浅析大体积混凝土的裂缝成因及施工技术的探讨

摘要：本文主要结合大体积混凝土施工技术，对大体积混凝土裂缝的成因及如何有效地防治所采取的措施进行探讨。
　　关键词：大体积混凝土，裂缝成因，养护措施，施工技术
　　1大体积混凝土简述及工程概况
　　随着科学发展现今建筑中时常涉及到大体积混凝土施工,如高层楼房基础、大型设备基础、水利大坝等。大体积混凝土的定义：任何现浇混凝土，其尺寸达到必须解决水化热及随之引起的体积变形问题，以最大限度的减少开裂影响的，即称为大体积混凝土。这就提出了大体积混凝土开裂的问题，开裂问题是在工程建设中带有一定普遍性的技术问题，裂缝一旦形成，特别是基础贯穿裂缝出现在重要的结构部位，危害极大，它会降低结构的耐久性，削弱构件的承载力，同时会可能危害到建筑物的安全使用。所以如何采取有效措施防止大体积混凝土的开裂，必须从根本上分析它，来保证施工的质量。
　　本工程为高层建筑工程，地上三十层，地下二层，承台底板为大体积混凝土，底板混凝土厚度0.8m，承台最大高度达2.0m，强度等级C35P8，采用商品混凝土浇筑。
　　2产生裂缝的主要原因：
　　裂缝产生的原因可分为两类：一是结构型裂缝，是由外荷载引起的，包括常规结构计算中的主要应力以及其他的结构次应力造成的受力裂缝。二是材料型裂缝，是由非受力变形变化引起的，主要是由温度应力和混凝土的收缩引起的。
　　2.1水泥水化热
　　水泥在水化过程中要释放出一定的热量，而大体积混凝土结构断面较厚，表面系数相对较小，所以水泥发生的热量聚集在结构内部不易散失。这样混凝土内部的水化热无法及时散发出去，以至于越积越高，使内外温差增大。单位时间混凝土释放的水泥水化热，与混凝土单位体积中水泥用量和水泥品种有关，并随混凝土的龄期而增长。由于混凝土结构表面可以自然散热，实际上内部的最高温度，多数发生在浇筑后的最初3~5天。
　　2.2外界气温变化
　　大体积混凝土在施工阶段，它的浇筑温度随着外界气温变化而变化。特别是气温骤降，会大大增加内外层混凝土温差，这对大体积混凝土是极为不利的。温度应力是由于温差引起温度变形造成的，温差愈大，温度应力也愈大。同时，在高温条件下，大体积混凝土不易散热，混凝土内部的最高温度一般可达60~65℃，并且有较长的延续时间。因此，应采取温度控制措施，防止混凝土内外温差引起的温度应力。
　　2.3混凝土的收缩
　　混凝土中约20%的水分是水泥硬化所必须的，而约80%的水分要蒸发。多余水分的蒸发会引起混凝土体积的收缩。混凝土收缩的主要原因是内部水蒸发引起混凝土收缩。如果混凝土收缩后，再处于水饱和状态，还可以恢复膨胀并几乎达到原有的体积。干湿交替会引起混凝土体积的交替变化，这对混凝土是很不利的。
　　由以上分析，大体积混凝土裂缝主要是由有水化热、温差和收缩引起，所以为了防止裂缝的产生，就要最大限度的降低温差和减小混凝土的收缩，具体材料的选择如：水泥品种、外加剂和掺合料的品种、混凝土配合比、以及施工工艺养护条件和管理措施等。
　　2.4材料选择
　　本工程对混凝土的主要材料要求如下：
　　（1）水泥：考虑普通水泥水化热较高，特别是应用到大体积混凝土中，大量水泥水化热不易散发，在混凝土内部温度过高，与混凝土表面产生较大的温度差，使混凝土内部产生压应力，表面产生拉应力。当表面拉应力超过早期混凝土抗拉强度时就会产生温度裂缝，因此确定采用水化热比较低的矿渣硅酸盐水泥，标号为525#，通过掺加合适的外加剂可以改善混凝土的性能，提高混凝土的抗渗能力。
　　（2）粗骨料：采用碎石，粒径5-25mm，含泥量不大于1%。选用粒径较大、级配良好的石子配制的混凝土，和易性较好，抗压强度较高，同时可以减少用水量及水泥用量，从而使水泥水化热减少，降低混凝土温升。
　　（3）细骨料：采用中砂，平均粒径大于0.5mm，含泥量不大于5%。选用平均粒径较大的中、粗砂拌制的混凝土比采用细砂拌制的混凝土可减少用水量10%左右，同时相应减少水泥用量，使水泥水化热减少，降低混凝土温升，并可减少混凝土收缩。
　　（4）粉煤灰：由于混凝土的浇筑方式为泵送，为了改善混凝土的和易性便于泵送，考虑掺加适量的粉煤灰。按照规范要求，采用矿渣硅酸盐水泥拌制大体积粉煤灰混凝土时，其粉煤灰取代水泥的最大限量为25%。粉煤灰对水化热、改善混凝土和易性有利，但掺加粉煤灰的混凝土早期极限抗拉值均有所降低，对混凝土抗渗抗裂不利，因此粉煤灰的掺量控制在10%以内，采用外掺法，即不减少配合比中的水泥用量。按配合比要求计算出每立方米混凝土所掺加粉煤灰量。
　　（5）外加剂：设计无具体要求，通过分析比较及过去在其它工程上的使用经验，每立方米混凝土2kg，减水剂可降低水化热峰值，对混凝土收缩有补偿功能，可提高混凝土的抗裂性。具体外加剂的用量及使用性能，商品混凝土站在浇筑前应报告送达施工单位。
　　2.5混凝土配合比
　　（1）混凝土采用搅拌站供应的商品混凝土，因此要求混凝土搅拌站根据现场提出的技术要求，提前做好混凝土试配。
　　（2）混凝土配合比应提高试配确定。按照国家现行《混凝土结构工程施工及验收规范》、《普通混凝土配合比设计规程》及《粉煤灰混凝土应用技术规范》中的有关技术要求进行设计。
　　（3）粉煤灰采用外掺法时仅在砂料中扣除同体积的砂量。另外应考虑到水泥的供应情况，以满足施工的要求。
　　3大体积混凝土施工
　　3.1现场准备工作
　　（1）基础底板钢筋及柱、墙插筋应分段尽快施工完毕，并进行隐蔽工程验收。
　　（2）基础底板上的地坑、积水坑采用组合钢模板支模，不合模数部位采用木模板支模。
　　（3）将基础底板上表面标高抄测在柱、墙钢筋上，并作明显标记，供浇筑混凝土时找平用。
　　（4）浇筑混凝土时预埋的测温管及保温随需的塑料薄膜、草席等应提前准备好。
　　（5）项目经理部应与建设单位联系好施工用电，以保证混凝土振捣及施工照明用。
　　（6）管理人员、施工人员、后勤人员、保卫人员等昼夜排班，坚守岗位，各负其责，保证混凝土连续浇灌的顺利进行。
　　3.2混凝土浇筑方法
　　（1）混凝土浇筑情况
　　由于承台混凝土厚达到2.0m，内部水化热温升偏高，内表温差和降温速率不易控制，因此承台砼采用两台泵车分别东西两侧同时斜面分层浇筑，浇筑层厚度不得大于500。在砼在初凝前必须浇筑上一层砼，层与层之间不得留冷施工缝。
　　（2）混凝土浇筑实施
　　为了使混凝土浇筑不出现冷缝，要求前后浇筑混凝土搭接时间控制在4小时内(初凝时间>4小时)，因此，混凝土浇筑前经详细计算安排浇筑次序、流向、浇筑厚度、宽度、长度及前后浇筑的搭接时间，实施了以下浇筑方案：
　　第一阶段：现场用两台混凝土输送泵(另备用2台)，20辆罐车，另备用2辆。
　　第二阶段：两台泵车东西对浇，自北向南采用斜面分层(分四层)浇筑，用“一个坡度（斜坡）、薄层浇筑”的方法。采用两台输送泵(另备用1台)布料。
　　第三阶段：混凝土振捣棒准备十台（另备用2台）和一台平板振动器。混凝土振捣时振动棒的操作要做到快插慢拔，在振捣过程中，应将振动棒上下略作抽动，以便上下振动均匀，每点振动应为20-30s。以砼表面呈水平，不显著下沉，不再出现气泡，表面泛浆为宜。分层振捣时，振动棒应插入下层5cm，以消除两层间的接缝。浇筑时，每隔半小时，即采取在混凝土初凝时间内，对已浇筑的混凝土进行一次重复振捣，以排除混凝土因泌水在粗骨料、水平筋下部生成的水分和空隙，提高混凝土与钢筋之间的握裹力，增强密实度，提高抗裂性。大体积混凝土表面水泥浆较厚，浇#p#副标题#e#筑后3—4h内初步用水平刮尺刮平，初凝前用铁滚筒碾压2遍，再用木抹子搓平压实，以控制表面龟裂，并按规定覆盖养护。
　　3.3温度释放孔处理方法
　　(1)在混凝土施工完毕7-10天后并在温度降低至安全温度时，将温度释放钢管拔出，先用软水管将水排出后再用海棉球将其孔内积水清理干净。释放孔四周用素水泥浆或界面剂淋一道，之后用高一等级的膨胀细石混凝土分层插捣灌实。
　　(2)对采用水平混凝土内部循环的水降温管采用高一等级细石混凝土（可采用自流平混凝土）进行高压注浆。
　　4混凝土养护措施
　　4.1混凝土浇捣后4—5h内(根据实践表明，在混凝土初凝前及时覆盖，效果更好。)表面抹面后，表面及时铺覆盖1层麻袋并备好一层塑料膜和一层麻袋。在养护期间，随时检查混凝土表面的干湿情况及温差(内表温差达23℃时就发警报)，及时浇水保持混凝土温润。其间大承台温差大于25℃时，采取加速钢管内循环换水并在表面在覆盖一层塑料膜和一层麻袋或温水养护，将温差控制在25℃内。
　　4.2现场混凝土浇筑温度考虑为27℃，混凝土浇捣及养护期间环境温度日平均考虑为22℃。
　　4.3随着混凝土厚度、体积的增大，其内部热峰值出现龄期也相应延长：承台(混凝土厚度为2.0m)中心热峰出现龄期为3～3.5天，因此此间混凝土的养护和监测工作尤为重要。不仅如此在降温期间，因温差而产生的有害裂缝更为危险，因此要认真监测砼内部温度及时调整养护措施。
　　4.4考虑到大承台一次性浇注砼量较多，水化热较大，为避免与底板间温差过大，采用循环水降温方法。在大承台中间沿长向布置冷却水管，通过循环冷却水，降低砼内部水化热温度。
　　4.5健全施工组织管理：在制订技术措施和质量控制措施的同时，还落实了组织指挥系统，逐级进行了技术交底，做到层层落实，确保顺利实施。
　　5施工中应注意的问题
　　1.混凝土浇筑不应留冷缝，保证浇筑的交接时间，应控制在初凝前。
　　2.保证振捣密实，严格控制振捣时间，移动距离和插入深度，严防漏振及过振。
　　3.及时发出温控警报，做好覆盖保温及保湿工作，但覆盖层也不应过热，必要时应揭开保温层，以利于散热。
　　4.夜间温度较低，因此应加强夜间混凝土温度的监测工作和养护工作，确保混凝土内部梯度。
　　5.保证混凝土供应，连续浇捣，确保不留冷缝。
　　6.做好现场协调、组织管理，要有充足的人力、物力、保证施工按计划顺利进行。
　　6效果分析
　　系统降温时，人员必须落实到位职责分明以及尽职。在混凝土降温实施期间根据实测的砼温度及时调整整体自动循环换水流水量的大小，使混凝土的内部温度与外部温度差控制在规范要求范围内，具体温度变化详见温升变化曲线图。
　　温升变化曲线图

温升变化曲线图
　　在实施预埋期间由2人专门负责温度释放管的埋设和每一层砼浇筑后旋转松动（钢管在预埋前涂刷脱模剂），并在混凝土抹面压平后再旋转一次以确保降温完成后降温管的顺利拔出。混凝土施工完毕后立即启动了整体自动循环换水降温系统和整体保温系统保证了内外应力。实施期间由于承台在降温时（尤其是夜间）产生的温差效应最为危险，在此由专人进行负责监测和测温分析并准备好应急措施（备好麻袋和塑料膜）及时调整保温措施，以避免梯度效应对结构产生的危害。
　　从此次降温的情况和温升变化曲线得出，此种做法完全可以达到降温的效果，并通过专业检测机构得出的数据说明该结构混凝土的强度达到设计要求，无有害裂缝的产生。
　　7结束语：
　　总之、应以预防为主，为此需要精心设计、施工，采取有较措施，会使施工质量得到很好的保证。实践证明，在优化配合比设计，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和应急措施到位等方面采取有效技术措施，坚持严谨、科学的施工组织管理，完全可以控制大体积混凝土温度裂缝和施工裂缝的发生，达到良好的自防水抗渗效果和经济效益。