大体积混凝土裂缝的分析及预防措施

　　摘要：本文主要对大体积混凝土裂缝生产的原因进行分析，对大体积混凝土原材料的选用进行分析，并提出预防大体积混凝土浇筑过程中施工技术措施。
　　关键词：大体积混凝土；原材料分析；施工技术措施
　　大体积混凝土裂缝的控制是比较复杂的施工技术，迄今对于大体积混凝土的温度变化和温度裂缝产生规律性，还缺乏系统的研究对于混凝土的温度及温度应力还不能精确计算。
　　厦门大洋雅苑工程位于思明区仙岳路上。由厦门中合现代工程设计院设计。该工程地下两层，其底板总长200.3m，总宽145m，底板厚大约1m左右，承台混凝土厚度为4m，混凝土等级C45、P12，混凝土总量为6300m3。要求一次性浇筑完毕，属于大体积混凝土，要求控制温度裂缝和干缩裂缝、降低水化热，确保工程质量，因此施工技术难度极高。
　　一、大体积混凝土裂缝产生原因分析
　　1、裂缝的成因
　　混凝土硬化后及使用过程中，受外界因素的影响而产生的变形主要有：温度变形、湿胀干缩变形、荷载作用下的变形、塑性收缩变形和自干收缩变形等。
　　（１）温度变形
　　混凝土的温度变形主要由两部分组成：在混凝土硬化过程中，由于水泥的水化热产生大量热量，大体积混凝土内部散热较慢而使其温度升高，产生内外温差，内部混凝土膨胀，而外部混凝土散热快，水分蒸发温度降低而收缩，形成表面裂缝；由于环境温度的变形，根据混凝土热胀冷缩的性质，在温度下降后混凝土必将产生收缩而产生拉应力，当拉应力超过混凝土的抗拉强度时，混凝土将产生裂缝。
　　（２）干缩变形
　　混凝土的干缩变形是由于混凝土中水分蒸发而引起的。当混凝土在空气中硬化时，其中的水分会逐渐蒸发，使水泥石中的胶凝体逐渐干燥而产生收缩，从发明奖产生干缩变形。在混凝土受到某种约束的情况下，干缩变形会出现较大的拉应力，特别是在初凝阶段，由于混凝土抗拉强度非常低，容易引起混凝土开裂。
　　（３）荷载作用下的变形
　　在荷载作用下，当构件截面产生拉应力时，会引起拉伸变形；当构件截面产生压应力时，会引起压缩变形。当截面上的拉应力大于混凝土的抗拉强度时，构件就会产生裂缝。
　　（４）塑性收缩
　　混凝土初凝之前出现泌水和水分蒸发，引起失水收缩此时骨料与水泥之间也产生不均匀的沉降变形，它发生在混凝土终凝之前的塑性变形，故称为塑性收缩。其收缩量可达1%左右表面失水大都能导致混凝土塑性收缩而发生表面裂缝。
　　（５）自干收缩
　　密封的混凝土内部相对湿度随水泥水化的进展而降低，称为自干燥。自干燥造成毛细孔中的水分不饱和而产生负压，因而引起混凝土的自生收缩。
　　二、大体积混凝土施工技术措施
　　1、施工技术方案的可行性
　　厦门大洋雅苑工程基础承台混凝土设计强度等级C45、P12，混凝土强度等级和抗渗等级均较高，因此单方混凝土水泥用量较大，给水货热控制带来一定的技术难度。根据省内外众多工程大体积混凝土施工成功案例，结合对外加剂在工程应用中收集的技术数据，提出本工程地下室超厚基础承台大体积混凝土采用AEA膨胀剂、TW-10泵送剂和粉煤灰三掺施工技术方案，同时提出在施工高性能混凝土过程中使用低水化热水泥，进行水化热温控监测，混凝土表面覆盖保温、内部引导管降温等技术措施。
　　2、混凝土原材料
　　（１）水泥的选择
　　由于水泥新标准修订后，为达到早强、高强要求，水泥含碱量越来越高，细度越来越细，含碱量高易引起混凝土的耐久性差，细度大易造成混凝土施工中产生浮浆而出现表面龟裂，同时也增大水化热。通过试验及对技术数据的分析，本工程采用“天宇牌”P.S42.5水泥，无论是早期还是总水化热都是最低的，这对于控制混凝土的温升是十分有益的。
　　（２）骨料选择
　　混凝土中采用吸水率较大骨料，干缩较大骨料含泥量较多时，会增大混凝土的干缩性，骨料粒径较大，级配良好时。由于能减少混凝土中的水泥浆用量，则混凝土干缩率较少，本工程选用漳州龙海九江砂及化岗岩碎石。
　　
　　
　　（３）粉煤灰掺合料
　　粉煤灰的水化热远少于水泥，掺加粉煤灰能减少水泥用量并有效降低水化热，另外，优质粉煤灰的需水量少，可降低混凝土单方用水量和水泥用量，还可以减少混凝土自身体积收缩有利于防裂。本工程选用漳州后石电厂Ⅱ级煅烧灰。
　　
　　（４）外加剂
　　AEA膨胀剂掺入膨胀混凝土中，水化后生成大量膨胀性结晶水化物—水化硫铝酸钙，使混凝土产生适度膨胀，在钢筋和邻位约束下，在结构中建立0.2~0.7MPa预压应力，这一压应力可大致抵消混凝土在硬化过程中产生的收缩拉应力，从而防止或减少混凝土收缩开裂，并使混凝土致密化，提高了结构的防渗能力，达到结构自防水能力，同时有效控制了混凝土的裂缝产生。
　　TW-10高性能泵送剂是解决混凝土可泵性的一种良好外加剂，具有高减少、缓慢、增强、保塑等性能。该泵送剂掺入混凝土中，良好的减水作用能减少单方用水量和单方水泥用量，同时降低了水化热；良好的缓凝作用，延缓了混凝土水化放热温峰产生，使水化放热温峰平缓；良好的保塑作用，提高了混凝土和易性，减少了混凝土坍落度损失，满足泵送施工要求。
　　（５）配合比设计
　　在对混凝土用原材料优选的基础上，进行科学的混凝土配合比设计对保证混凝土质量起了一种十分重要的作用，针对本工程基础承台混凝土设计强度等级C45、P12要求进行试配，确定配合比设计：
　　
　　三、施工技术措施
　　1、温控措施
　　在基础承台混凝土施工中，控制混凝土中心温度与表面温度之差是非常重要的。采用普通混凝土，温差控制在25°C之内，否则往往因温差应力而产生开裂。而采用膨胀剂补偿收缩混凝土，这个温差可放宽至30~35°C。
　　由于本工程承台混凝土厚度达到4m，内部水化热不易散发，经测算承台内部混凝土温度将达到90°C，如果仅采用表面覆盖保温材料来控制内表温差，将导致保温时间过长延误工期且控制效果较差，并影响混凝土质量，因此采用“内降外保“方案来控制混凝土的温度，在承台混凝土的内部应预埋冷却水管，然后通水，加快内部热量散发，从而提高面层混凝土的温度，内降外保相结合，即可有效地控制承台混凝土的内表温差，确保混凝土不致产生温度裂缝。本工程在承台范围内共垂直埋设12根测杆，每个测杆沿承台的厚度均设置6个测点，同时在混凝土外部设置气温、水温等辅助测点5个，共58个工作测点，监测结果如下：
　　（１）混凝土浇筑温度为17~22°C，施工养护期间室外日平均气温18.3~27.5°C。
　　（２）大承台台h=3.2m区域混凝土内部最高温度为71.7°C，面层混凝土最高温度为65.0°C，底层混凝土最高温度为52.0°C，井坑周边h=6.75m区域混凝土内部最高温度为75.9°C，面层混凝土最温度为61.8°C，底层最高温度为52.0°C。由于本工程采取了在承台百度中央预埋冷却水管的内部降温措施，削减了中心混凝土的温升，混凝土内部的最高温度均出现在”中上部位“。
　　（３）由于承台厚度较大，在混凝土浇筑期间，受“浇筑时间差”的影响，当面层混凝土的内表温差期内超过25°C。但在面层覆盖保温材料之后，该温差很快便降到25°C以内。在养护期间，承台混凝土的内表温差均控制在25°C以内。
　　（４）监测结果后经检查，监测区域未见温度裂缝。
　　2、保温措施
　　（１）外部保温在承台混凝土表面覆盖1~2层干草袋进行保温，同时在大承台上方搭盖防雨保温棚，在承台四周点镁钨灯，以提高面层混凝土温度。
　　（２）内部降温在承台厚度中央层预先埋设冷却水管网，在混凝土浇捣及养护期间持续通水降温，从而削减内部混凝土温升。
　　（３）保温适时在承台混凝土上表面浇水，尽可能使混凝土表面保持湿润状态。
　　3、混凝土浇筑
　　（１）对到场的每车混凝土均要求测定坍落度、温度、观察其和易性，不得存在离析、泌水、粘结、分层等现象，混凝土检查不合格要坚决退场。
　　（２）混凝土的振捣严格按照施工操作规程进行、振捣棒要快插慢拨，掌握好振距，不能漏振、欠振和过振，以混凝土表面出现浮浆和不再沉落为准。
　　（３）加强新浇混凝土表面的保护，应及时清除混凝土表面泌水，当混凝土表面开始收缩即开始初凝（不再泛现水的光泽）时，宜进行二次抹面压光，并用森朩搓搓毛，清除混凝土表面的塑性裂缝。完成搓压后立即覆盖塑料布保水保温，随后覆盖保温材料进入养护期。
　　（４）混凝土浇筑完成24h内，严禁上人踩踏，浇筑完成36h内，除检测测温设备及覆盖保温外，不得上人踩踏，且不得堆放施工材料。
　　4、混凝土浇筑后的保温保湿养护
　　在大体积混凝土施工中，良好的保温保湿养护对于减少混凝土的收缩、控制内外温差、减少自约束应力、充分利用混凝土的松驰效应具有重要作用。在二次抹压后立即覆盖一层不透水、气的塑料薄膜和两层保温材料草袋，并应保持塑料薄膜内有凝结水，确保混凝土始终处于湿润状态，草袋的层数根据测温温差情况随时增减，养护时间进行14天，严格控制混凝土内、表面差和表、外温差不超过25°C，混凝土的降温速率控制在1.5°C/d以内。
　　四、结束语
　　1、大体积混凝土施工技术难点在于防裂、重点在于采取科学防裂技术方案。
　　2、大体积混凝土产生裂缝产生的原因是众多的，关键是严格控制混凝土原材料质量，重中之重是选好外加剂并做好混凝土配合比设计，在满足强度的前提下，严格控制水泥用量，选用低水化热水池是控制混凝土裂缝的有效途经，掺用膨胀剂和粉煤灰，可抵消混凝土冷缝和干缩裂缝。
　　3、做到覆盖保温，严格控制混凝土内外温差，同时应加强混凝土养护。