大体积混凝土的裂缝控制

大体积混凝土的裂缝控制

陈禹

陈禹二十一冶建设有限公司730000

摘要本文介绍了在混凝土原材料、配合比、施工、养护和温度估算等方面运用综合技术控制裂缝的措施及效果。

关键词大体积温度裂缝

大体积砼指的是最小断面尺寸大于1m以上的砼结构，其尺寸已经大到必须采用相应的技术措施妥善处理温度差值，合理解决温度应力并控制裂缝开展的砼结构。大体积混凝土与普通混凝土的区别表面上看是厚度不同，但其实质的区别是由于混凝土中水泥水化要产生热量，大体积混凝土内部的热量不如表面的热量散失得快，造成内外温差过大，其所产生的温度应力可能会使混凝土开裂。因此判断是否属于大体积混凝土既要考虑厚度这一因素，又要考虑水泥品种、强度等级、每立方米水泥用量等因素，比较准确的方法是通过计算水泥水化热所引起的混凝土的温升值与环境温度的差值大小来判别，一般来说，当其差值小于25℃时，其所产生的温度应力将会小于混凝土本身的抗拉强度，不会造成混凝土的开裂，当差值大于25℃时，其所产生的温度应力有可能大于混凝土本身的抗拉强度，造成混凝土的开裂，此时就可判定该混凝土属大体积混凝土。大体积混凝土产生裂缝的原因可归为两类：（1）温度差。水化过程是释放热量，每克水泥可产生热量500J左右，而混凝土导热性能较差，大体积混凝土因热量聚绝热升温可达70℃或更高，当内外温差产生约束应力超过混凝土抗拉强度时，将导致裂缝。（2）体积收缩。混凝土凝固过程中体积减小，引起收缩变形。在混凝土初凝阶段表面水分散失较快，收缩尤为显著，此时混凝土抗拉强度较低，更容易引发裂缝。

1、工程概况

某电厂4×30MW机坑口电厂锅炉基础，基础底板厚2.6m，为大体积混凝土基础需浇筑强度等级为C30的混凝土，混凝土总方量7500m3。

工程特点是：

（1）基础厚。厚度大2.6m。（2）浇筑量大。共7500m3一次性浇筑。（3）混凝土强度等级C30较高。（4）环境温度高。8月浇筑，时值夏季，日平均气温28℃，最高温度35℃。（5）温差控制要求严格。混凝土表面与内部温控目标为不超过25℃，以防止开裂。

2、控制措施

（1）原材料控制

水泥。高标号水泥的水化热，经测试PII52.5水泥水化热较PO42.5高80KJ/Kg左右，故本工程选用联合PO42.5。

骨料。级配良好，含泥量低不仅减少了水泥用量，且降低了混凝土干缩。

外加剂。选用NF-2缓凝中效减水剂，可延缓混凝土凝结时间，降低水化热峰值。

粉煤灰。掺加粉煤灰能减少水泥用量并有效降低水化热。优质粉煤灰的需水量小；可降低混凝土单方用水量和水泥用量，还可减少混凝土自身体积收缩，有利于防裂。本工程选用大唐把电II级，高钙灰。

（2）配合比设计原则

根据《普通混凝土配合比设计规程》（JGJ55-2000）、《混凝土泵送施工技术规程》（JGJ/T10-95）、《粒化高炉矿渣在混凝土中的应用技术规范》（DG/TJ08-501-1999）进行配合比设计和试配。（见表2）

为降低水化热量值，经设计同意将混凝土龄期由45d改为60d。

充分利用粉煤灰降低混凝土水化热和混凝土后期强度贡献的作用。

控制水泥用量。因为水泥用量每减少10kg，水化热升温降低1℃～1.2℃。

全面考虑骨料对混凝土收缩的限制作用及对混凝土的工作性和可泵性影响。

（3）施工养护措施

浇筑过程中，为降低混凝土入模温度，在泵送管上覆盖草袋并用水喷淋,浇筑振捣完成后及时压抹平整，待２～３ｈ混凝土表面收水并接近初凝时再用磨光机压抹2遍;磨光工序完成后用水蟹打压二遍;1h后待混凝土表面泛白,踩踏无明显脚印时,即可洒水。

待表面保持充分潮湿状态后,及时用保温材料严密覆盖养护。养护措施根据水化热温度计数确立,全部用二层塑料膜加三层草袋养护。

温度估算

(1)混凝土水化热温度计算.胶凝材料水化热引起的混凝土温升值按下式计算

Тmax=Тj+Тτξ

Тτ=WQ（1-e-mτ）

CP

式中Tmax—混凝土内部最高温度（℃）；

Tj—混凝土浇筑温度（℃）;

Tτ—龄期时混凝土的绝热温升（℃）;

ξ—不同浇筑块厚度的降温系数；

W—每立方米混凝土中水泥用量(KJ/m3)

Q—每kg水泥的水化热量(KJ/kg);

C—混凝土的比热(KJ/kg℃);

p—混凝土的容重(KJ/m3);

m—随水泥品种、比表面及浇筑温度而异；

τ—龄期（d）。

混凝土拌和物浇筑入模温度32℃时，计算结果温度最高可达73.5℃。

（2）混凝土表面最高温度计算

Тbmax=Тq+4×(H-h′)×h′ΔТ/H2

H=h+2×h′h′=K×λ/B

式中T—混凝土表面最高温度（℃）;

Tq—大气的平均温度（℃）;

H—混凝土的计算厚度；

h′—混凝土的虚厚度；

h—混凝土的实际厚度；

ΔТ—混凝土中心温度与外界气温之差的最大值；

λ—混凝土的导热系数，此处可取为2.33/Wm.K;

K—计算折减系数，根据试验资料可取0.666；

B—混凝土模板及保温层的传热系数（W/㎡.K）

根据大体积混凝土温差控制要求，表面与内部最大温差应控制在25℃以内。以2层塑料膜、3层草袋做保温层计算，算得最大温差为22.3℃。该做法在实际施工养护中被采纳，取得了较好的效果。

3、结论

现场取样立方体抗压强度试件151组，在（20℃±2℃）的不流动Ga（OH）2饱和溶液中养护，平均强度40.7MPa，最低强度35.9MPa，标准差3.80MPa，全部满足C30设计强度等级的要求。已完成的大体积基础工程在几次自检和有关单位的检查中，未发现裂缝及其他质量问题。（1）采用合理的施工技术方案，可以避免大体积混凝土产生裂缝；（2）严格控制原材料质量是避免大体积混凝土的裂缝关键；（3）控制水泥用量、合理掺用粉煤灰、廷长混凝土龄期等方法，是降低水化热的有效途径；（4）混凝土浇捣完毕后，应及时用保温材料覆盖，并浇水保温控制温差。计算混凝土温差的方法在控制大体积混凝土裂缝中起到了较好的指导作用。因此，对于大体积混凝土的施工，一定要采取有效的工程措施，降低内部最高温度和良好的混凝土养生方法，以防止混凝土由于内部和表面温差过大而产生表面裂缝，同时也保证高强混凝土的后期强度。

参考文献

【l】叶琳昌，沈义.大体积混凝土施工.北京：中国建筑工业出版社，1987

【2】赵志缙.高层建筑施工手册.上海：同济大学出版社，1995

【3】陈肇元，朱金铨，吴佩刚.高强混凝土及其应用.北京：清华大学出版社，1992