关于大体积混凝土施工中关键问题的探讨

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摘要: 对于大突击混凝土，其特点为结构厚实，混凝土量大，工程条件复杂，施工技术要求高，水泥水化热较大（预计超过25度），易使结构物产生温度变形。大体混凝土除了最小断面和内外温度有一定的规定外，对平面尺寸也有一定限制。因为平面尺寸过大，约束作用所产生的温度力也愈大，如采取控制温度措施不当，温度应力超过混凝土所能承受的拉力极限值时，则易产生裂缝。本文就其施工中的关键问题进行讨论，对实际工程起到一定的指导意义。

关键字:裂缝；温度控制；降温速率

现代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。它主要的特点就是体积大，一般实体最小尺寸大于或等于1m。它的表面系数比较小，水泥水化热释放比较集中，内部温升比较快。混凝土内外温差较大时，会使混凝土产生温度裂缝，影响结构安全和正常使用。所以必须从根本上分析它，来保证施工的质量。

一、大体积混凝土的裂缝

大体积混凝土内出现的裂缝按深度的不同，分为贯穿裂缝、深层裂缝及表面裂缝三种。贯穿裂缝是由混凝土表面裂缝发展为深层裂缝，最终形成贯穿裂缝。它切断了结构的断面，可能破坏结构的整体性和稳定性，其危害性是较严重的；而深层裂缝部分地切断了结构断面，也有一定危害性；表面裂缝一般危害性较小。

但出现裂缝并不是绝对地影响结构安全，它都有一个最大允许值。处于室内正常环境的一般构件最大裂缝宽度≤0.3mm；处于露天或室内高湿度环境的构件最大裂缝宽度≤0.2mm。

对于地下或半地下结构，混凝土的裂缝主要影响其防水性能。一般当裂缝宽度在0.1~0.2mm时，虽然早期有轻微渗水，但经过一段时间后，裂缝可以自愈。如超过0.2~0.3mm，则渗漏水量将随着裂缝宽度的增加而迅速加大。所以，在地下工程中应尽量避免超过0.3mm贯穿全断面的裂缝。如出现这种裂缝，将大大影响结构的使用，必须进行化学灌浆加固处理。

大体积混凝土施工阶段所产生的温度裂缝，一方面是混凝土内部因素：由于内外温差而产生的；另一方面是混凝土的外部因素：结构的外部约束和混凝土各质点间的约束，阻止混凝土收缩变形，混凝土抗压强度较大，但受拉力却很小，所以温度应力一旦超过混凝土能承受的抗拉强度时，即会出现裂缝。这种裂缝的宽度在允许限值内，一般不会影响结构的强度，但却对结构的耐久性有所影响，因此必须予以重视和加以控制。

二、大体积混凝土的浇筑：

浇筑方案，除应满足每一处混凝土在初凝以前就被上一层新混凝土覆盖并捣实完毕外，还应考虑结构大小、钢筋疏密、预埋管道和地脚螺栓的留设、混凝土供应情况以及水化热等因素的影响，常采用的方法有以下几种：

1、 全面分层：

即在第一层全面浇筑全部浇筑完毕后，再回头浇筑第二层，此时应使第一层混凝土还未初凝，如此逐层连续浇筑，直至完工为止。采用这种方案，适用于结构的平面尺寸一般不宜太大，施工时从短边开始，沿长边推进比较合适。必要时可分成两段，从中间向两端或从两端向中间同时进行浇筑。

2、 分段分层：

混凝土浇筑时，先从底层开始，浇筑至一定距离后浇筑第二层，如此依次向前浇筑其他各层。由于总的层数较多，所以浇筑到顶后，第一层末端的混凝土还未初凝，又可以从第二段依次分层浇筑。这种方案适用于单位时间内要求供应的混凝土较少，不象第一种方案那样集中。这种方案适用于结构物厚度不太大而面积或长度较大的工程。

3、 斜面分层：

要求斜面的坡度不大于1/3，适用于结构的长度大大超过厚度3倍的情况。混凝土从浇筑层下端开始，逐渐上移。

三、 大体积混凝土养护时的温度控制

大体积混凝土的养护，不仅要满足强度增长的需要，还应通过人工的温度控制，防止因温度变形引起混凝土的开裂。

温度控制就是对混凝土的浇筑温度和混凝土内部的最高温度进行人为的控制。

在混凝土养护阶段的温度控制应遵循以下几点：

1． 混凝土的中心温度与表面温度之间、混凝土表面温度与室外最低气温之间的差值均应小于20℃；当结构混凝土具有足够的抗裂能力时，不大于25℃~30℃。

2． 混凝土拆模时，混凝土的温差不超过20℃。其温差应包括表面温度、中心温度和外界气温之间的温差。

3． 采用内部降温法来降低混凝土内外温差。内部降温法是在混凝土内部预埋水管，通入冷却水，降低混凝土内部最高温度。冷却在混凝土刚浇筑完时就开始进行，还有常见的投毛石法，均可以有效地控制因混凝土内外温差而引起的混凝土开裂。

4． 保温法是在结构物外露的混凝土表面以及模板外侧覆盖保温材料（如草袋、锯木、湿砂等），在缓慢的散热过程中，使混凝土获得必要的强度，以控制混凝土的内外温差小于20℃。

5． 混凝土表层布设抗裂钢筋网片，防止混凝土收缩时产生干裂。

在大体积混凝土施工时掌握住它的基本知识，并根据实际采取有较措施，会使施工质量得到很好的保证。

四、降温速率问题

大体积砼的温度变化曲线一般如图所示。先是一个升温过程，升到最高点后就慢慢降温，升温的速度要比降温的速度大。大体积砼何时达到最高点主要决定于配合比、几何尺寸、现场条件等因素，根据工程统计，一般的大体积砼浇筑后3～4d出现最高点。

国家规范对于温度控制有前述规定，但对于降温速率未提出明确要求。如大体积砼升温时内表温差过大，会造成表面裂缝；那么降温速率过快，会造成贯穿性冷缩缝，也是绝对不允许的。

理论上，任何材料的允许温差与材料的极限值有关。对于大体积砼而言，如果降温过快，虽然内表温差仍然控制在规范要求之内，但由于砼内部温差过大，温差应力达到砼的极限抗拉强度时，理论上就会出现裂缝，而且此裂缝出现在大体积砼的内部，如果相差过大，就会出现贯穿裂缝，影响结构使用，因此，降温速率的快慢直接关系到大体积砼内部拉应力的发展。 那么，降温速率到底取多大值呢？理论上要求温差应力必须小于同一时间的砼抗拉极限强度。目前有的工程采用降温速率取2～3℃/d，跟踪后也未见贯穿裂缝，但是对于大多数施工单位来说，由于没有全面可靠的数据资料，为安全起见仍采用≤1～1.5℃/d。

砼养护可遵循降温速率“前期大后期小”的原则。因养护前期砼处于升温阶段，弹性模量、温度应力较小，而抗拉强度增长较快，在保证砼表面湿润的基础上应尽量少覆盖，让其充分散热，以降低砼的温度，亦即养护前期砼降温速率可稍大。养护后期砼处于降温阶段，弹性模量增加较快，温度应力较大，应加强保温，控制降温速率。

五、总结

体积砼结构结构裂缝预防和控制是一门边缘科学, 也是一项系统工程,必须以材料、设计、施工和维护四个方面加以综合解决。设计方面,要积极采用先进技术,配合成熟的技术措施,抗放兼施,以抗为主,在理论上提出可行的控制措施,在实践操作中采用切实可行的技术,在经济上合理节约。材料配置,施工组织方面,要科学组织,合理安排,确保大体积砼的质量,严格按照施工规范,施工操作规程操作,不断改进操作工艺,加强养护,以预防和减少大体积砼裂缝的产生,将工程裂缝损害控制到最小程度。

参考文献

高层建筑建筑施工手册1992年中国建筑工业出版社;主编:杨嗣信,副主编:胡世德,侯君伟

作者简介：姓名：杨芮 籍贯：北京 在校大学生 武汉大学（土木建筑工程学院）