大体积混凝土裂缝的成因与防治

大体积混凝土裂缝的成因与防治

袁孝义1王永清2

（1、江苏省交通技师学院，江苏镇江2120062、江苏省交通规划设计院，江苏南京210005）

摘要：通过某高速公路特大桥主塔承台砼的施工，总结了大体积砼在施工、管理方面进行裂缝控制的经验，以期对今后大体积混凝土裂缝防治提供一些方法和措施。

关键词：大体积砼；裂缝；成因；防治

前言

大体积砼不同国家有不同的定义。美国定义：任何就地浇筑砼，若尺寸大，必须采取措施解决体积膨胀和水化热，以便减小开裂为大体积砼。日本定义：结构断面最小尺寸在80cm以上，水化热引起的砼最高温度与外界气温差大于25℃为大体积砼。我国定义：砼结构物实体最小尺寸大于等于1m或预计会因水泥水化热引起内外温差过大而导致裂缝的砼。

在公路桥梁下部结构与民用建筑的设备基础、箱形基础、筏基底板、立墙及地下隧道等大体积砼施工中，由于水泥水化热引起砼浇筑内部温度和温度应力剧烈变化，而导致砼发生裂缝现象时有发生。因此，控制砼浇筑块体因水泥水化热引起的升温、砼浇筑块体的里外温差及降温速度，防止砼出现温度裂缝（包括砼收缩）是施工技术的关键问题，必须认真对待，提高砼的抗拉力，防止砼裂缝，确保大体积砼的施工质量。下面就某高速公路桥梁的大体积砼基础防止裂缝所做的一些防控措施和同仁探讨。

1工程概况

某高速公路特大桥主桥为双塔双索面钢—砼组合梁斜拉桥，其中索塔承台为工字形平面，长59.6m，宽24m，厚度6m，顶标高+2.0m，底标高-4.0m，一个承台的砼体积为7747.2m3，根据施工总体进度安排，承台施工时间不得已在8月下旬，室外温度正是最高的时候。

2大体积砼裂缝产生的原因

砼裂缝按产生的原因可分为两类：一是结构裂缝，由外部荷载引起，包括常规结构计算中的主应力以及其他结构次应力造成的受力裂缝。二是材料裂缝，由非受力结构变形引起的例如温度、湿度、收缩、膨胀、不均匀沉降等因素引起，这种裂缝的形成是一个渐进的过程，与环境的变化、约束的信息状态息息相关。

在该桥承台的施工中，我们发现按照裂缝产生的时间可分为硬化前裂缝、硬化过程裂缝、完全硬化后裂缝。

2.1硬化前裂缝。下沉收缩缝，在砼浇注后的1至2小时内，当砼尚未凝固期间，沿钢筋的走向砼表面产生的裂缝，这是由于砼浇注后收缩引起的。在钢筋的上方与其周围的收缩差而发生的裂缝，这时砼尚未凝固，在其表面又发现细微张裂，这往往是水分从砼表面蒸发而产生。其影响的因素很多，拌和物的用水量、水泥的用量、振捣情况、大气温度及其它一些因素，在夏季高温天气下尤为明显，这时候就要加强浇水养护，保持湿润。

2.2温度梯度造成的裂缝。水泥硬化过程中的水化热造成表面和内部的温差，砼中心温度很高而表面温度低，出现温度梯度，在施工过程中防止大体积砼裂缝的产生是我们主要的控制环节。

2.3干缩裂缝。干燥收缩裂缝，此种裂缝由表面逐步扩展到内部，由于湿度梯度，造成砼表面收缩大内部收缩小，致使表面受到拉应力，当拉应力大于砼的抗拉强度（轴拉、弯拉）时砼表面便出现裂缝。

2.4钢筋锈蚀裂缝。主要是钢筋受到腐蚀造成的裂缝，在施工中一定要确保钢筋的保护层厚度，这是避免此种裂缝产生的唯一措施。

3主要施工措施

针对以上砼裂缝产生的原因，结合工程特点，主要采取了以下的防治措施，重点是防止砼的温度裂缝和收缩裂缝。

3.1严格控制原材料质量。由于拌和站严格控制砼原材料的质量和技术标准，选用低水化热水泥，优选掺合料，粗细骨料含泥量尽量减少，细致分析砼集料的配合比，控制水灰比，减小坍落度，合理掺加减水剂。具体如下：（1）用降低水泥用量的方法来降低砼的绝对升温值，这样可以使砼浇筑后的里外温差和降温速度控制的难度降低强度等级在C20~C35的范围内选用水泥不超过380kg/m3。（2）水泥应优先选用水化热低的矿渣水泥配置大体积砼。所用的水泥应进行水化热的测定。水泥水化热测定按国家标准《水泥水化热试验方法（直接法）》测定，配置砼所用水泥7天的水化热不大于250kJ/kg。（3）掺合料及外加剂：掺合料主要是粉煤灰，其可以提高砼的和易性，大大改善砼的工作性和可泵性，同时可以代替水泥用量降低水化热，掺用量是水泥用量的15%，降低水化热15%左右。外加剂主要指减水剂和缓凝剂，砼中掺入水泥重量的0.25%木钙减水剂，不仅使砼工作性能有明显改善，同时又减少10%的拌和用水，节约10%左右的水泥，从而降低了水化热。一般泵送砼为了延缓凝结时间则要加缓凝剂，反之凝结时间过早将影响砼浇筑面的粘结，易出现层间缝隙，抗裂和整体性下降。

3.2合理安排砼的浇筑环境。夏季砼浇筑安排在1d中温度最低时（一般安排在夜间），最大限度的降低砼入模温度，加强砼的振捣，使用二次振捣技术，利用平板振动器振捣，提高砼的密实度。

3.3控制砼入模温度。该工程承台施工时采取了一定的措施控制砼入模温度，有效控制了水化热的释放速度。具体措施为：一是冷水浇砂、石子，二是砼输送管道距离要短，注意尽量减少拐角，在管路支架上设套管，减少由管路输送增加摩擦而产生热值，浇筑温度控制在27℃以内，使实际入模温度略低于大气温度1~3℃。

3.4严格监控温度。在砼浇筑前后采用JDC-2建筑电子测温仪测量砼内部温度，检测砼表面温度与结构中心温度，以便采取相应措施，保证砼施工质量，控制舱内外温差。测温时砼温度上升阶段每两小时测一次。温度下降阶段每4小时测一次，同时测大气温度。所有测温点均编号，进行砼内部不同深度和表面温度的测量，实际测温时砼中心温度高为71℃，砼表面温度为49℃，大气温度32℃。

3.5合理的振捣方法。为保证砼密实度，采用行列式或梅花式进行振捣。在每次浇筑时设4台振捣棒，一台在浇注点，两台在振捣流淌部分，一台在后面补振，振距为500mm，振捣上层砼时，振捣棒应插入下层砼至少50mm，使上下层结合成一体，振捣时间在20~30s，待出现反浆后，砼不再下沉为准，防止漏振和过振。振捣密实后，用抹子和长木抹平，并挤压密实2至3遍。

3.6保温保湿养护。作好养护工作，采用蓄水方式进行，并在砼表面覆盖一层塑料布，一层麻袋片，同时根据温差情况及时对砼表面覆盖厚度进行增减，舱内外温差及砼表面温差与大气温差均不得超过25℃，当发现内外温差达到25℃时，应立刻增加覆盖，当温差降到20℃以下时可拆除部分覆盖，以加速降温，如此反复，速率不大于2℃/h，该工程已完成一年，至今尚未发生裂缝。

3.7设计与施工密切配合。对于砼的裂缝控制与防治，设计和施工砼拌和站密切配合，只要设计增加构造措施，坚持小规格小间距配筋，避免应力集中，施工时在浇筑、振捣、养护等环节做好，拌和站从配合比、用水量、骨料、水泥等方面入手进行控制，砼的裂缝在一定程度上得到避免。

4主要管理措施

4.1拌制混凝土的原材料均需进行检验，合格后方可使用。同时要注意各项原材料的温度，以保证混凝土的入模温度与理论计算基本相近。

4.2在混凝土搅拌站设专人掺入外加剂，掺量要准确。

4.3施工现场对商品混凝土要逐车进行检查，测定混凝土的坍落度和温度，检查混凝土量是否相符。严禁混凝土搅拌车在施工现场临时加水。

4.4混凝土浇筑应连续进行，间歇时间不得超过3~5h。

4.5试验部门设专人负责测温及保养的管理工作，发现问题应及时向项目技术负责人汇报，并采取合理的纠正措施。

4.6加强混凝土试块制作及养护的管理，试块拆模后及时编号并送入标养室进行养护。

5其它防治措施

防止大体积混凝土产生裂缝，除了可以在施工过程中采取措施外，在改善边界约束和构造设计方面也可以采取一些预防措施。

5.1设置后浇带，以降低每次浇筑的蓄热量。当大体积混凝土结构尺寸过大时，为防止水热化的大量积聚，在进行结构设计时，可在适当位置设置后浇带，将大体积混凝土分成若干块浇筑，在施工后期再将分块的混凝土连成一个整体，这样可以降低混凝土每次浇筑的蓄热量，同时也可以放松约束程度。

5.2设置温度配筋，以改善大体积混凝土中应力集中的现象。在结构的孔洞周围、变截面处以及底板、顶板与侧墙的转角处，由于温度变化和混凝土收缩，会产生应力集中，进而导致混凝土裂缝。为此，可在孔洞周围增配斜向钢筋或钢筋网片，使混凝土在变截面处由突变改为缓变，同时增配一定数量的抗裂钢筋，防止裂缝的出现。

5.3设置滑动、缓冲层、以消除嵌固、减少约束。混凝土由于边界存在约束才会产生温度应力，如果在与外界约束的接触面上设置滑动层，则可减少周围结构的约束。在水平面设置滑动层，以减少约束作用。在垂直面、槽部位设置缓冲层，以减少嵌固作用。

5.4建立健全管理网络，加强科学施工，施工前编制可行的施工方案，明确分工，各负其责。

5.5大体积混凝土施工测温是必不可少的一项工作，加强混凝土表面保温、保湿来减少内外温度不超过规范的25℃是控制裂缝的有效措施。

结束语

对于大体积混凝土裂缝的控制与防治，设计、施工、管理混凝土生产厂家紧密相关，只要设计增加构造措施、坚持小规格配筋、小间距避免应力集中，施工单位在浇筑、振捣、养护等环节做好，管理措施合理可行，混凝土生产厂家从配合比、用水量、骨料、水泥等方面入手，混凝土裂缝能在一定程度上得到避免。

参考文献

[1]曹妍，王芮文.镇溧高速公路新昌枢纽匝道桥裂缝原因[J].西部探矿工程，2008，8.

[2]曹妍，王芮文.某高速公路匝道桥现浇箱梁裂缝成因及处理方法[J].科技促进发展，2009，2.

[3]曹妍，王芮文.桥梁预应力孔道真空辅助压浆施工技术[J].施工技术，2009，6.

[4]苏宁，黄颜斌.高层建筑基础大体积混凝土施工[J].建筑科技与管理，2009，3.

作者简介：袁孝义，男，36岁，本科学历，高级工程师，江苏省交通技师学院常州西绕城高速公路中心试验室副主任、质量负责人。