大体积混凝土裂缝产生的原因及草袋对策
摘要: 文章主要从设计、原材料、施工、温控等方面入手，对大体积混凝土施工中应采取的预防措施进行了探讨。
关键词: 大体积混凝土裂缝原因措施
随着我国城市化建设进程快速发展，高层和超高层建设项目日益增多，大体积混凝土施工已屡见不鲜。大体积混凝土施工主要特点是断面最小尺寸大于或等于1m，表面系数较小，水泥水化热释放比较集中，内部升温较快。混凝土内外温差较大时，会使混凝土产生温度裂缝，给工程结构埋下严重的质量隐患，影响结构安全和正常使用。因此，大体积混凝土施工需要从相应的设计、原材料、施工、温控等方面进行严格控制，才能有效地预防裂缝的产生和发展，保证工程质量。
1 大体积混凝土裂缝产生的主要因素
大体积混凝土结构产生裂缝是由多种因素共同作用引起的，归纳起来主要有以下几种:
( 1) 收缩裂缝。混凝土在逐渐散热和硬化过程中，会导致其体积的收缩。如果混凝土的收缩受到外界的约束，就会在混凝土内产生相应的收缩应力，当收缩应力超过当时混凝土的极限抗拉强度时，即在混凝土中产生收缩裂缝。收缩的主要影响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，混凝土收缩就越大。选用的水泥品种不同，其干缩、收缩的量也不同，一般中低热水泥和粉煤灰水泥的收缩量较小。
( 2) 温度裂缝。水泥在水化过程中要释放一定的热量，而大体积混凝土结构断面较厚，表面系数相对较小，一般要求一次性整体浇筑。水泥因水化产生的热量聚集在内部不易散发，混凝土内部温度将显著升高，而其表面散热较快，形成了较大温度差，使混凝土内部产生压应力，表面相应产生拉应力。此时，混凝土龄期短，抗拉强度较低，当温度产生的表面拉应力超过混凝土极限抗拉强度时，则会在混凝土表面产生裂缝。
( 3) 材料裂缝。亦称安定性裂缝，表现为龟裂，主要是由于水泥安定性不合格或骨料中含泥量过多而引起。
2 预防混凝土裂缝产生的措施
2． 1 设计措施
2． 1． 1 大体积混凝土强度等级宜在C20 ～ C35 范围内选用
随着高层和超高层建筑物不断出现，大体积混凝土的强度等级日趋增高。设计强度过高，水泥用量过大，必然造成混凝土水化热过高。混凝土内外温差超过30°C 以上，温度应力容易超过混凝土的抗拉强度，产生开裂。对于竖向受力结构可以用高强混凝土减小截面，但是对于大体积混凝土底板则应在满足抗弯及抗冲切计算要求下，采用C20 ～ C35 的混凝土，避免设计上“强度越高越好”的错误概念。
2． 1． 2 精心设计混凝土配合比
在保证混凝土具有良好工作性的情况下，尽可能降低混凝土的单位用水量，采用三低、两掺、一高的设计原则，生产出高强、高韧性、中弹、低热和高抗拉值的抗裂混凝土。
2． 1． 3 增配构造钢筋抑制裂缝
大体积混凝土基础除应满足承载力和构造要求外，还应增配承受水泥水化热引起的温度应力及控制裂缝开展的钢筋，以构造钢筋来抑制裂缝。尽量采用小直径、小间距的配筋方式。混凝土截面的配筋率应在0. 3% ～ 0. 5%之间。在易裂的边缘部位设置暗梁，提高该部位的配筋率，增加混凝土的极限抗拉强度。在易产生应力集中的薄弱环节采取加强措施，避免结构突变产生应力集中。
2． 1． 4 改善约束条件
在大体积混凝土基础与岩石、厚大的混凝土垫层之间设置滑动层，在垂直面、键槽部位设置缓冲层，以消除嵌固作用，释放约束应力。
2． 1． 5 合理设置后浇缝
在结构设计中可以采用后浇缝来抑制施工期间的较大温差及收缩应力。在正常施工条件下，后浇缝间距为20 ～ 30m，保留时间不小于60d。对于大型筏式、箱式基础不应设置永久变形缝。
2． 2 材料措施
2． 2． 1 水泥选择
由于混凝土的热量主要来自水泥水化热，因而应优先选用低水化热的矿渣硅酸盐水泥，水泥用量不超过380kg /m3。
2． 2． 2 骨料选择
应选择线膨胀系数小的石灰岩骨料，形状以碎石为佳，粒径尽量大一些，在5 ～ 40 mm 左右，级配良好。细骨料采用中、粗沙，细度模数为2. 5 ～ 3. 2。严格控制砂石的含泥量，使之在1% 以内，并不得混有有机质等杂物。
2． 2． 3 添加料及外加剂选择
为了降低水化热，在保证混凝土强度的前提下，国内当前主要选用优质粉煤灰为添加料，掺量不少于20%。根据测算，每增减10kg 水泥，其水化热将使混凝土的温度相应升降1°C。混凝土中掺加粉煤灰后，可以提高混凝土的和易性，增强抗渗性、耐久性，减少收缩，提高混凝土的抗拉强度等。外加剂主要选用高效减水剂、缓凝剂和膨胀剂，用以改善混凝土工作性，减少单位用水量和胶凝材料用量，进而达到提高混凝土的抗裂性、防水性和整体强度的目的。
2． 3 施工措施
2． 3． 1 确定混凝土的浇筑方案
混凝土的浇筑方案可根据结构平面布置、商品混凝土供应等具体情况，选择以下3 种方式: ( 1) 全面分层。在整个结构平面内全面分层浇筑混凝土，并保证第一层浇完后继续浇筑第二层时，第一层浇筑的混凝土还未初凝。如此逐层进行，直至浇筑结束。该方案适用于结构平面尺寸不太大的情况。施工时沿短边开始，沿长边进行，必要时也可分两段，从中间向两端或从两端向中间同时进行。( 2) 分段分层。适用于厚度不太大而面积和长度较大的结构。混凝土从底层开始浇筑，进行一段距离后回来浇筑第二层，如此依次向前浇筑以上各层。
( 3) 斜面分层。适用于长度超过厚度3 倍的结构。振
捣工作应从浇筑层的下端开始，逐渐上移，以保证混凝土的施工质量。分层的厚度取决于振捣器的棒长和振捣力大小以及混凝土供应量的大小，一般厚度为30 ～50 cm。
2． 3． 2 降低混凝土的入模温度
浇筑大体积混凝土时应选择适宜的气温，尽量避开特别炎热的天气，必要时采取降温措施。例如用低温水或冰水搅拌混凝土，喷冷水雾或冷水进行强冷，对骨料进行覆盖或设置遮阳装置，同时要在混凝土输送管道上覆盖罩布或湿麻袋，以避免阳光照射，并注意每隔一定的时间洒水湿润，使混凝土的入模温度控制在25°C 以下。
2． 3． 3 精心振捣及抹面
大体积混凝土浇筑过程中要加强振捣。振捣插入间距一般为400 mm 左右，振捣时间一般为15 ～ 30 s，并且在20 ～ 30 mim 后进行二次复振。特别是对于预留洞、预埋件和钢筋密集部位应预先制定好相应的技术措施，确保顺利布料和振捣密实。不同浇筑区域之间、上下层之间的混凝土浇筑间隙时间不得超过初凝时间。当大体积混凝土按基准标高浇筑一定数量后，在混凝土初凝前，用铝合金长括尺表面括平，木蟹打平，这是第一遍。第二遍待收水后，表面沿钢筋位置出现收水裂缝，用滚筒滚压数遍，用木蟹揉搓，闭合收水裂缝。
2． 4 温控措施
2． 4． 1 及时保温
混凝土抹面完成后，应立即采取保温措施。保温的好坏，对大体积混凝土温度裂缝控制至关重要。通常做法是在混凝土表面覆盖一层塑料薄膜，薄膜上面盖草袋，草袋的厚度可以按照常规设定，再经仿真分析计算确定。必要时再于草袋上面覆盖一层塑料彩条布。另外在夏季施工时还可采用蓄水养护法进行保温养护，效果也不错。
2． 4． 2 加强温度测控
为了及时掌握混凝土内部与表面温度的变化值，可在大体积混凝土基础内埋设若干个测温点。测点布置应本着“经济、合理”的原则，以尽可能少的测点反映结构各部位的温度信息。通常沿混凝土基础纵、横轴向或对角线方向在1 /2 ～ 1 /4 处，将测点分别布置在距顶面5 cm，距底面5 cm 和中间偏下一点，个数不少于3 个，测温管道均露出混凝土表面10 cm，用100 的红色水银温度计测量，以随时掌握与控制混凝土内的温度变化。混凝土内外温差控制在25°C 以内，基面温差和基底温差应控制在20°C 以内，并及时调整保温和养护措施，使混凝土的温度梯度和温差不致过大，从而有效控制有害裂缝的出现。
3 结束语
大体积混凝土施工是一个系统工程。对大体积混凝土裂缝进行有效预防，已成为工程界普遍关注的课题。由于大体积混凝土应用条件的多样性和混凝土体系自身的复杂性，大体积混凝土的开裂问题还大量存在，但只要严格按照规范规定，选取适宜的施工工艺，采取相应的预防措施，就能有效地控制大体积混凝土结构的裂缝。
