大體積混凝土裂縫產生的原因及草袋對策
摘要: 文章主要從設計、原材料、施工、溫控等方面入手，對大體積混凝土施工中應采取的預防措施進行了探討。
關鍵詞: 大體積混凝土裂縫原因措施
隨著我國城市化建設進程快速發(fā)展，高層和超高層建設項目日益增多，大體積混凝土施工已屢見不鮮。大體積混凝土施工主要特點是斷面最小尺寸大于或等于1m，表面系數(shù)較小，水泥水化熱釋放比較集中，內部升溫較快?；炷羶韧鉁夭钶^大時，會使混凝土產生溫度裂縫，給工程結構埋下嚴重的質量隱患，影響結構安全和正常使用。因此，大體積混凝土施工需要從相應的設計、原材料、施工、溫控等方面進行嚴格控制，才能有效地預防裂縫的產生和發(fā)展，保證工程質量。
1 大體積混凝土裂縫產生的主要因素
大體積混凝土結構產生裂縫是由多種因素共同作用引起的，歸納起來主要有以下幾種:
( 1) 收縮裂縫。混凝土在逐漸散熱和硬化過程中，會導致其體積的收縮。如果混凝土的收縮受到外界的約束，就會在混凝土內產生相應的收縮應力，當收縮應力超過當時混凝土的極限抗拉強度時，即在混凝土中產生收縮裂縫。收縮的主要影響因素是混凝土中的用水量和水泥用量，用水量和水泥用量越高，混凝土收縮就越大。選用的水泥品種不同，其干縮、收縮的量也不同，一般中低熱水泥和粉煤灰水泥的收縮量較小。
( 2) 溫度裂縫。水泥在水化過程中要釋放一定的熱量，而大體積混凝土結構斷面較厚，表面系數(shù)相對較小，一般要求一次性整體澆筑。水泥因水化產生的熱量聚集在內部不易散發(fā)，混凝土內部溫度將顯著升高，而其表面散熱較快，形成了較大溫度差，使混凝土內部產生壓應力，表面相應產生拉應力。此時，混凝土齡期短，抗拉強度較低，當溫度產生的表面拉應力超過混凝土極限抗拉強度時，則會在混凝土表面產生裂縫。
( 3) 材料裂縫。亦稱安定性裂縫，表現(xiàn)為龜裂，主要是由于水泥安定性不合格或骨料中含泥量過多而引起。
2 預防混凝土裂縫產生的措施
2． 1 設計措施
2． 1． 1 大體積混凝土強度等級宜在C20 ～ C35 范圍內選用
隨著高層和超高層建筑物不斷出現(xiàn)，大體積混凝土的強度等級日趨增高。設計強度過高，水泥用量過大，必然造成混凝土水化熱過高。混凝土內外溫差超過30°C 以上，溫度應力容易超過混凝土的抗拉強度，產生開裂。對于豎向受力結構可以用高強混凝土減小截面，但是對于大體積混凝土底板則應在滿足抗彎及抗沖切計算要求下，采用C20 ～ C35 的混凝土，避免設計上“強度越高越好”的錯誤概念。
2． 1． 2 精心設計混凝土配合比
在保證混凝土具有良好工作性的情況下，盡可能降低混凝土的單位用水量，采用三低、兩摻、一高的設計原則，生產出高強、高韌性、中彈、低熱和高抗拉值的抗裂混凝土。
2． 1． 3 增配構造鋼筋抑制裂縫
大體積混凝土基礎除應滿足承載力和構造要求外，還應增配承受水泥水化熱引起的溫度應力及控制裂縫開展的鋼筋，以構造鋼筋來抑制裂縫。盡量采用小直徑、小間距的配筋方式。混凝土截面的配筋率應在0. 3% ～ 0. 5%之間。在易裂的邊緣部位設置暗梁，提高該部位的配筋率，增加混凝土的極限抗拉強度。在易產生應力集中的薄弱環(huán)節(jié)采取加強措施，避免結構突變產生應力集中。
2． 1． 4 改善約束條件
在大體積混凝土基礎與巖石、厚大的混凝土墊層之間設置滑動層，在垂直面、鍵槽部位設置緩沖層，以消除嵌固作用，釋放約束應力。
2． 1． 5 合理設置后澆縫
在結構設計中可以采用后澆縫來抑制施工期間的較大溫差及收縮應力。在正常施工條件下，后澆縫間距為20 ～ 30m，保留時間不小于60d。對于大型筏式、箱式基礎不應設置永久變形縫。
2． 2 材料措施
2． 2． 1 水泥選擇
由于混凝土的熱量主要來自水泥水化熱，因而應優(yōu)先選用低水化熱的礦渣硅酸鹽水泥，水泥用量不超過380kg /m3。
2． 2． 2 骨料選擇
應選擇線膨脹系數(shù)小的石灰?guī)r骨料，形狀以碎石為佳，粒徑盡量大一些，在5 ～ 40 mm 左右，級配良好。細骨料采用中、粗沙，細度模數(shù)為2. 5 ～ 3. 2。嚴格控制砂石的含泥量，使之在1% 以內，并不得混有有機質等雜物。
2． 2． 3 添加料及外加劑選擇
為了降低水化熱，在保證混凝土強度的前提下，國內當前主要選用優(yōu)質粉煤灰為添加料，摻量不少于20%。根據(jù)測算，每增減10kg 水泥，其水化熱將使混凝土的溫度相應升降1°C?；炷林袚郊臃勖夯液?，可以提高混凝土的和易性，增強抗?jié)B性、耐久性，減少收縮，提高混凝土的抗拉強度等。外加劑主要選用高效減水劑、緩凝劑和膨脹劑，用以改善混凝土工作性，減少單位用水量和膠凝材料用量，進而達到提高混凝土的抗裂性、防水性和整體強度的目的。
2． 3 施工措施
2． 3． 1 確定混凝土的澆筑方案
混凝土的澆筑方案可根據(jù)結構平面布置、商品混凝土供應等具體情況，選擇以下3 種方式: ( 1) 全面分層。在整個結構平面內全面分層澆筑混凝土，并保證第一層澆完后繼續(xù)澆筑第二層時，第一層澆筑的混凝土還未初凝。如此逐層進行，直至澆筑結束。該方案適用于結構平面尺寸不太大的情況。施工時沿短邊開始，沿長邊進行，必要時也可分兩段，從中間向兩端或從兩端向中間同時進行。( 2) 分段分層。適用于厚度不太大而面積和長度較大的結構。混凝土從底層開始澆筑，進行一段距離后回來澆筑第二層，如此依次向前澆筑以上各層。
( 3) 斜面分層。適用于長度超過厚度3 倍的結構。振
搗工作應從澆筑層的下端開始，逐漸上移，以保證混凝土的施工質量。分層的厚度取決于振搗器的棒長和振搗力大小以及混凝土供應量的大小，一般厚度為30 ～50 cm。
2． 3． 2 降低混凝土的入模溫度
澆筑大體積混凝土時應選擇適宜的氣溫，盡量避開特別炎熱的天氣，必要時采取降溫措施。例如用低溫水或冰水攪拌混凝土，噴冷水霧或冷水進行強冷，對骨料進行覆蓋或設置遮陽裝置，同時要在混凝土輸送管道上覆蓋罩布或濕麻袋，以避免陽光照射，并注意每隔一定的時間灑水濕潤，使混凝土的入模溫度控制在25°C 以下。
2． 3． 3 精心振搗及抹面
大體積混凝土澆筑過程中要加強振搗。振搗插入間距一般為400 mm 左右，振搗時間一般為15 ～ 30 s，并且在20 ～ 30 mim 后進行二次復振。特別是對于預留洞、預埋件和鋼筋密集部位應預先制定好相應的技術措施，確保順利布料和振搗密實。不同澆筑區(qū)域之間、上下層之間的混凝土澆筑間隙時間不得超過初凝時間。當大體積混凝土按基準標高澆筑一定數(shù)量后，在混凝土初凝前，用鋁合金長括尺表面括平，木蟹打平，這是第一遍。第二遍待收水后，表面沿鋼筋位置出現(xiàn)收水裂縫，用滾筒滾壓數(shù)遍，用木蟹揉搓，閉合收水裂縫。
2． 4 溫控措施
2． 4． 1 及時保溫
混凝土抹面完成后，應立即采取保溫措施。保溫的好壞，對大體積混凝土溫度裂縫控制至關重要。通常做法是在混凝土表面覆蓋一層塑料薄膜，薄膜上面蓋草袋，草袋的厚度可以按照常規(guī)設定，再經仿真分析計算確定。必要時再于草袋上面覆蓋一層塑料彩條布。另外在夏季施工時還可采用蓄水養(yǎng)護法進行保溫養(yǎng)護，效果也不錯。
2． 4． 2 加強溫度測控
為了及時掌握混凝土內部與表面溫度的變化值，可在大體積混凝土基礎內埋設若干個測溫點。測點布置應本著“經濟、合理”的原則，以盡可能少的測點反映結構各部位的溫度信息。通常沿混凝土基礎縱、橫軸向或對角線方向在1 /2 ～ 1 /4 處，將測點分別布置在距頂面5 cm，距底面5 cm 和中間偏下一點，個數(shù)不少于3 個，測溫管道均露出混凝土表面10 cm，用100 的紅色水銀溫度計測量，以隨時掌握與控制混凝土內的溫度變化?；炷羶韧鉁夭羁刂圃?5°C 以內，基面溫差和基底溫差應控制在20°C 以內，并及時調整保溫和養(yǎng)護措施，使混凝土的溫度梯度和溫差不致過大，從而有效控制有害裂縫的出現(xiàn)。
3 結束語
大體積混凝土施工是一個系統(tǒng)工程。對大體積混凝土裂縫進行有效預防，已成為工程界普遍關注的課題。由于大體積混凝土應用條件的多樣性和混凝土體系自身的復雜性，大體積混凝土的開裂問題還大量存在，但只要嚴格按照規(guī)范規(guī)定，選取適宜的施工工藝，采取相應的預防措施，就能有效地控制大體積混凝土結構的裂縫。
