高层建筑大体积混凝土的裂缝控制措施

摘要： 大体积砼产生裂缝主要是由其内部矛盾发展的结果，一方面由于内外温差和收缩而产生应力和应变，另一方面是结构物的外部砼各质点间的约束，阻止这种应变，一旦温度拉应力超过砼能承受的抗拉强度时，即出现裂缝。本文主要分析了高层建筑大体积混凝土常见裂缝产生原因及控制原理，提出了裂缝控制措施。

关键词：高层建筑、大体积混凝土、裂缝控制

中图分类号：TU97文献标识码： A

随着我国建筑业产业规模不断发展，目前高层建筑不断增多，高层建筑往往设计有1～3m厚的大体积混凝土筏板基础，施工中如果开裂将影响工程结构的整体安全性，并给整个工程项目带来严重质量隐患和经济损失。因此高层建筑大体积混凝土施工中应严格控制裂缝产生，以更好的保证工程质量。

一、高层建筑大体积混凝土常见裂缝原因及控制原理

大体积砼由于截面大，水泥用量大，水泥水化释放的水化热会产生较大的温度变化，由此形成的温度应力导致产生裂缝。大体积砼施工阶段所产生的温度裂缝，是由其内部矛盾发展的结果，一方面由于内外温差和收缩而产生应力和应变，另一方面是结构物的外部砼各质点间的约束，阻止这种应变，一旦温度拉应力超过砼能承受的抗拉强度时，即出现裂缝。高层建筑由于基础混凝土体积大，混凝土收缩受到限制便有可能产生影响使用与耐久性的有害裂缝，即贯穿性裂缝（外约束裂缝）或可能发展的表面裂缝（内约束裂缝）。

（一）贯穿性裂缝

这种裂缝特征是由交界面向上延伸，靠近基底最大而在上部较小，严重的会破坏结构的整体性、耐久性、防水性和稳定性等，影响正常使用，危害严重。其产生的原因是温度应力作用的结果。在混凝土降温阶段，热量逐渐散发，因温度逐渐下降使混凝土体积产生收缩，同时，在硬化过程中因多余水份蒸发及碳化等原因使混凝土产生收缩变形，受到地基和结构边界条件的约束（外约束）不能自由变形，从而产生温度应力（拉应力），当两种应力叠加超过混凝土的抗拉极限强度时，则在混凝土的底面交界处附近以至混凝土中产生收缩裂缝。

（二）表面裂缝

这种裂缝的产生与混凝土的内外温差有密切的关系。大体积混凝土结构，浇筑后水泥的水化热很大，由于混凝土体积大，聚积在内部的水泥水化热不易散发，混凝土的内部温度将显著升高。而混凝土表面则散热较快，这样形成较大的内外温差，使混凝土内部产生压应力，表面产生拉应力。如果在混凝土表面附近存在较大的温度梯度，就会引起较大的表面拉应力，此时混凝土的龄期很短，抗拉强度很低，如果温差产生的表面拉应力，超过此时的混凝土极限抗拉强度，就会在混凝土表面产生表面裂缝。

由上述分析可见，高层建筑大体积混凝土的裂缝控制，不仅要杜绝有害的贯穿性裂缝，同时也要减少或避免混凝土表面裂缝。

二、大体积混凝土裂缝主要控制措施

大体积混凝土裂缝控制的根本原则是同龄期的温度应力（包括相应龄期混凝土收缩当量温差产生的应力）应小于同龄期的混凝土抗拉强度，即要求进行温度应力控制。综合种种因素，控制高层建筑大体积混凝土裂缝应采取以下几种措施：

（一）降低混凝土发热量

1．水泥宜采用低水化热或中水化热的水泥品种配制混凝土，以降低混凝土温度。大体积混凝土浇注初期开裂的原因主要是由于混凝土的内部温升及收缩产生的内应力所致，水泥中所含的MgO则具有一定的延滞性和微膨胀性能，且膨胀持续时间长，而产生膨胀的时间又能与混凝土的内部降温同步，能够有效的补偿大体积混凝土的收缩，进而有效地阻止混凝土裂缝的产生。

2．选用最大粒径较大、颗粒形状好且级配良好的粗集料，以减少水泥用量和用水量。粗骨料选用5～40mm单粒级卵石，它比5～25mm石子，每立方米混凝土可减少用水量15kg左右，在相同水灰比情况下，水泥可减少30kg左右。细骨料采用中粗砂，其细度模数为218。它比采用细砂，每立方米混凝土减少用水量20kg左右，水泥相应减少28～35kg，从而降低混凝土的干缩性。

3．掺加粉煤灰取代一部分水泥以削减水化热产生的高温峰值，同时可改善混凝土的和易性，增加混凝土的粘性减少离析和泌水。粉煤灰最大掺量因水泥品种不同而不同，一般可取代10%～30%的水泥，但水泥用量应不少于300kg/m3.

4．在混凝土内可掺用适量的微膨胀剂（UEA等）替代水泥，以起到降低水泥用量，减少水化热的作用，同时在混凝土硬化时产生一定微膨胀，以补偿混凝土部份收缩。因混凝土分层浇注，要保证混凝土在浇注上层时下层混凝土不至于初凝，又要延缓混凝土的内部温度峰值的出现 。

5．用低流动性混凝土，即在施工技术允许的情况下尽可能用低坍落度混凝土（泵送混凝土坍落度一般选择8～18cm），同时，严格控制水灰比，尽量减少单位体积混凝土的用水量。

（二）降低混凝土浇筑温度

浇筑砼外界气温愈高，混凝土的浇筑温度也愈高，混凝土温度高将加速水泥的水化反应，混凝土达到最高温度的时间缩短，因而减少了可利用的散热时间，不利于降低混凝土的最高温度和减小温差。一般情况下，混凝土的浇筑温度不宜大于25°，可采用以下方法低混凝土浇筑温度：

1．在低温季节或环境气温较低的早晨或晚上浇筑混凝土，避免在高温下浇筑。

2．降低材料温度。材料应尽量堆放在仓库凉棚内，避免阳光直射，或喷水冷却集料，水泥储罐应油漆成白色或喷水冷却。

3．加冰拌和。采用冷却水或加冰拌和混凝土能有效降低混凝土入模温度。用冰片代替部分水是一种常用方法，最大用量可达用水量的60%，但应注意在拌和结束前所使用的冰必须全部融化。

4．避免吸收外部环境热量。运输工具、泵送管路、搅拌机等应尽量遮荫、包覆、淋水降温，不但能防止混凝土升温，还能减少混凝土坍落度损失。

（三）采用分块分层浇筑法

大体积混凝土宜采用斜面分层浇筑，一般为400-500为一层，根据各层的工程量及浇捣速度，正确计算混凝土输出量，以保证上下层混凝土的衔接时间都在初凝前完成。采用分层浇筑可利用层面的散热来降低混凝土温度，分块长度和分层厚度视结构尺寸大小、现场条件、浇筑能力、工期等因素确定。分块分层浇筑有利于降低混凝土最高温度和内外温度差，同时可减少约束应力。

（四）降低混凝土内部温度

在混凝土中预埋网状水管，利用管中循环冷水的流动来降低混凝土内部的温度。冷却水可利用地下水、江水、河水、自来水等各种水源，冷却时间一般为浇筑开始初期的5～10d，水管一般采用Ф25mm的薄钢管，管距1～1.5m。在水管覆盖1层混凝土后开始通水，在混凝土达到最高温度并开始下降后停止通水。通水持续时间应足以保证混凝土第2次温升小于最高温度和避免出现大的温度梯度，并在浇注过程中一直循环通水，使混凝土快速地通过冷却水管把热传递给水，以降低混凝土内部的水化温度过快升高，并在浇注完混凝土后持续通水14天。通水散热结束后，水管内用微膨胀水泥灌筑。

（五）表面定时保温

防止混凝土开裂一定要尽可能减少浇筑砼中水分蒸发，并把内外温差控制在允许范围内，一般不大于25°。混凝土表面水分蒸发过快和温度下降幅度较大时，都足以引起表面混凝土开裂且裂缝会向内伸展。因此要尽量长时间保持混凝土表面温度和湿度，让其表面慢慢冷却、干燥，使混凝土能够增长强度以抵抗开裂拉应力。主要有蓄水养护和覆盖洒水养护2种方式，养护时间一般不少于14d.

（六）采用测温技术

为了掌握大体积混凝土的温度变化规律，及时了解温差对大体积混凝土质量的影响，采取常规测温技术，对大体积混凝土的内部进行布点观测，以便采取相应的技术措施，防止混凝土开裂。

参考文献

[1] 建筑施工手册第四版〔M〕. 北京: 中国建筑工业出版社，2003．

[2] 王铁梦． 工程结构裂缝控制原因及措施〔M〕． 北京: 中国建筑工业出版社，2007．

[3]《高层建筑混凝土结构技术规程》(JGJ3-2010)；《混凝土结构设计规范》（GB50010-2010）