大体积混凝土结构裂缝控制措施

　　摘要：大体积混凝土施工过程中容易出现裂缝是现代工业与民用建筑中普遍存在的问题，本文结合作者多年的施工经验，从裂缝出现的机理入手，针对性地提出一系列关于大体积混凝土裂缝的控制措施和方法，以供广大工程技术人员参考。
　　关键词：大体积混凝土；结构裂缝；起因分析；控制技术
　　随着我国建筑业的迅速发展，在现代工业与民用建筑中，大体积混凝土的使用规模日趋扩大，其结构形式也日趋复杂，而大体积混凝土的裂缝控制问题也是一项困扰工程界多年的技术难题，许多国家为此甚至成立了专门的研究机构，探讨其控制措施，得到的理论成果颇多，但在工程实践应用中仍然缺乏成熟的规范和理论依据，本文根据作者多年的施工经验，在论述裂缝出现机理的基础上，提出一系列的施工方法来控制大体积混凝裂缝的出现，希望这些方法能为广大工程技术人员提供有益的参考。
　　1、混凝土结构裂缝的起因
　　引起混凝土结构开裂的原因较复杂，正常情况下主要可分为两大类，即外荷载作用和变形作用，这两种作用可称为“第一类荷载”和“第二类荷载”。据国内外大量研究表明：由于“第二类荷载”即“变形荷载”而引起的裂缝约占80％以上，故本文主要论述“变形荷载”对结构裂缝的影响和控制措施；变形作用主要包括：温度变化、生产热源、水泥水化热引起的温度变形作用（收缩和膨胀变形）；地基不均匀变形作用（水平变形和垂直变形）等。
　　在制订大体积混凝土施工方案时，最关键的问题是要注意控制在施工大体积混凝土时易出现混凝土裂缝的问题，而产生裂缝的原因一般是温度裂缝和收缩裂缝。研究表明，当混凝土内外温差为10℃时，产生冷缩值约0.01%；当温差达20～40℃时，其冷缩值则为0.02%～0.04％，这是大体积混凝土开裂的主要原因。 
　　从材料方面看，水泥水化热为167～251J/g，对于大体积混凝土来说，就存在蓄热与放热的过程，从而在混凝土内外就会形成较大的温差，混凝土绝热温升一般可达到50～80℃，于是与环境温度就出现温差效应，持续放热时间可达30～60d。
　　大体积混凝土在初凝前，由于受钢筋限制，混凝土存在不同程度的均匀下沉，在钢筋接触处就会产生沉降缝；混凝土水分蒸发后，由于混凝土表面的干缩受到中心部混凝土的约束而产生拉应力，也会出现裂缝。另外，混凝土的配合比不当也容易引起裂缝，研究表明：混凝土的强度对水灰比的变化亦非常敏感，基本上是因水和水泥计量变动而引起强度变化的叠加。故在浇捣前，严格控制商品混凝土的水灰比和坍落度就显得尤为重要。
　　2、裂缝控制要求
　　从钢筋混凝土结构的受力特点上看，混凝土结构在受力阶段出现裂缝是不可避免的，因此在结构正常使用极限状态下，《混凝土结构设计规范》（GB50010一2002）一般也不要求限制混凝上结构裂缝的出现，只要求控制裂缝的宽度，做到不影响建筑物的安全使用性能和使用功能即可，裂缝控制的具体界限由各种建筑物的使用要求所决定，使用要求包括：承载力允许变形、防水、防射线、防腐蚀以及外观等。一般情况下以构件使用的耐久性要求为主，对用HPB235、HRB335、HRB400级钢筋配筋的混凝土构件，当处于露天或室内高湿度使用环境时裂缝宽度的限值为0.10mm；当处于室内正常环境时为0.20mm；当处于相对湿度小于60％且可变荷载与恒荷载标准值之比大于0.5时为0.25mm。另外从防水要求上讲，根据国内外的工程经验，不需修补的裂缝宽度的限值为0.10mm。
　　3、防止混凝土裂缝的控制措施
　　为防止大体积混凝土裂缝现象的发生，保证混凝土的质量，在施工中可以采取以下措施：
　　3.1浇筑大体积混凝土首先应选择合理的混凝土配合比，选用低水化热的水泥，如粉煤灰硅酸盐水泥的水化热就明显低于普通硅酸盐水泥。
　　3.2严格控制混凝土粗细骨料的比例、规格和质量，以保证其与水泥的可靠粘结。碎石含泥量应小于等于1％；中砂为河砂，含泥量小于等于3％。
　　3.3外加剂：添加微膨胀剂，有时可以显著减少混凝土水化热，从而降低混凝土的内外温差。微膨胀剂的用量一般应通过试验确定，如没有条件可参照表1。
　　表1UEA掺入量参考值
　　使用条件 选用水泥标号 UEA加入量（%）
　　砂浆 325 8～9
　　 425 9～10
　　高配筋混凝土 425 11～13
　　 525 12～14
　　低配筋混凝土 425 11～12
　　 525 12～13
　　填充性膨胀混凝土 425 13～14
　　 525 14～15
　　
　　3.4控制单方混凝土用水量。研究表明：水泥用量不变时，用水量每增加10%，混凝土强度降低20%；混凝土与钢筋的粘结力降低10%，干缩约增大20％～30％。因此，严格控制水灰比十分重要，一般情况下，混凝土水灰比（W／B）应小于0.50。
　　特别应注意的是：基础混凝土应采用同一品种水泥、掺合料、外加剂和选用同一配合比。
　　3.5控制混凝土入模温度。如在夏季施工时，混凝土入模温度高，绝热温升建立在较高的入模温度的基础上，当与水化热的温度相叠加升高后，就会加剧混凝土的内外温差。降温措施：一是采用冷水冲浇砂、石子，或原材料搭设凉棚存放；二是保证混凝土输送管道畅通不堵；三是布置输送管道距离要短，注意减少拐角，在管路支架上设套管，减少由于管路输送增加磨擦而产生热值。如能控制实际入模温度略低于大气温度1-3℃，就可以推迟水化热峰值的出现（一般温升时间可推迟2d左右）。当在其他季节施工时，也应注意浇筑温度控制在5一25℃范围以内。
　　3.6施工段的划分：依据设计的后浇带为界划分施工段，配备好设备和输送管路，分别同时进行浇筑。必须注意后浇带及整体基础底面的防水处理应同时做好，并注意保护，后浇带的构造处理也要引起施工方的注意。设计中后浇带的设置是协调温度应力及主楼与裙房沉降差的必要措施，如何准确地估算温度应力及主楼与裙房的沉降差是设计中的难点，其基本的设计原则就是要尽可能减少主楼的沉降，所以，一般主楼应先行施工，让沉降尽可能预先发生，并注意监测和精心施工。
　　3.7采用阶梯形斜面浇筑法：这样有利于增加散热面，减少应力约束，加快热量释放，减少收缩应力。因此每一个施工段浇筑混凝土时，应分段分层进行浇筑，一般以500mm为一层，浇筑宽度以3～5m为宜，同时根据混凝土供应量和混凝土初凝时间调整浇筑长度和宽度，使先后浇筑的上下层混凝士粘结好。
　　3.8混凝土振捣方法：为保证混凝土密实度，采用行列式或梅花点式进行振捣。在每个浇筑区设5部振捣棒，其中2部在浇筑点，2部在振捣流淌部分，1部在后面补振。振捣时须快插慢拔，振距为500mm。振捣上层混凝土时，振捣棒应插人下层混凝土至少50mm，使上下层结合成一体。
　　振捣时间控制在20～30s，等出现反浆后且混凝土不下沉为准。应防止过振和漏振，并采取有效措施以防止混凝土将钢筋推离设计位置。振捣密实后，用木抹子或长木板刮平，压实2～3遍，然后在面层上再撒10mm厚的一层粒砂。
　　3.9养护：加强养护是浇筑混凝土施工中不可缺少的重要一环，也是保证工程质量最重要的措施之一。尤其是浇筑大体积混凝土，对其表面应进行蓄热保温，辅以湿润养护，以保证混凝土内外温差控制在25℃以内。补偿收缩混凝土要特别加强保温保湿养护，膨胀结晶体钙矾石（C3A.3CaSO4.32H2O）形成需要水，且补偿收缩混凝土浇筑后l～7d内是膨胀变形的主要阶段，故应特别加强养护（有条件时应采用蓄水养护）1～14d，这样才能充分发挥混凝土的膨胀效应；如不养护或养护不够，就难以发挥膨胀剂的补偿收缩作用。
　　3.10主要养护措施：底版平面、大梁上部等可采用蓄水养护；立面结构受外界温度、湿度影响较大，容易产生纵向裂缝，故应采用双层饱水木模板进行保温保湿养护，工程实践表明，因混凝土浇筑后3～4d开始降温，而此时混凝土抗拉强度很低，所以如果早拆除后应继续养护至14d。
　　为此，提出以下养护措施：在混凝初凝阶段，其强度达到1.2N/mm2时，即进行覆盖，覆盖采用双层麻袋片洒水湿润，在铺上麻袋片时要相互搭接压好，以利保温和防止干裂，如温差增大可再用塑料薄膜覆盖，这样既有良好的保温层，又能使其表面保持有较高的温度，有利于延缓散热时间和减少表面散热，减少内外温差。
　　3.11测温：为了及时掌握和了解混凝土内部温升，内部与表面温度差，以及混凝土与大气温度差的变化情况，有条件单位可在各个施工段的底板布置测温点。测温点的布置应遵循便于绘制温度变化梯度的原则，水平方向上一般可布置在混凝土结构的对称轴和对角线上，纵向应设在混凝土结构厚度的1/2、1/4和表面处，离钢筋的距离应大于30mm。测温方法是浇筑后5d内每隔2h测一次，以后每隔4h测一次，测温时间不少于15d。设专人负责测温、记录、整理绘制测量曲线图，以便及时指导浇筑和养护。测温孔测温后一定要堵严（可用棉丝等材料），防止热量散失，防止拉圾掉人孔内，影响测温精度。目前计算机控制测温技术的应用已十分普遍，建议优先采用。
　　3.12大体积混凝土必须进行二次抹面工作，减少表面收缩裂缝、且二次抹面应及时进行，否则一旦泥水混入则难以处理、二次抹面不但有补强效果，而且对防渗也有很大作用。
　　由于地基不均匀变形作用（水平变形和垂直变形）对结构的影响主要来自地基本身，且属设计的范畴，本文就不作过多的论述。
　　4、结束语
　　大体积混凝上施工、要控制裂缝的发生，优化混凝土配合比是非常重要的一项工作，所以，应最大限度地降低水泥用量，通过延缓混凝土的凝结时间，推迟混凝土水化热峰值出现的时间，使混凝土在开始降温时，其抗拉强度得到足够的增长。同时，控制构件收缩裂缝的另一重要措施是如何在满足结构要求的前提下，通过掺加膨胀剂、高效混凝土泵送剂及活性减水剂等来调整凝结时间、保证工程质量、降低水化热。同时，通过加强混凝土表面保温与湿度养护来减少内外温差、严密的测温监控等也是控制裂缝有效措施。
　　当然，在实际施工过程中，应把混凝上的裂缝控制看作一个系统工程，不应该片面强调材料等单一因素的作用，而应把合理的材料选择、科学的设计方案、适当的混凝土配合比、严格的施工组织和完善的工艺措施相结合。只有这样，才能确保混凝土的施工质量，达到混凝土结构抗裂之目的。