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浅谈混凝土裂缝原因及预防措施
作者：曾奇
来源：《珠江水运》2012年第15期
摘 要：本文结合工作实践经验，论述了大体积混凝土温度裂缝产生的原因、现场混凝土温度的控制和预防裂缝的具体措施，为今后类似工程提供参考资料。 关键词：混凝土 裂缝 施工 水化热 控制措施 1.工程概况
舟山长白岛海洋工程和船舶制造项目一期水工工程为两个干船坞。其中1#船坞结构尺寸为380.0×80.0×13.7m，2#船坞400.0×108.0×13.7m。建成后将形成年产60万吨海事工程船舶12艘，平均吨位5万吨。混凝土方量约为25万方，其中大体积混凝土占据60%左右，包括坞墩、中间坞门、灌水廊道、坞口翼墙、坞底板，坞壁、扶壁底板等。其中坞墩单个构件结构尺寸为20×20×5.4m，混凝土方量达2000多方。大体积混凝土容易产生裂缝，造成视觉上的不美观，影响混凝土的抗渗、耐久性能，严重的裂缝可能会造成工程事故。本工程中大体积混凝土开裂会使坞内渗水，影响船坞使用功能，减少工程使用年限。本文以工程实际出发，讲述混凝土裂缝产生的原因及预防措施。 2.大体积混凝土裂缝产生的主要原因
大体积混凝土出现裂缝主要是由于水化热引起的内外温差与收缩交变应力所致，而这些裂缝中危害严重的有表面裂缝与贯穿裂缝。大体积混凝土浇筑后在凝结硬化过程中，水泥和水产生化学反应释放出大量热能。由于块体大，块体内水化热不易散发，温度升高很快。而结构表面在自然环境下散热较快，中心温度高，使内部温度与外部温度相差很大，形成一个温度梯度，所形成的温度应力或温度变形量超过混凝土抗拉强度时，就形成表面不规则裂缝、贯穿裂缝。大体积混凝土成型后当外界温度较低，拆模后短期内表面大幅度降温，加上混凝土在水化过程中多余拌合水的迅速蒸发，胶质体的胶凝等作用促使硬化时的收缩。这种收缩受到地基、模板、钢筋及结构边界条件的抑制，又引起拉应力，当拉应力超过混凝土当时抗拉强度时，就会在混凝土中产生收缩裂缝，有时会出现贯穿结构的裂缝。工程实际中出现贯穿裂缝的情况是：结构截面越大，出现的机会越多；夏季高温季节施工相对容易开裂；施工周期长温度变化大，容易开裂；温度梯度大，也容易开裂。 3.控制大体积混凝土裂缝的施工主要技术措施
本工程重点应放在严格控制混凝土的内外温差、降温速度以及最大限度消除混凝土内部应力集中现象上，从而有效防止大体积混凝土早期裂缝的产生。
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（1）选用低水化热水泥。水泥水化过程中产生大量的热，从而使混凝土内部温度升高。另一方面，水泥的需水量大，混凝土的早期干缩、收缩大。使用不同水泥的混凝土水化热的干燥收缩，按其大小排列依次是：矿渣硅酸盐水泥、普通硅酸盐水泥、中低热水泥和粉煤灰水泥，因此从减少水化热及早期收缩的角度出发，宜采用中低热的粉煤灰水泥。但考虑到混凝土的堆密度必须达到2.38 g/cm3，并综合混凝土强度、水化热及实际材料供应的影响，选择海螺P.O42.5水泥及Ⅱ级粉煤灰掺合料作为胶凝材料。
（2）选用合适的外加剂。混凝土的用水量对混凝土的干缩、早期裂缝起着决定性的作用，所以减少用水量至关重要。本工程从两方面入手，一方面在混凝土中掺加1.1%的江苏中凯NF高效缓凝减水剂，从实验中测得可减少单位用水量19.5%及水泥用量8.5%，1m3混凝土的水泥用量每增减10kg，其水化热将使混凝土的温度相应升降0.8~1.2℃，水泥用量少，水化热自然就少了。另一方面掺加微膨胀剂，前者减小了水泥水化热峰值延缓了水化热的放热时间，后者使混凝土的收缩变形在一定程度上得以抵消，从而避免了因此时混凝土抗拉强度较低而产生的收缩裂缝。
（3）优化混凝土配比。本工程大体积钢筋混凝土必须一次浇筑成型，不能留施工缝，故选用泵送混凝土。我们在实验室试做了多组配方，最后确定混凝土配合比为：水泥:砂:石:水:粉煤灰:外加剂=1:1.92:2.99:0.55:0.28:0.011，水胶比为0.43，坍落度为120~160cm。要求配合比中，砂率选中下限，需满足混凝土强度和密度要求；用水量选下限，但要满足泵送性。大体积混凝土中的水泥水化反应产生大量的热，不易散发，它分三个阶段，即升温阶段、高温阶段、降温阶段。在此影响较大的是高温阶段，需考虑此阶段如何进行降温，使温差降到最小，即里外温差≤25℃。分析几种降温方案，最后选取在骨料中加冰水降低入模温度的方案，该方案具有可操作性。
（4）混凝土浇筑。一次性连续浇筑所需原材料用量大的应提前准备充足，配料在多台拌和机同时工作时，原材料采用重量比进行配料，水泥使用同一厂的同一品种，外加剂、砂石料不混用，保持混凝土用料的统一和均匀。大体积混凝土的浇筑顺序，我们采取一次赶浆分层到顶的顺序。具体程序是从两端中间段开始，向两端来回浇筑。第一层厚度为300mm，摊铺面积较大，逐渐踏步向上收，直至顶面标高，然后倒退分层赶浆，一层接一层直到顶面。每层厚度控制在250mm以内，一方面浇捣速度快，易密实；另一方面由于断面面积大，热量散发加快，使温度分布均匀，不留槎，没有施工冷缝。分层赶浆形成的台阶上升使每个断面停留时间保持在30min以内，内部不会存在漏振，能很好地提高整体性和弹性模量。
（5）混凝土的温度控制措施。准确掌握混凝土内部的温度，在基础周围水平预埋钢管，利用脚手架立管在浇到标高收平后即拔出主管，作为测温孔。测温计选用数字型温度计。在第1～3天每2h测温一次，第4～8天每4h测一次，第9～14天每6h测一次，第15天以后每12h测一次。测内部温度时，用细绳吊入孔内，时间大于3min，然后将孔堵塞。经实测内部温度不平衡，中间高于周围4～8℃，同基础外界环境的温度差不超过25℃，符合规范中内外温差不大于25℃的要求。及时采取保湿保温措施，加强早期养护。对于浇完部分，应在整平收光后及时覆盖土工布，使表面温度同环境温度均衡，降低内外温度梯度，并严禁将表面保温保
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湿覆盖材料随意搬走。养护时间要大于30d，由于浇水养护及降温时间长，多余水会流入周围基础，必须认真做好排水工作。浇筑后混凝土的抗拉强度远小于抗压强度，拉伸变形的离散性较大，它与原材料、施工质量及温度养护等因素关系密切，因此在施工的全过程中，要确保内部密实均匀以提高抗拉强度。
（6）合理安排施工顺序。防止中混凝土拌合物堆积过大，流淌坡度面积过大，分层布料、分层振捣。分层布料厚度控制在300mm左右，施工混凝土间歇不超过1h，以保证下层混凝土能在其初凝前被覆盖。为降低混凝土入模温度，对拌合水加冰冷却，对骨料进行护盖或设置遮阳装置，避免日光直晒，用水冲洗粗骨料，采取将冰块加入搅拌站的地下水池，对骨料及水进行冰水降温，由混凝土料车拉至现场进行泵输送人模。混凝土养护采用土工布覆盖、蓄水养护，养护时间为14d。加强温度监测，随时控制混凝土内的温度变化，内外温差控制在20℃以内。 4.小结
设计单位在结构设计时，应注意减少混凝土收缩和温度变形的影响并考虑加大抵抗变形的能力，如适当加强腰筋量、增加板面筋量，必要时要设置后浇带、分片间隔施工等。加强隐蔽工程的检查及验收。开挖基槽时，尽量注意不要扰动土的原状结构，当相邻建筑物间距较近或各部分荷载相差较大时，要合理安排好施工顺序，先深基础后浅基础，先主体核心部分，后外围附属部分。钢筋的配置要严格按设计图施工，保护层过大或过小均会导致混凝土裂缝甚至开裂。在模板工程中要注意钢筋在墙与板、墙与梁抹角及构件变截面处的构造合理性，防止因模板各杆件间的变形不同而导致混凝土裂缝，而且应合理掌握拆模时机，不要错过最佳养护介入时机。加强大体积混凝土施工中的表面处理及养护。加强测温工作，定人、定时、定点、定仪器监控，建议今后类似工程：在混凝土入模72h内，每间隔2h测温一次；在混凝土入模72h～168h内，每间隔4h测温一次；在混凝土入模168h后，每间隔8h测温一次。大体积混凝土在进行温差控制时，将温差控制上限定为25℃。施工组织要严密，防止意外间歇。泵送混凝土应连续进行，当需停泵时，泵的料斗中应留有适量混凝土，经常敲击输送管道及每隔4～5min开泵搅拌一次，以防塞泵堵管。实践证明，选用低水化热水泥、添加合适的减水剂和膨胀剂、优化混凝土配比、采用冰水降温等均是在高温天气保证大体积混凝土施工质量的有效措施。本工程由于采取了切实有效的措施，施工中各方面配合紧密，工程进度得以顺利进行，工程质量有了可靠的保障。自竣工至今，混凝土坞壁、底板、坞墩基本无裂缝、沉降，为今后类似工程提供设计、施工、监理等参考资料。
图1：浇筑的坞壁光滑，无裂缝、渗水现象 参考文献：
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[1] 张守凯，张晓华. 谈砌体裂缝产生的原因及防治的技术措施[J]. 林业科技情报，2002，（03）.
[2] 李廷茂. 钢筋混凝土结构裂缝原因分析及治理技术[J]. 山西建筑，2004，（02）.
