大體積混凝土裂縫形成原因及控制

摘 要：本文針對大體積混凝土施工過程中，出現(xiàn)的裂縫，深入淺出地分析了裂縫產生的原因，以及控制大體積混凝土裂縫的途徑及措施，為大體積混凝土施工及裂縫控制提供了較為成熟的經驗。

關鍵詞：大體積混凝土；水化熱；裂縫；控制措施

中圖分類號：TV544+.91 文獻標識碼：A 文章編號：1671-3362（2013）12-0099-02

引言

大體積混凝土是指[1]混凝土結構物實體的最小尺寸不小于1m的大體量混凝土，或預計會因混凝土中膠凝材料水化引起的溫度變化和收縮而導致有害裂縫產生的混凝土。如大型橋梁、大型水壩、大型基礎等。大體積混凝土與其他一般鋼筋混凝土相比，結構笨重厚實，施工技術要求高、難度大。一般要求混凝土連續(xù)澆筑，往往不允許留施工縫，混凝土用量也大，水泥水化熱高使結構產生溫度和收縮變形。

1 大體積混凝土裂縫形成的主要原因

大體積混凝土施工階段所產生的溫度裂縫，是由于混凝土散熱性較差導致的結果?；炷链嬖趦韧鉁夭顒t導致產生溫度應力，一旦溫度應力超過混凝土能承受的抗拉強度時， 就會出現(xiàn)裂縫，下面分析裂縫產生的主要原因。

1.1 水泥水化熱

水泥的水化熱是大體積混凝土裂縫產生的根本原因。水泥在硬化過程中不可避免的要產生水化熱。水化熱可使大體積混凝土內部的溫度達到60～80℃，尤其在夏天，體積特別厚大的混凝土，溫度可能會更高。大量的熱量聚集在內部不易散發(fā)出來，從而導致混凝土內部升溫過快，最高溫度出現(xiàn)在混凝土澆筑后的3～5d內，而此時混凝土表面溫度為室外環(huán)境溫度。當混凝土內外溫差超過25℃時，因溫度應力導致混凝土自身膨脹，可能產生裂縫。又由于混凝土的導熱性能較差， 澆注初期混凝土的強度和彈性模量都很低， 對水化熱引起的急劇溫升約束不大。

1.2 環(huán)境溫度變化的影響

大體積混凝土在施工階段，環(huán)境溫度的變化是常見的?；炷羶炔康臏囟仁怯蓾仓臏囟取⑺嗟乃療?、結構散熱溫度等決定的。蘭州地區(qū)氣溫日較差在10～20℃之間，年較差可達30℃以上，使得混凝土的降溫收縮值比較大。再加上存在外約束使其不能自由變形，因而產生溫度應力也愈大。同時，在高溫條件下，大體積混凝土不易散熱，這對大體積混凝土極為不利，在這種情況下，應采取合理的溫度控制措施，以防止混凝土內外溫差引起的過大溫度應力造成混凝土因抗拉強度不足而產生的裂縫。

1.3 混凝土收縮變形的影響

混凝土收縮裂縫產生的內因，是由混凝土材料的特性所決定的，由于混凝土具有泌水性和骨料沉降性。外因是施工過程中由于施工方法、措施不當所造成的。在混凝土硬化之前，處于塑性狀態(tài)，硬化初期主要是由于水泥產生的體積收縮引起的?；炷林写蟛糠值乃忠舭l(fā)，有少部分水分是水泥水化所需要的，多余水分的蒸發(fā)，會引起混凝土的收縮變形。水泥水化時產生的體積變形，稱之為 “自身體積變形”。這種收縮變形若受到約束力的影響， 即可引起混凝土的開裂，并隨著齡期的增加而發(fā)展。

2 大體積混凝土施工中采取的抗裂措施

大體積混凝土在施工過程中，若不采取必要的措施，更易導致裂縫的出現(xiàn)，將嚴重破壞混凝土結構的強度和耐久性。為防止大體積混凝土產生裂縫，可采取以下措施：

2.1 優(yōu)化配合比

2.1.1 選擇適宜的水泥品種

水化熱大的水泥對大體積混凝土極為不利，因此施工中應選擇水化熱較低的水泥品種，這樣則可降低水泥熟料中水化速度快、水化放熱量大的組分C3S和C3A的含量，降低水泥早期的水化放熱量，從而降低混凝土的溫升。粉煤灰硅酸鹽水泥特別適合大體積混凝土。

2.1.2 摻加摻合料和外加劑

在大體積混凝土配合比設計時，既要保證混凝土硬化后的強度，又要大幅度降低水化熱，使其具有良好的工作性的同時，又要考慮降低水泥和水的用量。因此，摻加適量的粉煤灰，即可改善混凝土拌合物的工作性，同時又可代替部分水泥用量，但需通過試驗確定粉煤灰的最佳摻量。

摻加適量的減水劑，即可增大混凝土拌合物的流動性，又可減少拌和用水量，節(jié)約水泥，可有效控制水泥的水化熱，提高混凝土硬化后的體積穩(wěn)定性，同時不降低混凝土的后期強度。

除此之外，亦可在混凝土中摻加緩凝減水劑（如木質素磺酸鈣），不僅可以改善混凝土的可泵性，而且可以減少拌合用水量和水泥用量，從而降低水化熱，延緩了水化熱的釋放速度，推遲了放熱峰期，使初凝和終凝時間延緩3～8h，從而減少了溫度應力，使混凝土裂縫的出現(xiàn)的幾率降低約80%[3]。

除此之外，在可能條件下，減小混凝土的水灰比和坍落度。合理設計配合比的3個參數，可使混凝土拌合物獲得良好的工作性能，在攪拌、運輸和澆筑過程中不至于出現(xiàn)分層和泌水等現(xiàn)象，便于施工，使硬化后的混凝土更加致密，相應減少收縮約束以使混凝土能有足夠強度抵抗所引起的應力，防止和減少混凝土表面危害性裂縫產生。

2.2 完善施工措施

2.2.1 控制出模溫度和澆筑溫度

為了降低混凝土的內部溫度，減小混凝土的內外溫差，必須控制出機溫度和澆筑溫度。在炎熱季節(jié)或高溫條件下進行施工時[4]，應將砂、石骨料等原材料堆放在有遮陽棚的料倉里，以減少陽光的輻射，對骨料和水泥進行拌合時，應適當加入冷水；混凝土車出場前，噴淋車滾筒表面，防止太陽直曬造成混凝土溫度上升；為了控制澆筑溫度，應盡量避開高溫時段澆筑，如11：00～19：00時段，適當放慢混凝土的攪拌速度，以避免在氣溫偏高時段大量澆筑混凝土。用濕麻包包裹泵送管道，以降低泵送過程中的溫度，使混凝土澆筑溫度不超過28℃。重要部位安排在低溫季節(jié)、低溫時段澆筑。

2.2.2 預埋冷水管降低混凝土內部溫度

施工時還可采用埋設冷卻水管通水的措施控制大體積混凝土內部溫度[5]?？蛇x擇結構物周圍的地下水作為冷水源，通過排管內的循環(huán)水最大限度帶走混凝土內部的部分熱量，降低混凝土的溫升峰值，使混凝土澆筑體的里表溫差不大于25℃，且降溫速率不宜大于2.0℃/d。

2.2.3 采用分層施工

大體積混凝土應采用分層澆筑[6]，每一次澆筑的混凝土不可過高、過厚，以利于混凝土散熱，分層厚度控制在300mm左右，有效控制混凝土溫度均勻上升。即應采用“分層澆筑、薄層澆筑、循序漸進、一次到位”的方法澆筑，做到第一層全面澆筑完畢后，在第一層混凝土還未初凝時且中間留一些時間釋放熱量后，再開始澆筑第二層，如此逐層澆筑，直至澆筑完成。大體積混凝土分段澆筑完畢后，采用二次抹壓工藝，即用木抹子抹面，排除混凝土上表面的泌水和浮漿，在初凝前用鐵滾筒碾壓數遍，然后用鐵抹子壓實收光，避免水分過快散失出現(xiàn)干縮裂紋。

2.2.4 對于在澆灌時存在大風、高溫、干燥等惡劣氣候環(huán)境

應更加倍重視，從配合比設計到施工的每一個環(huán)節(jié)都要認真落實，采取相應的措施，否則，更容易產生塑性收縮裂縫。甘肅省地處西北干旱、多風地區(qū)，夏季氣溫較高，蒸發(fā)量很大，對大體積混凝土的塑性收縮應引起高度重視。

2.2.5 混凝土養(yǎng)護的方法及要點

水是保證水泥充分水化，促進混凝土強度正常發(fā)展的必要前提，混凝土澆筑完畢后，在規(guī)定的時間內，必須保證適當的溫度和足夠的濕度。否則，容易引起干縮裂縫等缺陷，嚴重降低混凝土的強度和耐久性。

大體積混凝土澆筑完畢后，為了防止因混凝土表面水分散失而引起干縮裂縫，在其表面覆蓋一層薄膜、二層草袋，四周鋼模外覆蓋一層薄膜、一層草袋，進行保溫保濕，設專人養(yǎng)護，每2h澆水一次，淋濕草袋即可。

在養(yǎng)護過程中，如發(fā)現(xiàn)遮蓋不全，澆水不足，以致表面泛白或出現(xiàn)干縮裂縫時，應立即仔細遮蓋，加強養(yǎng)護，保溫保濕層及模板保持7d不拆。為確?；炷镣庥^質量，滿足混凝土表面平整度的要求，對混凝土外露面的錯臺、掛簾、蜂窩以及混凝土表面殘留木塊、布條等應及時處理。

通過以上外蓄內散綜合養(yǎng)護方法，可以達到預期的效果。

2.3 加強施工組織管理

混凝土在施工過程中，要嚴把質量關，安排好各工序的銜接，采用先進的施工工藝，參照成熟經驗，合理組織施工。在加強混凝土質量控制的同時，應積極推廣新技術、新材料和新工藝的應用，做好施工技術資料收集、整理與事后總結。同時還要在施工過程中針對施工現(xiàn)場情況，周圍環(huán)境，天氣變化等情況，精心安排一天中最有利的施工時間，從原材料質量、施工技術、施工管理等方面采取必要措施，則可確保大體積混凝土的施工質量。

3 結語

引起大體積混凝土裂縫的因素很多。為了控制裂縫，應嚴格控制溫升、降溫速率，并結合實際情況，采取合理的養(yǎng)護措施，總結經驗，科學組織施工，就可有效的減少或防止混凝土有害裂縫的產生。工程實踐表明，在大體積混凝土施工中采取二次抹壓工藝及內散外蓄的技術措施，對控制大體積混凝土裂縫效果明顯。

參考文獻

[1] 中國冶金建筑協(xié)會.GB50496 大體積混凝土施工規(guī)范[S].北京：北京計劃出版社，2009.

[2] 李振長，申勁鑫，高維.關于結構裂縫分析中若干基本概念的認識[A].建筑物病害診治與工程質量檢測實例論文集[C].蘭州：蘭州大學出版社，2003：18-19.