建筑工程大體積混凝土裂縫控制技術研究

【摘要】大體積混凝土已經愈來愈廣泛的應用于大型設備基礎、
橋梁工程、水利工程、地下室、框架和筏式基礎、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，在詳細分析了大體積混凝土裂縫基本控制要點的基礎上，
并結合實例工程，具體分析了大體積混凝土裂縫控制技術在實際中
的應用。研究結果對于處理類似大體積混凝土裂縫問題具有一定的
參考意義。
【關鍵詞】建筑工程 ；大體積混凝土裂縫 ；控制技術
0. 引言
大體積混凝土目前尚無一個明確的定義，國外的定義也不盡
相同。日本建筑學會標準（JASS5）規定 ：“結構斷面最小厚度在
80cm 以上，同時水化熱引起混凝土內部的最高溫度與外界氣溫之
差預計超過 25℃的混凝土，稱為大體積混凝土”。美國混凝土學會
（ACI）規定“ ：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”。
我國混凝土結構施工規范認為 ：凡是結構物斷面最小尺寸在
3m以上的混凝土塊體，單面散熱的結構斷面最小尺寸在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，
預計超過 25℃的混凝土，均可稱為大體積混凝土。
大體積、超大體積混凝土結構之所以產生裂縫的根源在于水泥
水化熱蘊藏在混凝土結構中，導致內外溫差應力超過混凝土本身抗
拉強度。由于混凝土導熱性能較差，澆筑初期混凝土的強度和彈性
模量都很低，對于水化熱引起的急劇溫升約束不大，相應的溫度應
力也較小，隨著混凝土齡期的增長，彈性模量的增高，對混凝土內
部降溫收縮的約束也就愈來愈大，以致產生很大的拉應力，當混凝
土的抗拉強度不足以抵抗這種拉應力時，便開始出現溫度裂縫。
1. 混凝土裂縫種類
常見的大體積混凝土結構的裂縫有兩種，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 ；就其在結構物表面形狀可分為網狀裂
縫、爆裂狀裂縫、不規則短裂縫、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，它是微裂縫發展的結果這種裂縫有三種，分別為表面裂縫、深
層裂縫與貫穿裂縫。
2. 大體積混凝土基礎裂縫控制的基本要點
通過裂縫形態及原因分析可以得知，控制裂縫應從以下幾個方
面入手 ：
（1）控制混凝巨內外溫差。根據規定，大體積混凝土內外溫差
不應高于 25℃，內外溫差越友，裂縫可能性與程度越嚴重。
（2）改善邊界約束條件。通過合理的構造設計減少內部約束，
通過在地基與基礎之間設置滑移層，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裂縫的
關鍵是盡量減少水泥用量，控制混凝土內部與表面的溫差。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，同時會加劇溫
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歷的
時間。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間增加混凝土較高溫度狀
態下的徐變變形量，減小基礎降溫階段的收縮應力。
（7）加強溫度測控，密切注視外界氣溫變化，妥善做好應急準備。
3. 工程應用實例
某工程建筑面積 3.5 萬 m 2 ，框剪結構，10 層，高度 47m，抗
震按 8 度設防。3 座塔樓采用筏板基礎，混凝土等級 C30，長、
寬、厚分別為 41m，20.6m，1.6m。采用斜面分層法縱向推進，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
后蓄水養護，蓄水厚度 150mm，蓄水 21d 后改為草袋覆蓋灑水養
護。沿縱橫對稱軸設置測溫孔，中心測溫點位于 1/2 厚度處，每隔
6h 測溫一次。同時測量中心溫度及表面溫度。施工期間環境氣溫
16 ～ 27℃。
計算混凝土拌合溫度 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，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 ）。
經過實際測量，混凝土中心最高溫度計算值與實測值基本接近，
內外溫差最大值為 24℃，中心最高溫度 64℃，出現在澆筑后 60h。
最高溫度持續 12h 后開始下降，養護 21d 時溫度下降到 34℃，混
凝土表面裂縫與貫通裂縫均未出現。
4. 大體積混凝土施工技術措施總結
通過資料研究并結合本工程，總結大體積混凝土基礎施工技術
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裂縫的
關鍵是盡量減少水泥用量，控制混凝土內部與表面的溫差 ；
（2）提高粉煤灰用量，發揮粉煤灰后期強度高的優勢，28d 強
度改為 60d 強度 ；
（3）加大緩凝高效減水劑的摻量，這樣降低水泥用量，充分利
用混凝土的后期強度 ；
（4）選擇適宜的骨料，降低混凝土拌合溫度。骨料遮陽儲存，
必要時噴水霧降溫 ；水中加冰降低水溫 ；
（5）調整配合比控制混凝土的泌水量或采取措施減少水的蒸發，
使混凝土的泌水量略大于水的蒸發量，以減少收縮裂縫 ；
（6）對混凝土結構合理進行分縫分塊 ；
（7）摻加適宜的外加劑，使混凝土溫度均勻散發，延長水化熱
時間，推遲熱峰值 ；
（8）減少混凝土的收縮量，用膨脹劑補償收縮 ；
（9）控制混凝土的出機溫度和澆筑溫度 ；
（10）表面蓄水養護，必要時采用內降外蓄法，在混凝土內部
設置循環水冷卻管道，與表面蓄水形成循環系統 ；
（11）做好測溫工作，合理布設測溫點，同時測量內部溫度、
表面溫度和環境溫度，隨時調整養護狀況 ；
（12）在墊層上鋪設瀝青油氈，在巖石地基上鋪設 300mm 砂石
緩沖層，使基礎收縮變形時能夠與地基發生相對滑移。
5. 結束語
大體積混凝土溫度裂縫的控制是一個復雜的問題，影響因素較
多。水泥水化熱是大體積混凝土生產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系、混凝土的收縮變形等
均是大體積溫度裂縫產生的重要因素。在控制大體積混凝土溫度裂
縫時應從產生溫度裂縫的各個因素出發，從設計、施工、養護及溫
控等各個環節加以控制，，設計出經濟、簡便的溫控方案，以避免
溫度裂縫的產生，并最終確保工程質量。
參考文獻
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