试析质量控制建筑基础大体积混凝土质量制约

【摘 要】 分析了大体积混凝土裂缝产生的原因，阐述了从混凝土原材料、施工组织、施工检测等方面的质量控制措施。
【关键词】 混凝土；质量控制；温度裂缝
1 引言
现在工业与民用建筑中，工程规模越来越大，基础结构形式也日趋厚重。高层建筑的箱型基础或筏式基础都有厚度较大的钢筋混凝土底板，还常有深梁。高耸构筑物的桩基常有厚大的承台，还有工业建筑的设备基础，都有体积较大的混凝土工程，有的厚度达3m以上，体积超过2×104m3，长度超过100m，这些都属于大体积混凝土。
大体积混凝土与普通混凝土

源于：查抄袭率本科毕业论文www.udooo.com

相比，它的特征是：结构厚实、体积大、钢筋较密、抗渗与抗裂要求高，在应用过程中，除了必须满足普通混凝土的强度、刚度、整体性和耐久性等要求外，主要就是如何预防裂缝的产生和开展。本文结合笔者所参与的某两大超高层建筑基础底板施工和某日资企业精密铸造车间设备基础的混凝土施工，谈谈大体积混凝土施工和温度裂缝的预防控制。

2 温度应力变形是大体积混凝土裂缝的根源

水泥在水化过程中产生大量的热量，因而使混凝土内部的温度升高。混凝土内部的最高温度多数发生在浇筑的3d～5d内，当混凝土内部与表面温差过大时，就会产生温度应力和温度变形。温度应力与温差成正比，温差越大，温度应力也越大。当这种温度应力超过混凝土内外的约束力时，就会产生裂缝。而混凝土内部的温度与混凝土的厚度及水泥用量有关，混凝土愈厚，水泥用量愈大，内部温度愈高。在一定的尺寸范围内，温度应力与混凝土结构的尺寸有关，结构尺寸愈大，温度应力也愈大，因而引起裂缝的可能性也愈大。因此，防止混凝土出现裂缝的关键是控制混凝土内部与表面的温差。

2.1 外约束条件的影响

大体积混凝土浇筑时产生的温度变化，受到下面垫层地基和侧向模板的限制，因而产生外部的压缩应力。混凝土内部由于水泥水化热形成中心温度高，热膨胀大，因而在中心产生压应力，在表面产生拉应力。当拉应力超过混凝土的抗拉强度值和钢筋的约束作用时，混凝土会产生裂缝。

2.2 外界气温变化的影响

大体积混凝土在施工阶段，常受外界气温变化的影响。混凝土内部温度是由于水泥水化热的温度，浇筑温度和混凝土的散热温度三者的叠加。其中浇筑温度与外界气温有直接关系。通常外界气温越高，混凝土的浇筑温度也愈高。当气温下降特别是气温骤降时，会大大增加外层混凝土与内部混凝土的温度梯度，因而会造成温差和温度应力，大体积混凝土出现裂缝。因此控制混凝土表面温度与外界气温差，也是防止混凝土出现裂缝的重要一环。

2.3 混凝土的收缩变形

1）混凝土的塑性收缩变形。混凝土硬化之前处在塑性状态，硬化过程中上部混凝土的均匀沉降受到限制，如遇到钢筋或大的混凝土骨料或者平面面积较大的混凝土，其水平方向的减缩比垂直方向更难时，这样就会形成不规则的深裂缝。这种裂缝通常是互相平行的，不仅发生在大体积混凝土中，一般平面尺寸较大，厚度较厚的结构构件也会出现这种裂缝。防止这种裂缝的最好办法是，连续浇筑与修整抹面，并立即养护，保护混凝土免受风吹日晒。
2）混凝土的体积变形。混凝土终凝以后会发生体积变化，即可收缩也可能膨胀，温度较高。水泥用量较多。自身体积变化也将趋于增大。
3）干燥收缩。混凝土中80%水分要蒸发，约20%的水分是硬化所必需的，而最初失去的30%的自由水分几乎不会引起收缩，随着混凝土的继续干燥而使20%的吸附水逸出，就会出现干燥收缩。而表面收缩干燥快，中心干燥收缩慢，表面的干缩受到中心部位混凝土的约束，因而在表面产生拉应力出现裂缝。
大量工程实践证明，在大体积混凝土施工中，因混凝土收缩变形而引起的裂缝是不可忽视的。影响混凝土收缩的因素很多，主要有水泥品种和数量、混凝土的配合比、外加剂以及施工工艺、养护条件等。
4） 混凝土匀质性的影响。混凝土拌合或浇筑时，由于坍落度不同采用外加剂不同，石子粒径与品种不同，以及振捣的密实度不同，都会影响混凝土的匀质性。由于匀质性不同，造成混凝土的弹性模量的不均匀，因而在收缩变形中，产生的变形也不同。

3 控制大体积混凝土裂缝开展的措施

控制裂缝发展常用的方法主要有：①“放”的方法。减小约束体与被约束体之间的制约，以设置永久性伸缩缝的方法，将超长的现浇钢筋混凝土结构分成若干段，以期释放大部分变形，减少约束应力。目前，大多数国家也广泛采用设置永久性伸缩缝作为控制裂缝开展的主要方法。其伸缩缝间距为30m～40m，个别为10m～20m。②“抗”的方法。采取措施减少被约束体与约束体之间的相对温差，改善配筋，减少混凝土收缩，提高混凝土抗拉强度，以抵抗温度收缩变形和约束力。③“放”、“抗”结合的方法。在施工期间设置作为临时伸缩缝的“后浇带”，将结构分成若干段，可有效消减温度收缩应力。在施工后期，将若干段浇筑成整体，以承受约束应力。④“跳仓打”和“水平分层间歇”施工法。
控制裂缝的开展最主要的是控制混凝土的温升，延缓混凝土的降温速度，减少混凝土的收缩，提高混凝土极限拉伸值，改善约束程度和增加设计构造等方面采取措施。主要是以下几个方面：原材料控制；施工组织措施；设计构造；施工监测等。

3.1 原材料控制

3.

1.1 水泥的选择

选用低水化热或中水化热的水泥配置混凝土。大体积混凝土施工中，导致混凝土升温的热源是水泥在水化反映中所产生的热量，所以，选用中热和低热的水泥品种是控制混凝土温度升高的根本方法。
水泥的发热量主要是由于水泥熟料中的C3S（3CaO.SiO2）和C3A（3CaO.AL2O2）的含量决定的，C3S，C3A两种矿物成分的水化速度较快，水化热较大，所以，应选择C3S，和C3A含量较低的水泥。在施工中，通常选择矿渣水泥，在矿渣水泥中，由于水泥熟料的减少，使发热量较高的C3S、C3A含量相对减少，故其水化热较低。另外，也可选择粉煤灰水泥，它的水化热较低且具有伸缩性较小，抗裂性较好的特点。3.

1.2 骨料

选择合适的骨料级配，从而减少水泥和水的作用量，增加混凝土的和易性，有效控制混凝土的温升。
施工时在条件允许的情况下尽量选择粒径较大，级配良好的粗骨料，石子采用破碎卵石，粒径为0.5cm～4cm，含泥量不超过1%；砂子尽量采用中、粗沙，平均粒径大于0.5mm，含泥量不超过2%。
3.

1.3 优化混凝土配比

加入适量掺合料或外加剂，以改善混凝土的特性，从而降低水化热。
1） 采用粉煤灰代替部分水泥。试验证明，在混凝土中掺入一定量的粉煤灰，使其替代部分水泥，不仅可以降低水化热，而且能起到改善混凝土和易性的效能，且掺加粉煤灰后，混凝土的后期强度与基准混凝土相等或略高，在施工中选择Ⅰ级、Ⅱ级粉煤灰，通常取代水泥的比率不超过10%。
2） 掺加减水剂。由于减水剂对水泥粒子具有分散作用，能增大水泥浆的流动性，混凝土中加入减水剂，在保持混凝土流动性及水灰比不变的条件下，可以减少水泥及水的用量，从而控制混凝土的水化热。
3.

1.4 充分利用混凝土的后期强度，以减少混凝土中的水泥用量，从而降低水化热

结构工程中的大体积混凝土，大多采用水化热较低的矿渣硅酸盐水泥，因其水泥熟料含量较少，且混合材料中的活性氧化钙、活性氧化铝与氢氧化钙、石膏的化合作用在常温下进行比较缓慢，早期强度（3d和7d）较低，但在硬化后期（28d后），由于经过化学反应生成的凝胶不断扩展，使水泥石（水泥浆凝结后变成的坚硬的石状物质）强度不断增长，最后甚至超过同标号的普通硅酸盐水泥，故可充分利用其后期强度。
在施工中，根据结构的实际承受荷载情况，对结构的强度和刚度进行复核，并取得设计单位、监理单位和质量检查部门的认可后，采用f45、f60、f90替代f28作为混凝土的设计强度，这样可减少每立方米混凝土中水泥的用量，可使每立方米混凝土的水泥用量减少40kg～70kg，混凝土的水化热温升也相应降低4℃～7℃。
3.1.5 控制混凝土的出机和浇筑温度，降低大体积混凝土的总温升，从而减少结构物的内外温差
1）控制混凝土的出机温度。

源于：查抄袭率本科毕业论文www.udooo.com

根据搅拌前混凝土原材料总的热量与搅拌后混凝土总的热量相等的原理，可以得出混凝土的出机温度与原材料的温度有关。对混凝土的出机温度影响最大的是石子和砂子的温度，水泥的温度影响最小。为了降低混凝土的出机温度，其最有效的办法是降低砂子和石子的温度。
降低砂石温度的方法很多，夏季气温高时，在砂石料场搭设简易的遮阳装置，砂石温度可降低3℃～5℃；或加冰屑拌合、喷水对砂石进行预冷却等。
2） 控制混凝土的浇筑温度。合理部署施工，尽量避免在炎热天气浇筑大体积混凝土。在夏季，采用混凝土输送泵进行浇筑时，对处于日照中的泵管，要进行遮盖或包裹。另外，采用商品混凝土时，在其罐车上也要加设防日晒装置。
3.

1.6 采用外保内降法，以减少内外温差

1）保温养护。大体积混凝土在浇筑后，选择适当的材料加以覆盖，尽量减少混凝土的暴露面和暴露时间，这样既可以避免夏季遭受暴晒，又防止冬季经受寒潮冲击，导致混凝土面产生急剧的温度梯度，以延缓混凝土的降温速率。
2）湿养护。由于水的导热系数较小，可对混凝土起到一定的隔热保温作用，所以通过延长养护时间，可以使混凝土表面蓄存一定深度的水分，这样可以延缓混凝土内部水化热的降温速度，从而缩小混凝土中心和表面的温度差值。
3）部降温。在大体积混凝土块体内预留一些孔道，在内部通循环冷水或冷气冷却，但必须控制降温速度，不能超过0.5℃/h～

1.0℃/h。

3.

1.7 提高混凝土的极限拉伸值

混凝土的收缩值和极限拉伸值，除了与水泥用量、骨料品种和级配、水灰比、骨料含泥量等因素有关外，还与混凝土的搅拌和浇筑工艺相关。因此通过改善混凝土搅拌和浇筑工艺，可以在一定程度上减少混凝土的收缩和提高混凝土的极限拉伸值，这对防止产生温度裂缝也可起到一定作用。
3.

1.8 采用二次振捣法增强混凝土的密实度，从而提高混凝土的抗裂性

通过试验证明，对浇筑后尚未初凝的混凝土进行二次振捣，能排除混凝土因沁水在粗骨料、水平钢筋下部生成的水分和空隙，减少混凝土内部微裂，增强混凝土的密实度，从而可提高混凝土的抗裂性。
1） 混凝土的二次振捣时间的确定。混凝土的二次振捣有严格的时间标准，二次振捣的恰当时间是指混凝土振捣后能恢复到塑性状态的时间，这是二次振捣的关键。在施工中，可以通过现场试验确定，具体方法为：将运转着的振捣棒以其自身的重力逐渐插入混凝土中进行振捣，混凝土在慢慢拔出时能自动闭合，不会在混凝土中留下空洞，因此对混凝土进行二次振捣是适宜的。
采用二次振捣法控制混凝土的温度裂缝，在确定二次振捣时间时，除了要考虑混凝土的本身特性外，还要结合分层浇筑速度以及混凝土振捣浇筑路线的安排，在操作时间上留有余地，避免混凝土上下层在浇筑时发生脱节，从而形成施工冷缝。
3.

1.9 改善边界约束和构造设计

防止大体积混凝土产生温度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采取一些预防措施。
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，为防止水化热的大量积聚，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为一个整体。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。
后浇带通常平接式，它的设置距离，应在考虑有效降低温差和混凝土收缩应力的条件下，通过计算来获得，在正常情况下，通常为20m～30m，宽度以70m～100m为宜。
后浇带部分的混凝土不能浇筑的过早，空带的保留时间在不影响后续工序施工的情况下，尽量延长，至少保留28d，用于填充后浇带的混凝土采用微膨胀或无收缩水泥，强度等级比原结构强度提高一级，后浇带混凝土养护期不得少于15d。2） 设置温度配筋，以改善大体积混凝土中应力集中的现象。在结构的空洞周围、变截面处以及底板、顶板与墙的转角处，由于温度变化和混凝土的收缩，会产生应力集中，进而导致混凝土的裂缝。为此，可在空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。
3） 置滑动、缓冲层，以消除嵌固、减少约束。由于混凝土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，则可有效减少周围结构的约束。
在水平面上设置滑动层，以减少约束作用：当大体积混凝土基础与岩石基础，或基础与厚大的混凝土垫层交接时，可在接触面设置滑动层，滑动层的做法：涂刷两道热沥青加铺一层沥青油毡，或者铺设10mm～20mm的沥青砂，另外，也可以用50mm厚的砂或石屑作为滑动层。在垂直面等部位设置缓冲层，以消除嵌固作用：即在高、底板交接处，底板地梁处等，用30mm～50mm厚的聚苯乙烯泡沫塑料作垂直隔离层，以释放约束应力。
3.2 混凝土的沁水处

源于：查抄袭率毕业论文理工www.udooo.com

理
大流动性混凝土在浇筑、振捣过程中，上涌的沁水和浮浆顺混凝土坡面到坑底。由于混凝土垫层在施工时，已预先在横向上做出2cm的坡度，使大部分沁水顺垫层坡度通过两侧模板低部预留孔排除坑外，少量来不及排除的沁水随着混凝土浇筑向前推进被赶至基坑顶端，由顶端模板下部的预留孔排至坑外。

3.3 混凝土的表面处理

大体积泵送混凝土，其表面水泥浆较厚，在混凝土浇筑结束后要认真处理。经4h～5h左右，初步按标高用长尺刮平，在初凝前（因混凝土掺加了缓凝剂）用铁滚筒碾压数遍，再用木抹子压实，以闭合收水裂缝，约12h～14h后，按方案要求覆盖浇水养护。

3.4 施工组织措施

施工前，应编制详细的施工方案，和组织结构设置，明确岗位责任和旁站人员，对浇筑顺序进行详细的分析论证。考虑各种风险，制定风险应对措施。

3.5 施工监测

在大体积混凝土的凝结硬化过程中，要加强测温工作，及时摸清大体积混凝土不同深度温度升降的变化的规律，随时监测混凝土内部的温度情况，有的放矢的采取相应的技术措施，确保混凝土不产生过大的温度应力，避免温度裂缝的发生，具有非常重要的作用。
在施工中，通常采用混凝土温度测定仪对混凝土内部温度实行全过程跟踪检测，温度测定仪的基本原理是以测定电阻变化来显示温度的仪器，使用时，将测温仪的铜热传感器用绝缘胶布绑扎在预定测点位置处的钢筋上，如果预定位置处无钢筋，则另外加设钢筋。由于钢筋的导热系数较大，如果传感器直接接触会使该处的温度失真，所以必须用绝缘胶布绑扎。测温时，铜传感器在混凝土浇筑前埋入测点，测点一般按结构厚度在上、中、下分层设置，测温时间，应在混凝土浇筑完毕12h开始，前5d每隔2h测温一次，5d后可延长到4h测一次，10d后可延长到6h测一次。当混凝土表面温度和大气接近，大气温度和混凝土中心温度的温差不大于25℃时，可以解除保温，停止测温工作。在测温过程中，要根据计算机输出的混凝土内部的温度变化曲线，随时对照理论计算值，适时的采取相应的控制措施，以避免温度裂缝的产生。
4 结语
由于浇筑大体积混凝土在一种技术要求较高、影响因素复杂的特殊混凝土工程，预防它的裂缝不是简单的单一性问题，而是一个涉及材料组成、施工工艺、结构设计、外界因素等多方面的综合性问题，所以在具体施工中，要根据工程条件全面考虑，编制周密的预防措施，并在施工过程中加强温度监测，只有这样，才能有效的防止温度裂缝的发生。
（作者单位：河南鸿业建设（集团）有限公司）