摘 要: 在新型干法水泥工业建筑中，高层的预热器塔架的阀板型深基础、筒仓结构基础和大型设备基础，设计方案多采用大体积混凝土，大体积混凝土施工在水泥工业建筑中日益普及，因此大体积混凝土裂缝控制技术的掌握和应用越来越引起人们的关注。应该看到大体积混凝土的施工工艺过程和普通混凝土没有区别，可其工艺过程中的各种条件、各种因素、各种操作程序是影响大体积混凝土施工质量的关键，也是大体积混凝土施工全过程管理（事前预测、事中控制和事后反馈信息措施实施）的重点。
关键词:基础 大体积混凝土 现场施工
中图分类号:T U 9 7 9 文献标识码: A 文章编号:1673-0534(2007)01(a)-0205-02
1 工程概况
我公司承接组织施工的阿尔巴尼亚Fushe-Kruje 新水泥生产线工程,其中大体积混凝土基础包括: 窑尾预热器塔架钢结构基础、生料库基础、水泥库基础、煤磨设备基础、原料磨设备基础、水泥磨设备基础、回转窑设备基础、高温风机设备基础、废气风机设备基础、循环风机设备、混凝土设计采用C25 以上标号。为了保证混凝土质量,公司项目部组织了有关工程技术人员分析了大体积混凝土裂缝机理和产生的原因,重点讨论了从选材、外加剂使用、配合比设计、混凝土的搅拌、运输、浇筑、温控、养护方法等,有针对性的采取了技术保证、防范预控等措施,保证了基础混凝土产品质量符合规范和设计要求。最终所有基础大体积混凝土表面只有很少短而浅的无规则裂缝。满足了设计和施工规范要求。
2 大体积混凝土产生裂缝的机理和对应思考
2.1 大体积混凝土产生裂缝的机理
从混凝土的微观裂缝和宏观裂缝两种分类情况看, 其第一原始因素是：混凝土是由非均质材料构成,依靠水泥的胶凝作用而形成的结合体, 必然有其抗拉强度低、易开裂、抗变形能力差的特点,因此出现裂缝是不可避免的。混凝土裂缝一种称之为表面裂缝, 表面裂缝又有表面深裂缝和表面浅裂缝之分;表面深裂缝是因混凝土内外温差大于标准控制值而导致的,这种裂缝比较有规则,缝较长而且深。表面浅裂缝(又称龟裂)是混凝土在硬化过程中,因混凝土表面失水过快而使混凝土内外收缩不一致产生的。这种裂缝无规则、缝比较短而浅。另一种因混凝土温度应力、约束条件、外界气温、混凝土自身收缩等综合因素产生的裂缝称之贯穿裂缝,有较大的危害性,也是施工过程很难掌握和控制的,因此针对上述易产生裂缝的因素分析,采取相应的控制措施。
2.2 对应思考
(1) 在采用集中搅拌、罐车运输、泵送工艺的钢筋混凝土结构,由于其截面大,水泥用量多, 水泥水化所释放的水化热比较大。而大体积混凝土比较厚,且混凝土导热系数比较小, 因此混凝土内部的水化热不易向外散发,导致混凝土内部温度很高,而混凝土外部的水化热容易向外散发,这样使混凝土内外形成温差而产生温度应力。混凝土内部产生压应力（混凝土抗压强度远大于压应力）, 混凝土表面产生拉应力,当拉应力超过混凝土极限抗拉强度时, 混凝土表面就产生裂缝。这种由温度应力导致的混凝土产生裂缝的重要因素显然是水泥的水化热。一般情况下, 水泥在水化过程中产生的大量的热量在浇筑完的三天之内会释放总量的1/2,而混凝土内部最高温度集中在3～5 天,其温度可达600C～700oC,因此选用水化热低的水泥,降低混凝土在入仓前的自身温度,在满足结构质量的前提下控制水泥用量、隔离混凝土和外界接触、充分保持隔离层下混凝土的湿润和温度,是防止混凝土因水化过程产生的温度应力导致出现裂缝的有力措施。
(2)混凝土产生裂缝的另一种主要原因是约束条件,当混凝土温度上升时（即早期升温时）产生的膨胀变形受到基坑四周砖胎膜和底部垫层混凝土（δ =300mm）的约束,形成压应力。由于混凝土的弹性模量小,因此压应力也较小。关键是当温度下降时,产生的拉应力超过混凝土的抗拉强度,混凝土就会出现垂直裂缝。由于基坑深度14米,在基坑内的温度已高于±0.0米的温度,且受外界温度影响小,
这一点实际上是控制温度不会受外界影响迅速下降的有利因素。因此保证混凝土在硬化过程中其温度平稳下降,就保证了混凝土收缩产生的拉应力不会超过混凝土的抗拉强度。
(3)大体积混凝土在施工期间,外界气温的变化对大体积混凝土的出现裂缝的有着重大影响,混凝土的内部温度是由几种叠加温度构成,其内部温度不易向外散发,因此外界温度对其影响不大,关键是混凝土表层热量容易向外散发,也同样会很快接受外界温度下降的现实,出现其表面温度也很快下降,因此在混凝土配制中适量加入缓凝作用的外加剂,在保证连续浇筑混凝土的入仓速度,在养护时采取措施控制混凝土内外温差也就控制了有害裂缝的出现。
(4)混凝土的收缩变形,是因混凝土拌合用水80% 要蒸发,只有20% 的水分是水泥水化所必需的,在混凝土硬化过程中其体积会发生变化,这是因为混凝土内部多余的水分被蒸发,造成混凝土收缩。混凝土表面温度低（相对混凝土内部温度）,水分不充足（表面水分容易散失）,因而水泥水化较慢,混凝土的收缩速度也慢。而混凝土内部温度高（相对混凝土外部温度）,水分充足（内部水分不容易散失）,因而水泥水化较快,混凝土的收缩速度也快。混凝土内外因收缩不一致而使混凝土表面产生裂缝。防止这种裂缝的最好办法：①保证连续浇筑,同时多次修整抹面。②及时进行充分的保温、保湿养护。③严格控制水灰比,减少用水量是控制其体积变形减小收缩应力出现的重要因素。
3 混凝土裂缝控制的技术措施及成果
3.1 大体积混凝土材质及配合比要求
(1) 砂选择Ⅱ区中砂, 石子选5 ～3 0 m m（泵送混凝土）连续级配（石子粒径在符合规范条件下,体积相同时,粒径越大,表面积越小, 水和水泥用量越小）。砂石的合理级配有利于增强混凝土和易性, 降低水和水泥用量,使混凝土的水化热和混凝土凝结收缩时泌水及干缩减小。
(2)砂石的含泥量:石子含泥量小于1%,泥块含量小于0.5%,砂含泥量小于3%。砂石含泥量超标会直接影响骨料与水泥的粘结,影响施工所需的和易性,又影响混凝土的水化热和干缩。
(3)水泥选用水化热低,初凝时间较长的矿渣硅酸盐水泥。
(4)混凝土拌和用水采用洁净的地下水,地下水温度较低, 有利于降低混凝土的浇筑温度。
(5)在满足工程设计要求的前提下,尽量减少单位体积的水泥用量,以降低水化热,以减少混凝土的应力裂缝。
(6)为改善混凝土的和易性和操作条件,便于捣固, 在混凝土中掺减水剂。减水剂是一种表面活化剂,对水泥颗粒起分散作用,能把水泥凝聚体中所包含的水释放出来,使水泥达到充分的水化,因而可减少混凝土拌合水量,降低水灰比,可有效增大混凝土的坍落度,提高和易性,有利于混凝土强度的增长及物理性能的改善, 减少混凝土的收缩。
(7)混凝土中加入UEA-H 型膨胀剂,它能通过化学反应使混凝土产生膨胀,可以抵消一部分混凝土在硬化过程中的收缩,且使混凝土内部更加密实, 可以防止混凝土的收缩裂缝。
(8)因部分混凝土采用泵送,因此混凝土中须加入泵送剂。
3.2 搅拌、运输措施
(1)混凝土搅拌必须充分,不能有生料出仓。
(2)因浇筑混凝土时气温高达28℃,所以用地下水冲洗砂石（并随时测定砂石的含水量）降低砂石温度,且能减小砂石的含泥量。
(3)搅拌采用温度较低的地下水,有利于降低混凝土的浇筑温度。
(4)罐车运输,防止混凝土离析。混凝土罐车在等待下料的过程中用地下水冲浇混凝土罐体, 有利于降低混凝土的浇筑温度。
(5)混凝土运输应尽量缩短时间及转运次数,混凝土一旦出现初凝现象应做废料处理。
(6)在混凝土泵管上覆盖湿麻袋,避免泵管受太阳直射, 促成输送升温现象。
3.3 浇筑、测温、养护措施
(1)为了保证大体积混凝土的浇筑质量,项目部管理人员24 小时轮流值守,浇筑点至少2人, 负责指挥浇筑和振捣混凝土, 基础上部2人负责调度罐车,保证各下灰点混凝土的连续浇筑。操作工人实行三班倒制度, 现场人员必需充足,并有专人负责振捣流淌的混凝土。
(2) 下灰方式：泵送和溜槽相结合。溜槽下灰速度快（有保证溜槽下灰不产生离析的保证措施）, 保证混凝土浇筑的连续性。泵送混凝土主要用于一些溜槽不易到达的地方以及覆盖面层混凝土（ 下灰量容易控制）。混凝土用溜槽下灰时为防止产生离析, 在出口处设置挡板。
(3)混凝土采用机械振捣。机械振捣能产生振幅较大,频率较高的振动,使骨料间的摩擦力、粘附力降低,水泥砂浆的流动性增加,由于振动而分散开的粗骨料在沉降过程中,被水泥砂浆充分包裹,形成具有一定数量和质量的砂浆包裹层,同时挤出混凝土拌合物中的气泡, 以增强密实性和抗渗性。
(4)机械振捣应按现行《混凝土结构工程施工质量验收规范》的有关规定依次振捣密实, 防止漏振、欠振。
(5)混凝土浇筑时,成堆混凝土的摊平方法是：
a.振动棒从混凝土堆的下部逐渐插向上部,避免在顶部振动摊平形成砂浆窝,影响质量。
b.插入混凝土中的速度要小于混凝土的流动速度,避免变成捣固,否则混凝土因振动时间过长而发生分离。
c.为保证混凝土不漏振,底板大体积混凝土浇筑时派两人专门捣固流淌的混凝土。
d.浇筑混凝土时,应随浇随平仓,不得堆积,在倾斜面上浇混凝土时,应从低处开始,且浇筑面应保持水平。
(6)混凝土浇筑时,振捣工作非常重要,振动棒的振动顺序,依浇筑顺序而定,宜垂直于浇筑的前进方向往返进行。
(7)插点要均匀布置, 逐渐移动, 顺序进行,不得遗漏,振动棒的移置距离不得超过其振动半径的1.5 倍,间距50cm 左右。
(8)一般将振动棒插入和抽出2-3 次即可,垂直插棒,快插慢拔,逐点移动,每次插入抽拔时间为8-15s,以表面泛浆,不出现气泡,无明显下沉现象为宜。
(9)振动要尽量避免过分振捣,插入深度不超过振动棒长度的1.25 倍,不得过深或太浅。
(10)混凝土在终凝前进行多次抹压,有利于防止混凝土表面收缩裂缝。
(11)混凝土抹压完后应及时覆盖麻袋薄膜保温保湿养护是止混凝土裂缝的又一有力措施。
(12)防雨措施:因大体积混凝土浇筑时间比较长,浇筑过程容易遇到下雨天气,我们在浇筑现场准备了,在浇筑点上搭设一块10*50米的塑料布（防雨水冲刷正在浇筑的混凝土）,已浇筑的混凝土表面再满铺一层塑料布（防雨水侵入混凝土,降低混凝土表面的温度）。
(13)在混凝土浇筑时由于混凝土坍落度较大,摊铺面积较宽,为保证处凝时间即可覆盖第二层,在施工中采用分仓浇筑的办法。即每2 0 m 在底板中加密目钢丝网片, 将其分隔浇筑。
(14)测温
a.应根据工程项目的平面形状尺寸、厚度等不同情况,合理、经济地布设测温点,并测绘测温点布置图。
b.温度测点以集成温度传感器作感温元件, 要进行筛选和防老化处理。在埋设前应对感温元件作环氧树脂封闭。在浇注前应按测温布置图要求,对测点予以固定和保护,以确保测温工作的顺利进行。
c.每次测温后,应立即汇总整理混凝土内部温度场与温差数值,提供给施工指挥部门,以指导现场的施工。
(15)该大体积混凝土采用薄膜和草垫对混凝土进行保温保湿养护,效果较好,局部因混凝土抹压后薄膜覆盖不及时导致混凝土表面失水过快,我们采取了在混凝土表面浇热水后迅速覆盖薄膜和草垫的措施。
(16)薄膜和草垫必须前后左右搭接（约100mm)覆盖严密（特别是薄膜）, 该混凝土局部薄膜没盖严密,导致薄膜接缝处混凝土失水过块而出现龟裂。
(17)时刻观测混凝土表面的湿润程度（薄膜的内表面必须有水珠）,若混凝土表面干燥,必须在浇热水养护后及时盖上薄膜和草垫养护时间不得少于14 天。
4 结语
大体积混凝土要从各环节来控制混凝土质量,但最重要应该从材质和保温保湿养护着手,这2 个环节一旦出现问题,大体积混凝土裂缝将不会避免,但其它环节也不可忽视。通过以上各项措施的落实,大体积混凝土的施工满足了设计和规范要求,减少了因出现有害裂缝而必须处理的费用,得到甲方和监理方的肯定,为公司带来了良好的经济效益和社会效益。
