建筑工程大體積混凝土裂縫控制技術(shù)研究

【摘要】大體積混凝土已經(jīng)愈來愈廣泛的應(yīng)用于大型設(shè)備基礎(chǔ)、
橋梁工程、水利工程、地下室、框架和筏式基礎(chǔ)、水泵房、沉箱、
沉井等施工方面。以此為背景，本文分析了大體積混凝土裂縫的主
要類型，在詳細(xì)分析了大體積混凝土裂縫基本控制要點(diǎn)的基礎(chǔ)上，
并結(jié)合實(shí)例工程，具體分析了大體積混凝土裂縫控制技術(shù)在實(shí)際中
的應(yīng)用。研究結(jié)果對(duì)于處理類似大體積混凝土裂縫問題具有一定的
參考意義。
【關(guān)鍵詞】建筑工程 ；大體積混凝土裂縫 ；控制技術(shù)
0. 引言
大體積混凝土目前尚無(wú)一個(gè)明確的定義，國(guó)外的定義也不盡
相同。日本建筑學(xué)會(huì)標(biāo)準(zhǔn)（JASS5）規(guī)定 ：“結(jié)構(gòu)斷面最小厚度在
80cm 以上，同時(shí)水化熱引起混凝土內(nèi)部的最高溫度與外界氣溫之
差預(yù)計(jì)超過 25℃的混凝土，稱為大體積混凝土”。美國(guó)混凝土學(xué)會(huì)
（ACI）規(guī)定“ ：任何就地澆筑的大體積混凝土，其尺寸之大，必
須要求解決水化熱及隨之引起的體積變形問題，以最大限度減少開
裂”。
我國(guó)混凝土結(jié)構(gòu)施工規(guī)范認(rèn)為 ：凡是結(jié)構(gòu)物斷面最小尺寸在
3m以上的混凝土塊體，單面散熱的結(jié)構(gòu)斷面最小尺寸在75cm以上，
雙面散熱在 100cm 以上，水化熱引起的最高溫度與外界氣溫之差，
預(yù)計(jì)超過 25℃的混凝土，均可稱為大體積混凝土。
大體積、超大體積混凝土結(jié)構(gòu)之所以產(chǎn)生裂縫的根源在于水泥
水化熱蘊(yùn)藏在混凝土結(jié)構(gòu)中，導(dǎo)致內(nèi)外溫差應(yīng)力超過混凝土本身抗
拉強(qiáng)度。由于混凝土導(dǎo)熱性能較差，澆筑初期混凝土的強(qiáng)度和彈性
模量都很低，對(duì)于水化熱引起的急劇溫升約束不大，相應(yīng)的溫度應(yīng)
力也較小，隨著混凝土齡期的增長(zhǎng)，彈性模量的增高，對(duì)混凝土內(nèi)
部降溫收縮的約束也就愈來愈大，以致產(chǎn)生很大的拉應(yīng)力，當(dāng)混凝
土的抗拉強(qiáng)度不足以抵抗這種拉應(yīng)力時(shí)，便開始出現(xiàn)溫度裂縫。
1. 混凝土裂縫種類
常見的大體積混凝土結(jié)構(gòu)的裂縫有兩種，分別為宏觀裂縫與微
觀裂縫兩種，而宏觀裂縫是由微觀裂縫發(fā)展而成的。裂縫就其開裂
深度可分為表面的、貫穿的 ；就其在結(jié)構(gòu)物表面形狀可分為網(wǎng)狀裂
縫、爆裂狀裂縫、不規(guī)則短裂縫、縱向裂縫、橫向裂縫、斜裂縫等。
（1）微觀裂縫
微觀裂縫是指用肉眼看不見的，其寬度在 0.05mm 以下的裂縫，
其分布不規(guī)則，沿截面是不貫穿的。
（2）宏觀裂縫
宏觀裂縫是指用肉眼可以看見的，其寬度在 0.05mm 以上的裂
縫，它是微裂縫發(fā)展的結(jié)果這種裂縫有三種，分別為表面裂縫、深
層裂縫與貫穿裂縫。
2. 大體積混凝土基礎(chǔ)裂縫控制的基本要點(diǎn)
通過裂縫形態(tài)及原因分析可以得知，控制裂縫應(yīng)從以下幾個(gè)方
面入手 ：
（1）控制混凝巨內(nèi)外溫差。根據(jù)規(guī)定，大體積混凝土內(nèi)外溫差
不應(yīng)高于 25℃，內(nèi)外溫差越友，裂縫可能性與程度越嚴(yán)重。
（2）改善邊界約束條件。通過合理的構(gòu)造設(shè)計(jì)減少內(nèi)部約束，
通過在地基與基礎(chǔ)之間設(shè)置滑移層，減弱地基的外部約束作用。
（3）采用中、低熱的水泥品種，防止大體積混凝土出現(xiàn)裂縫的
關(guān)鍵是盡量減少水泥用量，控制混凝土內(nèi)部與表面的溫差。減少水
泥用量的另一方法是提高粉煤灰用量，在滿足強(qiáng)度和其他性能要求
的前提下，盡量降低水泥用量。
（4）控制混凝土溫度峰值。峰值溫度與環(huán)境溫度之差決定溫度
變形總量，峰值溫度越高，溫度變形量越大，可能引起的后果越嚴(yán)重。
（5）從混凝土基本性能角度控制混凝土硬化收縮量。不論是升
溫階段還是降溫階段，硬化收縮本身可以引起裂縫，同時(shí)會(huì)加劇溫
度裂縫的程度。
（6）延緩降溫階段的溫度遞減速度，增加降溫收縮階段經(jīng)歷的
時(shí)間。一方面可以通過地基水分、氣體的緩慢排出增加地基的塑性
變形 ；另一方面可以通過增加降溫階段時(shí)間增加混凝土較高溫度狀
態(tài)下的徐變變形量，減小基礎(chǔ)降溫階段的收縮應(yīng)力。
（7）加強(qiáng)溫度測(cè)控，密切注視外界氣溫變化，妥善做好應(yīng)急準(zhǔn)備。
3. 工程應(yīng)用實(shí)例
某工程建筑面積 3.5 萬(wàn) m 2 ，框剪結(jié)構(gòu)，10 層，高度 47m，抗
震按 8 度設(shè)防。3 座塔樓采用筏板基礎(chǔ)，混凝土等級(jí) C30，長(zhǎng)、
寬、厚分別為 41m，20.6m，1.6m。采用斜面分層法縱向推進(jìn)，每
層澆筑厚度 60cm，一次整體澆筑。混凝土初凝后二次抹壓，終凝
后蓄水養(yǎng)護(hù)，蓄水厚度 150mm，蓄水 21d 后改為草袋覆蓋灑水養(yǎng)
護(hù)。沿縱橫對(duì)稱軸設(shè)置測(cè)溫孔，中心測(cè)溫點(diǎn)位于 1/2 厚度處，每隔
6h 測(cè)溫一次。同時(shí)測(cè)量中心溫度及表面溫度。施工期間環(huán)境氣溫
16 ～ 27℃。
計(jì)算混凝土拌合溫度 t c ：
t c = ∑ t i w i C i / ∑ w i C i
式中，t i 為各全組材料拌合前的溫度 ；w i 為混凝土各組分材料
用量 ；c i 為混凝土各組分量材料比熱。
計(jì)算混凝土最大絕熱溫升 t h ：
t h =（w c +KF）Q/cρ
式中，w c 為水泥用量（kg/m 3 ）；F 為混凝土活性摻合料用量 ；
K 為摻合料折減系數(shù)，粉煤灰取 0.25 ～ 0.3 ；Q 為水泥 28d 水化熱
（kJ/kg）；c 為混凝土比熱，取 0.97（kj/kg•℃）ρ 為混凝土密度，
取 2400（kg/m 3 ）。
計(jì)算混凝土中心最高溫度值 t max
t max =t 0 +0.1wc+0.02F
式中，t 0 為混凝土澆筑溫度；w c 為每立方米混凝土水泥用量（kg/
m 3 ）；F 為每立方米混凝土粉煤灰用量（kg/m 3 ）。
經(jīng)過實(shí)際測(cè)量，混凝土中心最高溫度計(jì)算值與實(shí)測(cè)值基本接近，
內(nèi)外溫差最大值為 24℃，中心最高溫度 64℃，出現(xiàn)在澆筑后 60h。
最高溫度持續(xù) 12h 后開始下降，養(yǎng)護(hù) 21d 時(shí)溫度下降到 34℃，混
凝土表面裂縫與貫通裂縫均未出現(xiàn)。
4. 大體積混凝土施工技術(shù)措施總結(jié)
通過資料研究并結(jié)合本工程，總結(jié)大體積混凝土基礎(chǔ)施工技術(shù)
措施如下 ：
（1）采用中、低熱的水泥品種，防止大體積混凝土出現(xiàn)裂縫的
關(guān)鍵是盡量減少水泥用量，控制混凝土內(nèi)部與表面的溫差 ；
（2）提高粉煤灰用量，發(fā)揮粉煤灰后期強(qiáng)度高的優(yōu)勢(shì)，28d 強(qiáng)
度改為 60d 強(qiáng)度 ；
（3）加大緩凝高效減水劑的摻量，這樣降低水泥用量，充分利
用混凝土的后期強(qiáng)度 ；
（4）選擇適宜的骨料，降低混凝土拌合溫度。骨料遮陽(yáng)儲(chǔ)存，
必要時(shí)噴水霧降溫 ；水中加冰降低水溫 ；
（5）調(diào)整配合比控制混凝土的泌水量或采取措施減少水的蒸發(fā)，
使混凝土的泌水量略大于水的蒸發(fā)量，以減少收縮裂縫 ；
（6）對(duì)混凝土結(jié)構(gòu)合理進(jìn)行分縫分塊 ；
（7）摻加適宜的外加劑，使混凝土溫度均勻散發(fā)，延長(zhǎng)水化熱
時(shí)間，推遲熱峰值 ；
（8）減少混凝土的收縮量，用膨脹劑補(bǔ)償收縮 ；
（9）控制混凝土的出機(jī)溫度和澆筑溫度 ；
（10）表面蓄水養(yǎng)護(hù)，必要時(shí)采用內(nèi)降外蓄法，在混凝土內(nèi)部
設(shè)置循環(huán)水冷卻管道，與表面蓄水形成循環(huán)系統(tǒng) ；
（11）做好測(cè)溫工作，合理布設(shè)測(cè)溫點(diǎn)，同時(shí)測(cè)量?jī)?nèi)部溫度、
表面溫度和環(huán)境溫度，隨時(shí)調(diào)整養(yǎng)護(hù)狀況 ；
（12）在墊層上鋪設(shè)瀝青油氈，在巖石地基上鋪設(shè) 300mm 砂石
緩沖層，使基礎(chǔ)收縮變形時(shí)能夠與地基發(fā)生相對(duì)滑移。
5. 結(jié)束語(yǔ)
大體積混凝土溫度裂縫的控制是一個(gè)復(fù)雜的問題，影響因素較
多。水泥水化熱是大體積混凝土生產(chǎn)溫度裂縫的主要因素，外界氣
溫變化的影響、約束條件與溫度裂縫的關(guān)系、混凝土的收縮變形等
均是大體積溫度裂縫產(chǎn)生的重要因素。在控制大體積混凝土溫度裂
縫時(shí)應(yīng)從產(chǎn)生溫度裂縫的各個(gè)因素出發(fā)，從設(shè)計(jì)、施工、養(yǎng)護(hù)及溫
控等各個(gè)環(huán)節(jié)加以控制，，設(shè)計(jì)出經(jīng)濟(jì)、簡(jiǎn)便的溫控方案，以避免
溫度裂縫的產(chǎn)生，并最終確保工程質(zhì)量。
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