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