酸盐水泥、粉煤灰水泥、复合水泥等。所用的水泥应进行水化热测定，水泥应不结块，符合质量标准并有质保书和复验单。

    （2）采用降低水泥用量的方法来降低混凝土的绝对温升值，可以使混凝土浇筑后的内外温差和降温速度得到控制，也可降低保温养护的费用，这是大体积混凝土配合比选择的特殊性。强度等级在C20~C35的范围内选用，水泥用量最好不超过380kg/m3。

    （3）粗骨料采用尽可能大粒径，但不宜大于40mm，所含泥土不得呈块状或包裹石子表面且含泥量不得超过1%。细骨料砂应选用中、粗砂且含泥量不得超过3%。外加剂应有质保书和复验单，配制计量要正确。国内当前用的掺合料主要是粉煤灰，可以提高混凝土的和易性，大大改善混凝土工作性能，同时可替代水泥，降低水化热。外加剂主要指减水剂、缓凝剂和膨胀剂。混凝土中掺入水泥重量0.25%的木钙减水剂，不仅使混凝土工作性能有了明显的改善，而且降低了水化热。一般泵送混凝土为了延缓凝结时间，要加缓凝剂，反之凝结时间过早，将影响混凝土浇筑面的粘结，易出现层间缝隙，为了防止混凝土的初始裂缝，宜加膨胀剂。

    （4）水应用不含有害物质的洁净水。

    （5）在基础内部预埋冷却水管，通入循环冷却水，强制降低混凝土水化热温度。

    （6）在厚大无筋或少筋的大体积混凝土中，掺加总量不超过20%的大石块，减少混凝土的用量，以达到节约水泥和降低水化热的目的。

    （7）在拌合混凝土时，还可掺入适量的微膨胀剂或膨胀水泥，使混凝土得到收缩补偿，减少混凝土的收缩裂缝。

    （8）改善配筋。为了保证每个浇筑层上下均有温度筋，可建议设计人员将分布筋傲适当调整。温度筋宜分布细密，一般用φ8钢筋，双向配筋，间距375px。这样可以增强抵抗温度应力的能力。上层钢筋的绑扎，应在浇筑完下层混凝土之后进行。

    （9）设置后浇缝。当大体积混凝土平面尺寸过大时，可以适当设置后浇缝，同时也有利于散热，降低混凝土的内部温度。

2.2降低混凝土温度差

    （1）选择较适宜的气温浇筑大体积混凝土，尽量避开炎热天气浇筑混凝土。夏季可采用低温水或冰水搅拌混凝土，可对骨料喷冷水雾或冷气进行预冷，或对骨料进行覆盖或设置遮阳装置避免日光直晒，运输工具如具备条件也应搭设遮阳设施，以降低混凝土拌合物的入模温度。

    （2）在混凝土入模时，采取措施改善和加强模内的通风，加速模内热量的散发。

2.3加强施工中的温度控制

  根据施工方案要求，混凝土浇筑前检查测温点布设情况及防止浇筑时损坏该设施，并建立测温点初始值。混凝土初凝前，落实二次泌水处理，克服由于早期脱水引起的裂缝，并适量浇水后覆盖薄膜，并落实保温措施。混凝土浇捣过程中以及养护期内，应严密监测混凝土内温度变化情况。自浇捣时起1~7d，每1h测定一次；第8~14d，每4h测定一次。控制混凝土的温差，当温差超过25℃时应督促施工方进一步落实加强保温措施。

  大体积混凝土养护一般不少于14d，并根据板中心混凝土温度变化及同条件养护的混凝土试块强度确定养护周期。

    （1）在混凝土浇筑之后，做好混凝土的保温保湿养护，缓缓降温，夏季应注意避免曝晒，注意保湿，冬期应采取措施保温覆盖，以免发生急剧的温度梯度。

    （2）混凝土浇完12h内，应先盖塑料薄膜一层后盖草包或麻袋两层、面再盖塑料薄膜一层进行养护。为避免内外温度过大，在混凝土温度升高时不宜在混凝土表面浇水。

    （3）采取长时间的养护，规定合理的拆模时间，延缓降温时间和速度，充分发挥混凝土的“应力松弛效应”。

    （4）加强测温和温度监测与管理，实行信息化控制，随时控制混凝土内的温度变化，内外温差控制在25℃以内，基面温差和基底面温差均控制在25℃以内，及时调整保温及养护措施，使混凝土的温度梯度和湿度不致过大，以有效控制有害裂缝的出现。

    （5）合理安排施工程序，控制混凝土在浇筑过程中均匀上升，避免混凝土拌合物堆积过大高差。在结构完成后及时回填土，避免其侧面长期暴露。

2.4改善约束条件，削减温度应力

    （1）采取分层或分块浇筑大体积混凝土，合理设置水平或垂直施工缝，或在适当的位置设置施工后浇带，以放松约束程度，减少每次浇筑长度的蓍热量，防止水化热的积聚，减少温度应力。

    （2）对大体积混凝土基础和岩石地基，或基础与厚大的混凝土垫层之间设置滑动层，如采用平面浇沥青胶铺砂、或刷热沥青或铺卷材。在垂直面、键槽部位设置缓冲层，如铺设30~50mm厚沥青木丝板或聚苯乙烯泡沫塑料，以消除嵌固作用，释放约束应力。2.5提高混凝土的极限拉伸强度

    （1）选择良好级配的粗骨料，严格控制其含泥量，加强混凝土的振捣，提高混凝土密实度和抗拉强度，减小收缩变形，保证施工质量。

    （2）采取二次投料法，二次振捣法，浇筑后及时排除表面积水，加强早期养护，提高混凝土早期或相应龄期的抗拉强度和弹性模量。

    （3）在大体积混凝土基础内设置必要的温度配筋，在截面突变和转折处，底、顶板与墙转折处，孔洞转角及周边，增加斜向构造配筋，以改善应力集中，防止裂缝的出现。

3混凝土的浇筑

3.1浇筑方法

    大体积混凝土宜采用斜面分层浇筑，一般为400~500mm为一层，根据各层的工程量及挠捣速度，正确计算混凝土输出量。以保证上下层混凝土的衔接时间都在初凝前完成。同时在上层混凝土振捣时，将振动棒插入下层表面下50mm左右使上下层连成一体。避免出现施工冷缝，施工现场重点注意以下部位：

    （1）落深和面积较大的承台部位、电梯和设备井坑、外墙板及水池墙板高低止水口部分。应在混凝土初凝前督促施工方进行二次泌水处理，克服混凝土早期脱水裂缝，检查混凝土平整度。检查现场测温落实情况，及时分析温度差变化，组织有关方面及时解决混凝土浇捣过程中出现的技术问题。

    （2）根据温度变化及时落实已浇捣至设计标高部分混凝土表面保温工作，保温塑料薄膜覆盖前必须完成二次泌水处理，减少混凝土表面裂缝，并浇水湿润。薄膜覆盖必须落实，薄膜内保留一定水分，其它保温材料根据温度变化分层覆盖。

    （3）基础承台混凝土浇筑过程中要采取措施，降低混凝土的入模温度，控制坍落度，控制坍落度的波动，不得加水，并要振捣密实。

    （4）混凝土浇捣方法从一个方向斜坡式分层连续浇捣，不留施工缝。

    （5）混凝土振捣采用上下、前后同时振捣的方法进行，即在混凝土浇筑点上下配备振捣棒操作工进行振捣。

3.2浇捣一般要求

    （1）混凝土自由倾落高度不应超过2m，否则应用串筒、溜槽，以保证混凝土不致发生离析现象。

    （2）振动棒快插慢拔。插点布置均匀排列，逐点移动，顺序进行，不应遗漏，移动间距一般不超过30~40mm。泵送混凝土浇筑速度准备足够的振动机械和人员。

    （3）浇筑混凝土时，应经常检查观察模板、钢筋、预留孔和埋件，发现问题及时纠正。

    （4）基础梁和板不能同时连续浇筑，在水平交接时，应适当间歇l~2h，待混凝土沉实再继续浇捣，以防‘吊脚”。3.3现场留置试块，试块制作应规范，试块抽取应有代表性，反映不同泵站及时间段混凝土强度。试块拆模后应及时送至标准养护室存放，并与施工现场同条件养护混凝土试块同步制作（按设计和施组要求）

4结束语

    在大体积混凝土的施工中，针对裂缝的防治，应在减小混凝士内外温差、优化配合比设计、改善施工工艺、提高施工质量、做好温度监测工作及加强养护等方面采取有效技术措施，坚持严谨的施工组织管理，才能最大限度的消除和减少裂缝的产生，使大体积混凝土的质量得到有效地保证。