超长混凝土结构裂缝控制技术

2012年12月第41卷增刊施工技术
CONSTRUCTION TECHNOLOGY
超长混凝土结构裂缝控制技术
郑平德，周金江
（广源建设集团有限公司，浙江杭州310016）
［摘要］结合某大体积混凝土的施工情况，分析了大体积混凝土浇筑的特点、难点。

介绍了大体积混凝土施工准备工作，
包括技术准备、机具准备、材料准备、混凝土试块准备等。

从原材料配合比、全过程温度控制、施工措施等方面阐述了大体积混凝土裂缝控制关键技术。

通过一系列措施，大体积混凝土裂缝得到有效控制，达到预期效果，确保了工程质量。

［关键词］混凝土；裂缝；控制；施工技术［中图分类号］
TU755［文献标识码］A
［文章编号］1002-
8498（2012）S1-0111-04Cracks Control of Super-long Concrete Structure
Zheng Pingde ，Zhou Jinjiang
（Guangyuan Construction Group Co．，Ltd．，Hangzhou ，Zhejiang 310016，China ）
Abstract ：Combined with the construction conditions of mass concrete for foundation slab in some building ，the pouring
characteristics and difficulties of mass concrete are analyzed．The construction preparations are introduced ，such as the preparations of techniques ，equipments ，materials and concrete samples．The key techniques including mix proportion of materials ，temperature control in the whole construction ，construction measures of mass concrete for cracks controlling are described．The crack of mass concrete is effectively controlled and the construction quality is obtained by taking these measures．
Key words ：concrete ；cracks ；control ；construction
［收稿日期］2012-09-11［作者简介］郑平德，工程师，
E-mail ：124237266@qq．com 1
工程概况
杭州市地下空间人防工程位于杭州市城东新城彭埠镇，
地下1层，局部2层，为全埋式地下建筑，总建筑面积为64000m 2。

为节约城市用地，拓展城市空间，工
程建在城市铁路车站枢纽中心的拟建城市干道下面。

建筑物呈狭长形布置，长800m ，宽40 120m ，层高5．65m ，埋深约8．8m ，建筑物顶板采用钢筋混凝土无梁板结构，板厚800mm 。

采用混凝土钻孔灌注桩加固地基，
筏板基础板厚800mm ，地下室外墙板厚450mm ，设计混凝土强度等级为C30，防水等级Ⅰ级，抗渗等级P8。

顶板覆土厚2．50m ，路面车辆荷载按100kN 的双轮组单轴为标准轴载。

工程在拟建十字路口部位设置沉降缝，沉降缝之间最大间距约365m 。

如何控制无伸缩缝设计的超长混凝土结构裂缝产生，
确保达到防水Ⅰ级，不允许渗水、围护结构无湿渍的要求，成为工程的施工难点。

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裂缝控制的主要技术措施
根据工程采用无伸缩缝设计，
365m 的超长混凝土结构容易产生内收缩和温度引起裂缝的特点，采取合
理设计构造措施，优化混凝土级配设计、补偿收缩混凝土技术和高性能纤维混凝土技术，加强混凝土施工过程控制，
并做好混凝土温度监控等综合措施，保证了工程混凝土结构安全性和耐久性，无裂缝产生，未出现渗漏水，
达到设计和验收规范的要求。

工程施工顺序按后浇带划分若干个施工段，每个施工段先施工底板，
后施工外墙板和顶板混凝土结构。

由于底板混凝土早期强度增长快慢不影响后续施工，为降低水泥用量和混凝土温差，使用60d 抗压强度作为设计强度等级，且容易养护。

底板混凝土完成后，再施工外墙板及顶板混凝土结构，外墙板与顶板采用同一级配混凝土同时浇筑。

考虑到模板工程周转材料经济性，混凝土采用多掺技术，使用30d 抗压强度作为设计强度等级，早期水化热高，外墙板及顶板结构受外界温度、湿度影响较大，容易产生裂缝。

本文主要介绍外墙板及顶板混凝土结构裂缝控制技术措施。

2．1
合理的设计构造措施
工程采用无伸缩缝设计，超长混凝土结构在施工时按50 60m 间距设置宽800mm 的后浇带，以解决早期混凝土伸缩及基础变化产生的影响。

鉴于补偿收缩混凝土的限制膨胀要用钢筋和邻位约束才能产生预压应力，其结构配筋设计不但要满足
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承载力的要求，还要满足《混凝土膨胀剂应用技术规范》GBJ50119—2003设计配筋构造要求。

底板、顶板及外墙采用双层双向钢筋网，间距≤150mm ，
底板板底18@150ˑ150，
底板板面配22@100ˑ100；顶板板
底柱中与跨中板带配22@150ˑ150，
顶板板面柱中
与跨中板带配20@150ˑ150，
在柱上板带叉处附加20@150ˑ150负筋；外墙内外竖向
筋分别为
22@
100/150，25@100/150，
内外水平筋为16@150。

在墙板中部设置450mm ˑ1000mm 的暗梁，
并在结构开口部、突出部位和出入口部位也增加附加筋。

采取配筋和构造设计措施，对控制后期天气变化产生的温差收缩裂缝十分明显。

2．2优选混凝土原材料及优化混凝土配合比2．2．1
优选混凝土原材料
1）水泥采用低水化热、低碱含量和低氯离子含
量的42．5级普通硅酸盐水泥，严格控制水泥的细度和
收缩量。

2）骨料
黄砂采用优质富阳过筛中砂，细度模数
控制在2．6 2．8。

考虑到混凝土可泵性，采用强度高、
压碎值低、颗粒圆，针片状颗粒少的粒径在5 25mm 玄武岩粗骨料，严格控制粗、细骨料的含泥量及有机杂质含量。

3）掺和料HEA 混凝土高效膨胀剂HEA 混凝土
膨胀剂具有干缩性，
碱含量低，坍落度损失小，稳定性能好的特点。

4）聚丙烯抗裂纤维
混凝土纤维用长19mm 的聚
丙烯纤维，
抗拉强度在500MPa 以上，断裂伸长15% 25%，弹性模量＞3800MPa 。

加入体积掺量0．1%（约0．9kg /m 3）的单丝纤维，混凝土的抗裂能力提高70%；比普通混凝土的抗渗能力提高了60% 70%；可以缓解温度变化而引起的混凝土内部应力的作用，阻止温度裂缝的扩展，有效对温差补偿抗裂；并显著提高混凝土的抗冲击性能和耐磨性能。

5）粉煤灰
选用Ⅱ级粉煤灰，以降低水泥用量，降
低混凝土水化热、提高混凝土的工作性能、减少温度变形裂缝和自身化学收缩裂缝，提高混凝土的耐久性。

6）SP403高效泵送剂以减少用水量和减少水泥
用量，降低混凝土的水化热，延缓混凝土的凝结时间。

7）选用饮用自来水。

2．2．2
优化混凝土配合比
根据外墙板及顶板混凝土工作性和设计要求，其采用补偿收缩混凝土技术和高性能纤维混凝土技术，要求补偿收缩混凝土水中养护14d 限制膨胀率≥0．015%，补偿收缩混凝土水中养14d 后，在空气中28d 限制干缩率≤0．003%。

选好原材料进行试配，使其达到各项设计技术指标及良好工作性的要求，通过几组试验配合比数据结果比对，最终确定外墙板及顶板
混凝土强度等级C30P8的配合比为：P ·O42．5水泥ʒ砂ʒ石子ʒ水ʒHEA 掺和料ʒSP403外加剂ʒ粉煤灰=1ʒ2．49ʒ3．44ʒ0．49ʒ0．08ʒ0．02ʒ0．18，其中砂率为
42%，水泥用量为295kg /m 3，抗裂纤维为0．9kg /m 3
，设
计坍落度为（180ʃ20）mm 。

2．3
混凝土水化热验算
由于外墙板和顶板混凝土为30d 抗压强度作为设计强度等级，早期水化热高，并受外界温度、湿度影响较大，
容易产生裂缝。

需进行混凝土水化热温升值计算，取最先施工的施工段外墙板及顶板约1860m 3混
凝土，采用2台泵车，混凝土浇筑从2011年12月16日20时到次日17时完成。

天气日平均气温T a 为9ħ。

混凝土采用搅拌运输车输送，从出料、运输、振捣至混凝土浇筑完成共60min 。

2．3．1
混凝土中心最高温度T max 计算
先计算出混凝土的拌合温度和入模浇筑温度，根据公式计算出其拌合温度为T 0=ΣT i W i C i /Σ（W I C i ）=16．0ħ，其浇筑温度为T p =T 0+（T a －T 0）Σθi =15．5ħ。

混凝土的比热C 取0．92kJ /（kg ·K ）；水泥和粉煤灰的水化热Q 分别取461，
154kJ /kg ；混凝土的密度ρ取2352kg /m 3
；混凝土最高水化热绝热温度为T h =
ΣW i Q /C ρ=66．63ħ；800mm 厚的板温降系数ξ=0．32。

则混凝土内部中心最高温度T max =T O +T h ζ=36．8ħ。

其最高温度与大气温差ΔT =T max －T b =27．8ħ＞25ħ，需要采取保温措施。

2．3．2
混凝土内外温差ΔT
在混凝土底表面为18mm 厚模板，上表面护盖双层塑料薄膜，搭接压紧，可以防止混凝土表面水分蒸发，并减少混凝土表面热扩散，有利于水泥的水化作用顺利进行和弹性模量的增长。

大气平均温度T a 取9ħ；塑料薄膜层厚ζ1=0．001m ，导热系数λ1=0．035W /（m ·K ）；
混凝土的导热系数
λ=2．3W /（m ·K ）；传热系数修正值K 取1．5。

采取保温措施其混凝土表面计算温度T b =（ζ1λT max +0．5h λ1T a K ）/（ζ1λ－0．5h λ1K ）=25．4ħ，则混凝土内外温差ΔT 1=T ma －T b =11．4ħ，＜20ħ的范围内，不会产生温差裂缝。

2．4
混凝土施工过程控制措施
把好原材料质量关、优化混凝土的级配设计是保证混凝土质量的前提，
混凝土施工过程中拌合、运输、浇筑和养护更为重要，针对超长混凝土的特点，在施工前编制好混凝土工程施工专项方案，并做好施工技术交底，其各工序主要施工措施如下。

2．4．1
混凝土拌合
首先确保原材的质量，准确计量，按确定的补偿收缩混凝土配合比投料，尤其膨胀剂不得少掺或误掺。

211施工技术2012增刊
配拌合料时随时监测出使用的砂石含水率，随时计算并改正施工配合比；接着进行砂、石、水泥、粉煤灰、纤维投料，一起干拌30s后加水和外加剂共同搅拌150s，确保纤维均匀分散在混凝土中；最后将搅拌均匀的混凝土卸入混凝土搅拌运输车。

2．4．2混凝土运输
合理安排调度，确保连续浇筑，避免在浇筑过程中车辆积压或停机待料，避免引起混凝土出现坍落度差异较大有分层、离析或冷缝等现象，造成混凝土振捣不密实，出现渗漏。

2．4．3混凝土浇筑
先浇竖向构件板，后浇梁板结构。

外墙采用斜面分层浇筑方法，顶板采用分段分层浇筑方法，每10m 为1段分2层，保证段与段、层与层之间，间隔时间不超过混凝土初凝时间。

控制好均匀下料、分层下料，振捣密实、适度，如表面出现较厚一层水泥浆时，要及时清除，或在表面撒一层干净的石子。

在初凝前采用平板振动器二次振捣，在终凝前要反复抹压，能有效解决混凝土沉缩裂缝出现。

2．4．4混凝土养护
掺膨胀剂的混凝土要特别加强养护，膨胀结晶体钙矾石形成需要水，补偿收缩混凝土在湿养护条件下才能发挥其膨胀效应。

混凝土抹压完成后，要及时用塑料薄膜覆盖，防止混凝土水分蒸发，避免干缩裂缝产生，同时发挥膨胀剂的补偿收缩作用。

外墙板及顶板混凝土受外界温度、湿度影响较大，如不养护好容易产生裂缝，养护针对不同部位分别采取如下方法。

1）顶板混凝土的养护顶板混凝土浇筑完后，其上表面暴露在外，混凝土终凝或抹压完成后，要及时用双层塑料薄膜覆盖保温保湿，3d后水化热降低拆除塑料薄膜，用土工布或草袋覆盖洒水保湿养护，保证其强度正常增长，洒水养护保持混凝土表面湿润≥14d，气候干燥时潮湿养护时间≥21d，养护期间不得断水断湿。

2）外墙相比顶板混凝土较难养护，养护不好易产生竖向裂缝，外墙混凝土在18mm厚的模板保护条件下，第2d开始带模浇水养护，外墙混凝土浇筑好1d后外墙螺杆松开2个丝扣，上口适当加大利于养护水能浇进。

带模养护≥7d，由于外墙混凝土表面水分流失快，在顶部设水管喷淋，每隔2 3h喷10mm左右，以混凝土表面湿润度为准。

外墙拆模后，用麻袋护面喷水保湿≥14d。

养护结束后，混凝土也不得阳光下暴晒，有条件应尽快施工附加防水层并回填养护，试验表明，回填土是最佳的养护介质，是控制早期、中期开裂的有利因素。

2．4．5后浇带施工
混凝土达到60d龄期后，便可施工后浇带，其后浇的混凝土强度等级比原混凝土强度等级高1级，HEA 膨胀剂掺量增加1倍的超膨胀混凝土，后浇带混凝土浇筑前，先清理干净杂物、积水和钢筋锈蚀，施工缝两侧混凝土面凿毛，施工缝止水带严格按设计规范要求施工。

浇筑时要仔细振捣密实，在终凝或抹压完成后及时用塑料薄膜覆盖，超膨胀混凝土的保温保湿养护≥21d。

后浇带养护7d以后，也可施工钠基膨润土防水毯附加防水层，且回填厚度≥300mm土养护，待后浇带混凝土达到设计强度要求方可回填到设计标高。

3混凝土内部温度监测
超长混凝土结构施工质量要求高，不仅把好原材料选用和质量控制关、优化混凝土的级配，加强混凝土施工过程控制，还要加强混凝土内部温度监测。

膨胀剂的掺入会使混凝土的早期水化热提高，为防止或减少混凝土温度裂缝，其内外温差控制在20ħ以内。

采用JDC-2混凝土测温仪，在浇筑的楼板对角线上对称布置4个代表性的温度监测点，每个点在上、中、下垂直方向设置3个测温探头，上、下2个测温探头分别距表底面50mm，中间设在混凝土板中距表面距离400mm，其用以监测混凝土表面温度和内部温度变化，以便及时掌握。

混凝土早期水化热高，在前3d完成近60%水化热释放，在7d内完成近90%，因此在1 3d内2h测试一次温度变化，4 7d内6h测试一次温度变化，以后每天测2次，直到混凝土温度稳定与大气温度相近。

通过现场温控监测，大气温度日夜温差较大，白天最高气温为13ħ，夜间最低气温为6ħ。

混凝土终凝后24h 之前内部温度上升快，24 72h温度处于高峰阶段，中心最高温度为35．5ħ，上表层最高温度为26．8ħ，底表最高温度为31．6ħ，其实测温度与计算温度相接近，混凝土的内外温差、表面与环境温差都＜20ħ。

8d 后混凝土温度会逐渐稳定下来，混凝土在释放水化热过程中对混凝土结构很安全。

测点1的混凝土内外温度实测曲线如图1所示。

图1混凝土内外温度实测曲线
4结语
通过采用合理的设计构造措施，优化混凝土的级配设计、补偿收缩混凝土技术和高性能建材纤维混凝土技术，加强混凝土施工过程控制，做好混凝土温度监
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2012增刊郑平德等：超长混凝土结构裂缝控制技术
控等综合措施，保证了混凝土结构无裂缝、无渗水、围护结构无湿渍。

工程竣工验收时对板面裂隙进行检测，裂隙最大宽为0．1mm，混凝土表面也无湿渍，保证了工程混凝土结构安全、耐久、无裂缝、抗渗性好。

达到了预期的目标，取得了较好的综合效益，为同类工程的施工提供参考。

参考文献：
［1］韩素芳，耿维恕．钢筋混凝土结构裂隙控制指南［M］．北京：化学工业出版社，2004．
［2］袁勇．混凝土结构早期裂缝控制［M］．北京：科学出版社，2006．
［3］黄承逵．纤维混凝土结构［M］．北京：机械工业出版社，2004．
411施工技术2012增刊。