浅谈大体积混凝土裂缝成因与控制

郭珖

（厦门中林建设工程有限公司，福建 厦门361009）

一、大体积混凝土产生裂缝的主要原因

1水泥水化热的影响

水泥在水化反应过程中产生大量的热量，这是大体积混凝土内部温升的主要热量来源，试验证明每克普通硅酸盐水泥放出的热量可达500J。由于大体积混凝土截面厚度大，水化热聚集在结构内部不易散发，所以会引起混凝土结构内部急剧升温。混凝土结构的厚度越大，水泥用量越多，水泥早期强度越高，混凝土结构的内部升温越快。大体积混凝土测温试验研究表明，水泥水化热在1～3d内放出的热量最多，大约占释放出总热量的50%；混凝土浇筑后的3～5d内，混凝土内部的温度最高。每m3混凝土中水泥用量，每增减10kg其水化热将使混凝土的温度相应升降1℃，所以，对于普通混凝土控制在每m3混凝土水泥用量不超过400kg。

随着混凝土龄期的增长，其弹性模量和强度不断提高，对混凝土降温收缩变形的约束也越来越强，产生很大的温度应力，当混凝土的抗拉强度不足以抵抗此温度应力时，便容易产生温度裂缝。

2内外约束条件的影响

各种混凝土结构在变形中，必然受到一定的约束，从而阻碍其自由变形，约束又分为内约束和外约束。

通常大体积混凝土与地基浇筑在一起，当温度变化时受到下部地基的限制，因而产生外部的约束应力。混凝土在早期温度上升时，产生的膨胀变形受到约束面的约束而产生压应力，此时混凝土的弹性模量很小，徐变和应力松弛均较大，混凝土与基层连接不太牢固，因而压应力较小。但当温度下降时，则产生较大的拉应力，若超过混凝土的极限抗拉强度，混凝土将会出现垂直裂缝。

由于结构不可能受到全约束，加之混凝土还有徐变变形，所以温差在25℃～30℃情况下，也可能不产生裂缝。由此可见，降低混凝土的内外温差和改善其约束条件，是防止大体积混凝土产生裂缝的重要措施。

3外界气温变化的影响

大体积混凝土结构在施工期间，外界气温变化对防止大体积混凝土开裂有很大影响。混凝土内部温度由浇筑温度、水泥水化热的绝热温升和结构的散热温度等各种温度之和组成。浇筑温度与外界气温有着直接关系，外界气温越高，混凝土的浇筑温度也越高；如果外界气温下降，会增加混凝土的温度梯度，特别是气温骤然下降，会大大增加外层混凝土与内部混凝土的温差，因而会造成过大的温度应力，易使大体积混凝土出现裂缝。大体积混凝土由于厚度大，不易散热，其内部温度在有的工程中可高达85℃，而且持续时间较长。温度应力是由温差引起的变形所造成的，温差越大，温度应力也越大。因此，采取合理的温度控制措施，控制混凝土表面温度与外界气温的温差，是防止混凝土产生裂缝的另一个重要措施。

4混凝土收缩变形的影响

混凝土收缩变形的影响，主要包括塑性收缩变形和体积变形两个方面。

①混凝土的塑性收缩变形

在混凝土硬化之前，混凝土处于塑性状态，如果上部混凝土的均匀沉降受到限制，如遇到钢筋、大的混凝土骨料或者平面面积较大的混凝土，其水平方向的减缩比垂直方向更难时，就容易形成一些不规则的混凝土塑性收缩性裂缝。这种裂缝通常是互相平行的，间距一般为0.2～1.0m，并且有一定的深度，它不仅可以发生在大体积的混凝土中，而且可以发生在平面尺寸较大、厚度较薄的结构构件中。

②混凝土的体积变形

混凝土在水泥水化过程中要产生一定的体积变形，但多数是收缩变形，少数为膨胀变形。掺入混凝土中的水逐渐蒸发，随着混凝土的不断干燥而使吸附水溢出，就会出现干缩变形。除上述干燥收缩外，混凝土还会产生碳化收缩变形。即空气中的二氧化碳与混凝土中的氢氧化钙反应生成碳酸钙和水，这些结合水会因蒸发而使混凝土产生收缩变形。

二、大体积混凝土裂缝控制的技术措施

大体积混凝土的裂缝，绝大多数是由温度的原因产生的，因此防止产生温度裂缝是大体积混凝土施工的关键。为了防止其产生温度裂缝，除在施工前需要进行认真的温度计算外，还要做到在施工过程中采取一系列有效的技术措施，如控制混凝土温升、延缓混凝土降温速率、减少混凝土收缩变形、提高混凝土极限抗拉应力值、改善混凝土约束条件、完善构造设计和加强施工中的温度监测等。

1选用中、低热水泥品种

强度等级为42.5MPa的矿渣硅酸盐水泥，其3d的水化热为180kJ/kg；强度等级为42.5MPa的普通硅酸盐水泥，其3d的水化热为250kJ/kg；强度等级为42.5MPa的火山灰质硅酸盐水泥，其3d的水化热仅为同强度等级普通硅酸盐水泥的60%。

2.掺加外加剂和外掺料

①掺加外加剂

大体积混凝土中掺加的外加剂主要是木质素磺酸钙（即木钙）。在泵送混凝土中掺入水泥质量的0.2%～0.3%，它不仅能使混凝土的和易性有明显的改善，而且可减少10%左右的拌和水，混凝土28d的强度可提高10%～20%；若不减少拌和水，坍落度可提高10cm左右；若保持强度不变，可节省水泥10%，从而降低水化热。

②掺加外掺料

在混凝土中掺入一定量的粉煤灰取代水泥，除了粉煤灰本身的火山灰活性作用，生成硅酸盐凝胶，作为胶凝材料的一部分起提高耐久性作用外，还可以起到显著改善混凝土和易性，满足混凝土的可泵送，降低混凝土水化热的效能。

3.优选骨料

大体积混凝土中组成混凝土的砂石料约占混凝土总质量的85%，所以正确选用砂石料对保证混凝土质量十分重要。

①粗骨料的选择

宜优先选择自然连续级配的粗骨料，有其配制的混凝土，具有较好的和易性、较少的用水量、节约水泥用量、较高的抗压强度等优点。经验证明采用5～40mm石子比采用5～20mm石子，每m3混凝土可减少用水量15kg左右，在相同水灰比的情况下，水泥用量可节约20kg，混凝土温升可降低2℃。但是，骨料粒径增大后，容易引起混凝土的离析，影响混凝土的质量。

②细骨料的选择

以采用优质的中粗砂为宜，细度模数宜在2.6～2.9范围内，这样可以降低混凝土的温升和减少混凝土的收缩。

泵送混凝土的输送管道形式很多，如果混凝土中的砂浆量不足，很容易发生堵管现象，所以，可适当提高砂率，但若砂率过大，又将对混凝土的强度产生不利影响。因此，在满足混凝土可泵性的前提下，尽可能选用较小的砂率。

③骨料的质量要求

石子的含泥量不得大于1%，砂的含泥量不得大于2%。

4.控制混凝土出机和浇筑温度

①控制混凝土的出机温度

降低混凝土的出机温度，其最有效的办法就是降低砂石的温度。降低砂石温度的方法很多，如在砂石堆料场搭设简易的遮阳装置，砂石温度可降低3℃～5℃；还有在拌和前用冷水冲洗粗骨料，在储料仓中通冷风预冷，再加上冰屑拌和等方法。