浅谈水泥工业大体积混凝土裂缝控制

刘明亮 谷春涛 陈贺义 张慧怡 严昭君 张 昊 马 新

河南建筑材料研究设计院有限责任公司（450002）

1 水泥工业中大体积混凝土的应用

水泥厂施工生产线主要由破碎、输送、磨机、配料楼、回转窑、储存库、包装等车间组成。其中磨机、窑墩等均要承担较重的设备荷载，按照水泥厂设计规范，回转窑基础、磨机基础、破碎机基础和大型风机基础，可不作抗震验算，按照振动设备基础构造要求，需要增加自重来满足配重的要求，满足基础刚度的要求，所以此类基础体积很大，很厚。按照我国《大体积混凝土施工标准》GB 50496—2018规定:混凝土结构物实体最小几何尺寸不小于1 m的大体量混凝土，或预计会因混凝土中胶凝材料水化引起的温度变化和收缩而导致有害裂缝产生的混凝土，称之为大体积混凝土。因此可以将水泥厂中的回转窑基础、磨机基础、风机基础均按大体积混凝土进行设计施工。

2 大体积混凝土裂缝产生的原因

2.1 水泥水化热引起的裂缝

水泥在水化过程中要释放出一定的热量，而大体积混凝土结构断面较厚，表面系数相对较小，所以其释放出的热量聚集在结构内部不易挥发。这样混凝土内部的水化热无法及时散发出去，以至于越积越高，使内外温差增大，混凝土开裂形成裂缝。

2.2 环境温度变化引起的裂缝

在施工阶段，大体积混凝土的浇筑温度随着外界气温变化而变化。当气温骤降，会大大增加内外层混凝土温差，这对大体积混凝土是极为不利的。温度应力是由于温差引起混凝土变形造成的。温差愈大，温度应力也愈大。混凝土自身的抗拉能力不足时，产生开裂。此类裂缝多发生在混凝土表面。

2.3 混凝土收缩引起的裂缝

混凝土收缩可以概括地认为在混凝土硬化过程中，由于各种原因引起的随时间变化而发生的体积缩小，从力学上分析，可以称之为在零应力状态下混凝土的徐变。这对混凝土的安全很不利。

2.4 施工引起的裂缝

在大体积混凝土施工时，浇筑、振捣、养护等工序的不规范引起的裂缝现象普遍存在。

3 大体积混凝土裂缝控制要点

根据大体积混凝土裂缝产生的原因，我们必须采取相应的措施，尽可能将裂缝控制在许可的范围之内。

3.1 设计方面

按照《动力机器基础设计手册》中第2.4.2章节“大块式基础通常在顶面与底部配置钢筋网，非大块式基础及体积大于40 m3的大块式基础，应沿四周和顶面、底面配置钢筋网。当基础底面最大边长与基础高度之比不超过5时，上下层钢筋网的钢筋直径为12～18 mm，间距为200～300 mm。当基础底面最大边长与基础高度之比大于5时，则按照2-24公式进行估算。”到目前为止，在进行水泥工业中的大体积混凝土设计时应按此条进行构造配筋。实践证明，按此条配筋是可以满足使用要求的。

设计中还需要考虑布置合理的伸缩缝、后浇带等措施来降低裂缝产生的不利影响。

3.2 材料方面

水泥用量是影响混凝土收缩率的重要因素，采用减少水泥用量的方法来降低混凝土的绝对温升值，可以使混凝土浇筑后的内外温差和降温速度控制的难度降低，也可降低保温养护的费用，这是大体积混凝土配合比选择的特殊性。水泥用量最好不超过380 kg/m。

采用5～40 mm颗粒级配的石子，控制含泥量小于1.5%。

采用中、粗砂，控制含泥量小于1.5%。

混凝土中应掺入适量的掺和料。掺用的品种和掺量应根据工程的技术要求、掺和料品质和资源条件通过试验论证确定。外加剂主要指减水剂、缓凝剂和膨胀剂。水灰比是影响混凝土收缩的重要因素，掺加减水防裂剂的混凝土在保持混凝土强度的条件下可减少15%的水泥用量，也可使混凝土用水量减少25%。

3.3 施工方面

施工必须按照GB 50496—2018《大体积混凝土施工标准》进行施工。

3.3.1 大体积混凝土的浇筑方案

大体积混凝土浇筑时，浇筑方案可以选择整体分层连续浇筑施工或推移式连续浇筑施工方式,保证结构的整体性。混凝土浇筑宜从低处开始，沿长边方向自一端向另一端进行。当混凝土供应量有保证时,亦可多点同时浇筑。混凝土的摊铺厚度应根据所用振捣器的作用深度及混凝土的和易性确定。分层连续浇筑或推移式连续浇筑，其层间的间隔时间应尽量缩短，必须在前层混凝土初凝之前，将次层混凝土浇筑完毕。

3.3.2 大体积混凝土的振捣

混凝土应采取振捣棒振捣。在振动界限以前对混凝土进行二次振捣,排除混凝土因泌水在粗骨料、水平钢筋下部生成的水分和空隙，提高混凝土与钢筋的握裹力，防止因混凝土沉落而出现的裂缝，减少内部微裂，增加混凝土密实度，使混凝土抗压强度提高，从而提高抗裂性。

3.3.3 大体积混凝土的养护

大体积混凝土应进行保温、保湿养护，在每次混凝土浇筑完毕后，除应按普通混凝土进行常规养护外，还应及时按温控技术措施的要求进行保温养护。及时用湿润的草帘、麻片等覆盖，洒水养护，适当延长养护时间，保证混凝土表面缓慢冷却。在寒冷季节，混凝土表面应实施保温措施，以防止寒潮袭击。

预设温度收缩缝，并在大体积混凝土内部预设循环冷却管道，通冷水或者冷气，及时将内部热量排出,以减小混凝土的内外温差。

在混凝土浇筑过程中应进行混凝土浇筑温度的监测，在养护过程中应进行混凝土浇筑块体升降温、内外温差、降温速度及环境温度等监测。这些监测结果能及时反映现场大体积混凝土浇筑块内温度变化的实际情况及所采用的施工技术措施的效果，为技术人员及时采取温控对策提供科学依据。

4 大体积混凝土裂缝处理措施

大体积混凝土中裂缝的出现不但会影响结构的整体性和刚度，还会引起钢筋的锈蚀，加速混凝土的碳化，降低混凝土的耐久性、抗疲劳、抗渗能力。尽管我们采取了很多的预防措施,但是仍然会出现一些意想不到的裂缝。这种现象是普遍存在的,针对这些裂缝我们必须及时进行修补处理,将裂缝的不良影响降到最低。

引起裂缝的原因很多，从安全方面可归纳以下两种:①结构性裂缝，由荷载引起的裂缝，原因是结构承载力不足；②非结构性裂缝，是由结构内部自身应力变化形成的，如混凝土收缩、温度变形、地基不均匀沉降等。

水泥工业中的磨机基础、风机基础等大体积混凝土构件中，以非结构性裂缝居多，可以根据结构的耐久性和使用方面的要求，采取修补措施。主要的方法有表面处理法和压力灌浆法。

1）表面处理法:适用于修补宽度较细、较浅的表面裂缝。方法是在裂缝表面涂刷水泥砂浆或改性环氧树脂浆液、沥青、油漆等封护材料。

2）压力灌浆法:适用于处理较宽的稳定裂缝。方法是用压送设备将浆液灌入混凝土内部，浆液凝结硬化后对构件裂缝有粘合、封闭和补强作用，恢复构件使用功能，提高耐久性。

5 结语

文章对水泥工业大体积混凝土构件裂缝形成的原因、预防措施及裂缝的修复处理进行了初步探讨，认为裂缝控制是一项多方位持续性的工作，要从设计、材料、施工、后期维护修复等环节采取一系列的技术措施，结合多种预防手段，做到多观察，多检测，多分析，保证水泥工业中大体积混凝土的裂缝是可控的，结构是安全的。