大体积混凝土 本文以ＣＣＰＰ工程燃机岛基础作为研究又寸象，通过分析 裂缝形成的原因，根据燃机岛基础大体积混凝土施工情 况，以及对燃机岛基础浇筑前后温度应力等进行计算，提 出控制大体积混凝土施工裂缝的控制措施，阐述如何有效 控制大体积混凝土裂缝，提高工程施工质量。 ＣＣＰＰ工程燃机岛基础概况简介：长度约５０米，最大宽 度６．２ｍ，最大厚度约４．５ｍ，砼方量总计约８００ｍ。。砼标号 Ｃ３０，采用商品砼。施工期间正值冬季，施工现场不远处有 蒸汽管道接头且通气情况良好。该基础施工后取得良好效 果，基础无开裂现象，得到产权部门及监理的一致好评。 １．裂缝产生机理 １．１内约束裂缝 大体积砼结构截面和体积大，埋置较深。砼一次浇筑 量常以数干立方米计，浇筑时间短而集中，砼浇筑后，水 泥与水发生化学反应产生大量的热量。由于砼的体积大， 热传导性差（导温系数在０．００３—０．Ｏ０５ｍ ／ｈ范围内），几乎 是绝热的。在升温阶段，水化热大量积聚在结构内部，不 易散发，导致砼内部温度不断升高（最高温度峰值通常出 现在砼浇筑后了３－－５ｄ内，温度可达４５度－－６０度）。砼表面 散热较快，表面温度低，从面形成了较大的内外温差，起 初砼处于塑性状态，弹性模量低，变形变化所产生的应力 较小，对砼不会引起裂缝破坏。此后由于水化作用减缓， 放出的热量少于散发的热量，或受寒潮袭击，气温骤降， 无适当的保温措施。砼表面散热快，造成温度陡降，砼内 外部温差增大，中部砼温度高，发生体积膨胀，外部温度 低产生体积收缩，约束了内部膨胀，因而在砼内部产生压 应力，在砼表面产生拉压力，此时砼抗拉强度很低，当超 过该龄期的砼的极限抗拉强度和变形极限便会在砼表面产 综 生裂缝，这和因表面与内部温差引起的裂缝，又称内约束 裂缝。 １．２外约束裂缝 述一 在砼降温阶段，热量逐渐散发，砼温度逐渐下降，而 达到使用温度（最低温度）时产生内外温差，因降温使砼 体积逐渐产生收缩，与此同时，砼在硬化过程中内部伴随 着水泥水化和水分蒸发以及胶质的胶凝等作用，促使体积 减小，也产生收缩变形，当结构受到地基、老砼垫层的约 束，将会产生很大的温度收缩应力一一拉应力，基础越 长，拉应力越大，如两种应力叠加超过砼的抗拉极限强度 时，则在砼的底面交界处附近以至砼中产生收缩裂缝，又 称外约束裂缝。这种裂缝特征是由交界面向上延伸，基本 上与岩石，垫层成正交，靠近基底最大（如图示）。 施工裂缝控缶 卜基础垫层基层 ２大体积砼 ３一拉应力 ４一压应力 而在上部较小，严重的会产生贯穿整个基础全面的裂 缝（称贯穿裂缝）。通常浇筑体的降温差较大，其形成的 收缩变形也就很大。因此常使大体积砼基础产生有害的贯 穿性裂缝。 由于砼是一种脆性非匀质合成材料，抗拉强度只是抗 压强度的十分之一，长期加荷的有限拉伸值也只有（１．２— ２．０）Ｘ ｌＯ，因而由水化热引起的大体积砼结构的应力状 态，极易使大型基础产生裂缝，甚至严重的开裂。 ２．裂缝控制技术措施 控制大体积砼温度收缩裂缝的关键是控制砼内外温差 和产生较大的温度，收缩应力，而避免出现过大的温度， 收缩应力的基本措施在于（以ＣＣＰＰ工程燃机岛基础为例说 明）： （１）裂缝控制的设计措施 燃机岛基础除了满足承载力和构造要求配筋外，还增 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，在燃机岛基础表面设置双向双层钢筋网 ２５＠１５０。 （２）裂缝控制的材料措施 ①选用水化热比较低的矿渣硅酸盐水泥来降低混凝土 的绝对温升值，以减少砼凝结时的发热量，水泥用量为 ２６５ｋｇ／ｍ。。 ②合理配料，使用较粗骨料。粒径５—４Ｏｍｍ的颗粒级配 石子。含泥量不大于１．５％。 ③采用中、粗砂，控制含泥量小于１．５％。 ④使用掺合料及外加剂。掺加粉煤灰，不仅可以提高 混凝土的和易性，还大大改善混凝土工作性能和可靠性， 同时可代替水泥，降低水化热。 （３）裂缝控制的施工措施 ①分层分段浇筑混凝土，利用浇筑层面散热。采用薄 层浇筑，每层厚约４００ｍｍ，减缓浇筑强度，利用浇筑面散 热。该基础浇筑面积约２８０ｍ。，砼浇筑速度为５０ｍ ／ｈ，砼初 凝以４ｈ计，则浇筑一层所需时间Ｔ＝２８０Ｘ ０．４／５０＝２．３ｈ＜ ４ｈ，故可采取全面分层进行浇筑。浇筑时，每隔１ｈ，在砼 初凝时间内，对己浇筑砼进行一次重复振捣，以降低砼因 泌水在粗骨料、水平筋下部生成的水分和空隙，提高砼与 钢筋之间握裹力，增加密实度，提高抗裂性。浇筑成型后 的砼表面水泥砂浆较厚，按设计标高用刮尺刮平，在初凝 前用木抹孑抹平、压实，以闭合收水裂缝。 ②降低砼浇灌入模温度。 ③在混凝土浇筑过程中，及时清除混凝土表面的泌 水。泵送混凝土的水灰比较大，泌水现象较严重，不及时 清除，将会降低结构混凝土的质量。 ④混凝土浇筑完毕后，及时进行蒸汽保温养护。 因本工程附近即有蒸汽管道，故选择蒸汽进行养护。 为保证混凝土不开裂，采用较长时间３Ｏ天进行养护，规定 合理的拆模时间，延缓降温时间和变形速度。 养护前用彩条布搭设保温棚。基础底部四周地势较 低，基本与基础底面相平，保温棚四周埋入土中，封闭压 实。 （４）温控施工现场监测工作，制定应急措施 本工程采用水银温度计简易测温方法，加强测温和温 度监测与管理，每隔２ｄ、时进行一次测温，２４／Ｊ、时不间断。 做好测温记录。 大体积混凝土浇筑块体温度监测点的布置： 温度监测的布置范围以平面图又寸称轴线的半条轴线为 测温区（取较短的对称轴线），在测温区内温度测点呈平 面布置；在基础平面半条对称轴线上，设置温度监测点的 点位４处；沿混凝土浇筑块体厚度方向，每一点位的测点数 量，设置３个点；在基础内埋设若干个测温点，每个测温点 埋设钢管３根分别置于基础底部位置及混凝土的中心位置， 测量混凝土底部温度及中心的最高温升，另一根管底距承 台上表面ｌＯ０￣ｍ，测量混凝土的表面温度。 制定应急措施：如混凝土内外温差在２３℃以上时，项 目部对其应进行应急措施：加大蒸汽通气气量，提高混凝 土环境温度或及时增加保温层厚度。 ３．裂缝控制计算 在基础浇筑前，根据蒸汽养护的施工方法和已知施工 条件，先计算砼的最大水泥水化热温升值，收缩变形值． 收缩当量温差与弹性模量，然后通过计算蒸汽温度，估计 砼浇筑后可能产生的最大温度收缩应力，如小于砼的抗拉 强度，则表示所采取的裂缝控制技术措施能有效地控制裂 缝出现：如超过砼的抗拉强度，则应采取调整蒸汽温度重 新进行计算，直至计算的降温收缩应力在容许范围以内为 止，以达到预防收缩裂缝出现的目的。 混凝土浇筑前裂缝控制计算步骤如下（ＣＣＰＰ工程计算 过程在此不累述）： 工程技术 ｌ 计算砼的绝热温升 Ｉ计算各龄期砼的收缩变形值Ｉ ｉ 计算混凝土收缩相对变形值的当量温差 Ｊ ｌ计算砼的弹性模量的当量温差Ｉ 计算砼的收缩应力 季 根据搅拌站试配结果，混凝土配合比：水泥：石子：砂：水：粉煤灰：ＦＤＮ一１］ ＝２６５：１０８３： ７５２：１７５：ｌ１５：７．６ 水泥采用矿渣硅酸盐水泥４２．５级，塌落度１２ｃｍ。 计算砼的绝热温升值：Ｔ（ｔ）＝Ｍｃ Ｑ￥（卜ｅ～）ｔ／ｃ 口 式中：Ｔ（ｔ）一一浇筑一段时间ｔ，混凝土的绝热温升 值（℃） Ｑ一一水泥水化热，取４３０ｋｊ／ｋｇ Ｍｃ一一每立方米混凝土水泥用量２６５ｋｇ／ｍ Ｃ一一混凝土 比热，ｊ／（ｋｇ・℃）取０．９６ｘ１０３ Ｐ一一混凝土重度，（ｋｇ／ｍ＂）取２４００ ｅ～常数，为２．７１８ ｍ－－一与水泥品种比表面，浇筑时温度有关的经验系 数，查表得０．３１８ 代入数值得：Ｔ（ｔ）＝４９．５×（卜２．７ｌ８ 。ｙ 则最大绝热值Ｔ＝４９．５度 （作者单位：中铁十二局集团振海工程有限公司） 一
