大体积混凝土裂缝控制

大体积混凝土裂缝控制摘要：为有效控制大体积混凝土裂缝问题，在原材料选择时，按照配合比设计选用低水化热水泥、级配良好的砂石和合理的掺合料等原材料，并严格控制好原材料的使用。

施工时采用有效合理的混凝土浇筑施工工艺、方法和后期测温保温养护等技术质量控制措施。

文章分析了大体积混凝土裂缝产生的原因，提出了防止产生裂缝的措施，并提及大体积混凝土裂缝控制的发展方向。

关键词：大体积混凝土；裂缝；原因；控制0 引言美国混凝土学会116委员会把大体积混凝土定义为在大体积结构中的混凝土，即某一梁、柱、墩、船闸或坝由于体积巨大，需要采取专门的方法以对付产生的热量与伴随着体积的变化。

国内的规范规定基础边长大于20m，厚度大于1m，体积大于400m3时，必须采取措施处理所发生的温差，解决变形所引起的应力集中和裂缝开展，这样的混凝土称为大体积混凝土[1]。

大体积混凝土常常出现温度裂缝，影响结构的整体性和耐久性[2]。

大体积混凝土的特点决定了其裂缝控制的难度将很大，必须从设计、施工、材料、温控技术、养护等多方面采取措施预防、检测和控制。

大体积混凝土温度裂缝的成因主要有三方面：（1）水泥水化热；（2）混凝土的收缩；（3）外界气温的变化[3]。

1 大体积混凝土裂缝原因1.1 水泥水化热的影响大量的热量在水泥水化过程中产生，混凝土及水泥用量与混凝土内部的温度有关，温度应力会随混凝土结构尺寸增大变得更高，引起的裂缝的可能性也越大，裂缝在这种温度应力超过混凝土内外的约束力时就会产生[4]。

1.2 混凝土收缩的影响混凝土中约80℅的水分要蒸发，多余水分的蒸发会引起混凝土体积的收缩。

混凝土收缩的主要原因是内部水蒸发引起混凝土收缩。

如果混凝土收缩后，再处于水饱和状态，还可以恢复膨胀并几乎达到原有的体积。

干湿交替会引起混凝土体积的交替变化，这对混凝土很不利 [5]。

如果水泥的活性较大，混凝土的温度较高或者水灰比较低的情况下，其泌水会减少，表面会蒸发大量的水分，无法及时获得补充，此时的混凝土尚处于塑性状态，一点拉力都会导致裂缝的出现，裂缝出现后，其体内的水分蒸发迅速加快，裂缝扩大，这就需要在进行混凝土浇筑后及时覆盖[6]。

1.3 外界气温、湿度变化的影响在大体积混凝土的施工过程中，经常会受到例如寒潮来临、暴雨袭击等外界气温变化的影响。

这些突如其来的天气变化使混凝土内部的温度迅速的变化。

大体积混凝土内部的温度指的是水泥水化热的绝热温度、浇筑温度以及混凝土散热温度三者相叠加而产生的温度，其中，浇筑温度和外界气温有着直接的联系。

一般来说，外部环境的气温值越高，混凝土的浇筑温度也相应越高，反之，当气温下降时，特别是在气温骤降时，会大大增加外部混凝土与混凝土内部的温度梯度。

这就引起混凝土外部环境与内表面产生温度差，从而引起温度应力的产生，直接导致大体积混凝土外表面产生裂缝[7]。

另外外界的湿度对混凝土的裂缝也有很大的影响，外界的湿度降低会加速混凝土的干缩也会导致混凝土裂缝的产生。

1.4 安定性影响安定性裂缝表现为龟裂,主要是因水泥安定性不合格而引起的[8]。

1.5 温度影响大体积混凝土施工阶段所产生的温度裂缝，一方面是由于内外温差而产生的；另一方面是结构的外部约束和混凝土各质点间的约束，阻止混凝土收缩变形，混凝土抗压强度较大，但受拉力却很小，所以温度应力一旦超过混凝土能承受的抗拉强度时，即会出现裂缝，这种裂缝的宽度在允许限值内，一般不会影响结构的强度，但却对结构的耐久性有所影响，因此必须予以重视和加以控制。

大体积混凝土的温度裂缝按照深度不同主要分为贯穿裂缝、深层裂缝及表面裂缝三种，贯穿裂缝是由混凝土表面裂缝发展为深层裂缝，最终形成贯穿裂缝它切断了结构的断面，可能破坏结构的整体性和稳定性，其危害性是较严重的；而深层裂缝部分地切断了结构断面，也有一定危害性；表面裂缝一般危害性较小[9-10]。

1.6 其他因素的影响建筑物基础的不均匀沉降也会产生裂缝，这种裂缝会随着基础沉降而不断地增大，待地基下沉稳定后，将不会变化。

混凝土配合比不良会造成混凝土塑性沉降裂缝，一般是混凝土配合比中，粗骨料级配不连续、数量不够，砂率及水灰比不当所造成的裂缝。

水泥中的碱与活性骨料中的活性氧化硅起化学反应也会产生裂缝[11]。

总的来说，混凝土中产生裂缝有多种原因，主要是温度和湿度的变化，混凝土的脆性和不均匀性，以及结构不合理，原材料不合格（如碱骨料反应），模板变形，基础不均匀沉降等可以造成裂缝的产生[12]。

产生裂缝的原因归纳起来主要有以下几个方面：结构方面，结构长度较长、结构面积较大、约束变形过大和结构体系突变等；材料方面水泥品种用量、骨料性能、级配、含泥量、外加剂和掺合料选用等；施工方面，混凝土浇筑、振捣、养护方法以及混凝土坍落度大小等；环境方面，施工现场温度、湿度、风速等[13]。

2 大体积混凝土裂缝控制大量的实践与研究表明，大体积混凝土结构施工过程中的温度裂缝是不可避免的，重要的是采用合理的措施来防治和控制裂缝产生和发展，防止大体积混凝土出现温度裂缝主要从两个方面注意控制。

一方面从各环节控制温度入手，从改善约束力方面控制，即以减小温度应力为重点；另一方面应尽可能设法提高混凝土抗裂能力，改善混凝土自身性能，但这些措施不是孤立的，而是相互联系、相互制约，必须结合施工现场实际情况，全面考虑，合理利用，综合控制大体积混凝土温度裂缝[14]。

2.1 原材料的质量控制(1)粗骨料宜采用连续级配，细骨料宜采用中砂。

(2)外加剂宜采用缓凝剂、减水剂；掺合料宜采用粉煤灰、矿渣粉等。

如在大体积混凝土中掺入石蜡后，可以降低其升温速率和降温速率，从而防止混凝土因温度变化过快而产生的温度裂缝[15]。

(3)大体积混凝土在保证混凝土强度及坍落度要求的前提下，应提高掺合料及骨料的含量，以降低单方混凝土的水泥用量[16]。

(4)大体积混凝土产生温度裂缝的主要原因是水泥水化产生的水化热。

因此，最好选用低水化热或中水化热的水泥配制混凝土。

同时，水泥的用量直接影响着水化热的多少及混凝土温升。

在满足强度的要求下，大体积混凝土应尽量降低水泥用量。

可采用后期强度作为设计强度、掺入混合料和减水剂等方式进行控制[17]。

(5)优化混凝土配合比，按大体积混凝土进行配合比设计，采用低水胶比、低用水量、低水泥用量的原则。

为提高混凝土的耐久性，改善混凝土的施工性能和抗裂性能，掺加适量粉煤灰，取代25%水泥用量，使用聚羧酸系高效减水剂有效降低混凝土的用水量。

在配合比设计过程中尽量降低胶凝材料中水泥用量、减小砂率和坍落度[18-22]。

2.2 温度、测温控制严格控制混凝土入模温度，大体积混凝土最好选在春秋季施工，以降低入模温度，既是在夏季施工最好采取有效措施降低入模温度，再者浇筑混凝土时最好不要让混凝土在太阳下直接爆晒。

施工过程中应对碎石洒水降温，保证水泥库通风良好，自来水预可先放入地下蓄水池中降温[23-25]。

针对后期而言，宜采用人工控制混凝土温度的措施（如体内埋设冷水管和风管，表面洒水冷却，表明保温材料保护），比如表面保温材料保护可以减少外温差，但不可以避免的导致混凝土体内温度很高，从受约束而导致贯穿裂缝的角度看，是一个潜在恶化裂缝的条件。

因为体内热量迟早要散发出去的[26-27]。

一般在大体积的混凝土中设置测温孔，来了解大体积混凝土内部的温度分布和变化隋况，测温洞孔要求按完全反映混凝土结构内部温度变化来布置，不管是平面的还是立体的都要全反面的进行监控，随时了解混凝土的温度和湿度。

为及时掌握混凝土内部温升与表面温度的变化值，在承台内埋没若干个测温点，采用l 形布置，每个测温点设置测温管2 根：其中1 根管底埋置于承台混凝土的中心位置，测量混凝土中心的最高温升，另一根要求管底距离承台上表面100 mm，用100 的红色水银温度计测温，以方便读数。

第1 个5d 每2h 测温1次，第6d 后每4h 测温1 次，测至温度稳定为止。

从3 个承台的测温情况看，混凝土内部温升的高峰值一般在3．5d 内产生，3d 内温度可上升到或接近最大温升，内外温差值在20cC 左右，控制在规范规定范围内。

测温方法采用温度计人工方法测温，每隔一段时间都要准确测量并记录[28]。

2.3 施工技术控制虽然混凝土的原材料质量、配合比设计是影响大体积混凝土施工质量的主要因素，但混凝土配料的准确、搅拌的均匀、浇筑、振实成型、养护更是整个施工环节中影响大体积混凝土的主要环节[29]。

施工前应进行详细的技术交底，认真检查现场的施工各项准备工作，明确各有关人员的岗位和责任，施工中实行挂牌上岗责任制，每道工序的责任人均列详细名单，加强管理是控制大体积混凝土裂缝最关键问题，应引起施工单位的高度重视[30]。

采用综合措施，控制混凝土初始温度。

尽量避开炎热天气浇筑混凝土，夏季可加入低温水或冰水搅拌，或对骨料进行遮挡。

合理安排施工程序，控制混凝土浇筑过程中均匀上升，避免混凝土拌合物堆积过大高差。

浇筑混凝土时，对一些特殊部位要注意，以确保工程质量。

如地脚螺栓、预留栓孔、预埋管道等。

大体积混凝土的保温材料不宜一次全部拆除，应在实时监测的基础上分期分批地逐渐拆除，尤其要注意天气变化，特别是寒潮来临之前应加强保温[31-33]。

2.4 养护阶段控制(1)浇筑后2 h采用塑料膜对表面覆盖，可有效增加混凝土的表面温度，减小总温差．若在冬季施工需在塑料膜上面加上草垫保温等。

(2)混凝土浇筑后，应在终凝后两小时开始带水养护，养护期14天以上．夏季浇筑大体积混凝土时，可采用积水养护的方法．在混凝土表面上用砖砌成浅水池，然后放入300 mm深的水，起保护和养护双重作用。

(3)冬季施工时，在结构外露的混凝土表面以及模板外侧覆盖保温材料(如草袋、锯木、湿砂等)。

在缓慢的散热过程中，使混凝土获得必要的强度，以控制混凝土的内外温差小于25℃[34-38]。

3 发展方向大体积混凝土的温度控制方法的应用已经较为成熟，从设计到施工工艺及材料的选取，以及裂缝的处理，在工程中已经取得很多的应用，但仍然有很多方面的问题需要考虑，完善温度控制的理论。

3.1 膨胀剂的使用对于大体积混凝土，水泥水化产生的热量释放过程较为缓慢，普通的膨胀剂在早期就膨胀，对后期的补偿作用不明显，MgO的延迟微膨胀特性更适用于大体积混凝土。

目前南京工业大学在MgO膨胀剂工业化生产方面进行了一系列探索已取得一定的成果[39]。

3.2 纤维的掺入纤维的掺人有效提高了混凝土的极限抗拉强度，但在应用方面仍存在严重不足，目前纤维混凝土一般只用于一些具有特殊要求的结构当中[40]。

3.3 导控应力释放装置已证明对抗裂有较好的效果，裂缝发展有序，裂缝深度可控，便于裂缝的修补。

3.4 裂缝修补裂缝修补的常用方法已较为成熟，在仿生自修复混凝土上面技术还不够完善。