大体积混凝土裂缝的防治

2013-01-26牛颖兰甘肃建筑职业技术学院甘肃兰州730050

中国建材科技 2013年5期

牛颖兰（甘肃建筑职业技术学院，甘肃兰州 730050）

随着现代建筑科技的快速发展，现浇混凝土和机械化施工水平不断提高，大流动性、预拌混凝土被广泛应用于民用高层及超高建筑物基础、大型设备基础等大体积混凝土结构工程中。而大体积混凝土在硬化过程中，较普通混凝土而言，容易产生各种裂缝，直接影响到混凝土的强度和耐久性。大体积混凝土在设计和施工中主要考虑的问题为：其一，由于水泥水化热引起混凝土浇筑过程中，其内部温度剧烈变化，导致混凝土表面出现拉应力而破坏；其二，混凝土早期塑性收缩和混凝土硬化过程中的收缩增大，产生收缩应力。这两种应力均会导致混凝土体积变形而出现裂缝。目前，我国在科学实验的基础上，不断地总结工程实践经验与教训，逐步形成了一整套大体积混凝土防裂的措施和方法，确保了大体积混凝土的施工质量。

1 大体积混凝土裂缝形成的原因

1.1 原材料的影响

1.1 .1 水泥

1）水化热

对于配制大体积混凝土所用的水泥，应选择早期水化速度慢、水化热小的水泥品种，否则由于水泥水化热较大而导致混凝土出现温度裂缝，严重影响混凝土质量。为此国家标准作出规定，大体积混凝土施工所用水泥其3d的水化热不宜大于240kJ/kg，7d的水化热不宜大于270kJ/kg。

2）水泥的细度

水泥的颗粒越细，则总的表面积越大，与水接触的面积越大，一方面使得水化反应速度加快，水化热增大，导致混凝土出现温度裂缝;另一方面，拌合时需水量增大，在混凝土硬化过程中收缩增大，易出现收缩裂缝。因此，水泥的细度应适当，以满足现行国家标准为准。

1.1 .2 骨料的影响

在混凝土的组成材料中，粗、细骨料的体积占混凝土总体积的70%～80%，因此，骨料的质量对于大体积混凝土亦有着较大的影响。

1）骨料的颗粒级配

采用级配良好、粗细适宜的骨料，可以减小骨料的总表面积，节约水泥用量，从而减少拌合用水量，以减少混凝土硬化过程中的收缩裂缝。

2）骨料的种类

质地密实，强度高，弹性模量大的骨料，干缩率就越小。而轻质骨料，由于具有较强的吸水能力，导致混凝土在硬化过程中收缩率增大。

3）含泥量和泥块含量

当骨料中的含泥量和泥块含量较大时，就会增大拌合用水量，加剧了混凝土硬化过程中的体积收缩。试验表明，砂、石含泥量每增加2%～3%，水泥浆体的收缩率增加10%～20%，同时降低水泥石与骨料的粘接强度，不仅产生塑性收缩裂缝，且易发展为贯通性有害裂缝。

4）石粉含量

少量的石粉含量，可以改善砂的颗粒级配，提高混凝土的密实度和强度，但过多的石粉含量，则会对混凝土的性能造成负面影响。研究显示［1］，机制砂混凝土的干缩随石粉含量的增大而增大，当0.16mm以下颗粒含量大于12%时，干缩率显著增大，主要是由于小于75μm的石粉颗粒在混凝土拌合物中起到增加水泥浆含量的作用，单位体积水泥浆越多，则混凝土的干缩率越大。

1.2 配合比的影响

1.2 .1 水胶比和用水量

大量试验证明，水胶比越大，水泥石中的毛细孔越多，混凝土硬化过程中的干缩率越大。在水胶比一定的条件下，用水量越多，即水泥浆含量越多，则干缩越大。平均用水量每增加1%，干缩率约增大2%～3%。

1.2 .2 坍落度

混凝土的坍落度如果越大，易造成混凝土内部不均匀，致使混凝土在硬化过程中容易出现塑性收缩而开裂，大流动性混凝土的塑性收缩较低流动性混凝土大。

1.3 温度的影响

温度变形对大体积混凝土极为不利。在混凝土硬化初期，放出较多的水化热，当混凝土较厚时，由于散热缓慢，大量热量积聚在混凝土内部，使混凝土内部温度升高，而温度升高进一步加速了水泥的水化，使混凝土内外温差过大而产生温度应力，从而导致混凝土表面受拉而开裂破坏。因此，在计算大体积混凝土的温度应力及结构伸缩缝时，均需考虑温度膨胀系数。

资料表明［2］，混凝土的温度膨胀系数随骨料种类和配合比不同而有差别，但变化幅度不大，一般在0.6×10-5～1.3×10-5℃-1之间。当缺乏资料时，温度膨胀系数常取α=1.0×10-5℃-1，即温度升降1℃，每米缩胀0.01mm。

1.4 湿度的影响

水分是保证水泥水化的必要条件。混凝土浇筑完毕后，如果环境过于干燥，混凝土中的水分从表面蒸发，在表面上形成干缩裂缝。

2 .大体积混凝土裂缝的预防措施

2.1 合理选择原材料

2.1 .1 水泥品种

大体积混凝土工程中，应优先选择中、低热硅酸盐水泥或低热矿渣硅酸盐水泥。在众多的水泥品种中，最适合的是粉煤灰硅酸盐水泥。由于该水泥中掺加了大量的粉煤灰，使硅酸盐水泥熟料的含量降低，使得水泥中水化速度快、早期放热量大的组分C3S、C3A含量降低，从而使得水泥早期水化速度减慢，水化热降低，且常温下“二次水化反应”的速度更加缓慢，可避免出现温度裂缝。粉煤灰硅酸盐水泥的拌合用水量较少，因此水泥浆体的干缩性小，且后期强度可以赶上甚至超过同强度等级的硅酸盐水泥或普通硅酸盐水泥，特别适用于大体积混凝土工程。

2.1 .2 选择品质优良的骨料

当骨料粗细适宜、级配良好，表面洁净时，一方面能够形成比较密实的骨架，另一方面可以节约水泥用量，降低水化热，减少混凝土硬化过程中的收缩。

通常情况下，细骨料宜采用中砂，其细度模数宜大于2.3；粗骨料宜选用粒径5～31.5mm，并应连续级配。为避免因含泥量过大而引起的开裂，要求砂中的含泥量不应大于3%，石子中的含泥量不应大于1%。

2.1 .3 掺加外加剂和掺合料

1）外加剂

大体积混凝土内部热量不易散发时温度升高，造成内外温差加大，混凝土因而开裂。因此，大体积混凝土中掺加缓凝剂或缓凝减水剂，不仅可以延迟水泥浆的凝结时间，而且可以延缓和降低水泥水化时的放热速度和热量，从而使混凝土避免了温度应力引发的裂缝。各种缓凝剂和缓凝减水剂的主要作用是延缓、抑制C3A矿物和C3S矿物组分的水化，对C2S影响相对小得多，因此不影响对水泥浆的后期水化和长龄期强度的增长。

资料表明［3］，缓凝剂和多元醇类缓凝剂有时会引起混凝土假凝现象，因此要注意水泥适应性试验，合格后方可使用。若试验结果使水泥假凝，可以试用先加水拌合混凝土，稍后（1.5～2min）再加入缓凝剂的措施，则可避免假凝的发生。

2）掺合料

降低大体积混凝土中的水泥用量，提高掺合料的用量，以降低大体积混凝土的水化温升。同时可以使浇筑后的混凝土内外温差减小，降温速度控制的难度降低，并进一步降低了养护费用。如掺加粉煤灰，可获得三方面的技术效果，其一，部分粉煤灰代替部分水泥用量，有效降低了水泥的水化热，其二，粉煤灰颗粒大多数呈球形颗粒，粒形好，在混凝土拌合过程中，如同滚珠一样，有利于改善混凝土拌合物的和易性，硬化后水泥石内部结构比较密实。其三，粉煤灰颗粒细小，表面致密，内比表面积小，降低了水泥的需水量，早期不易水化，其活性主要在后期发挥。因此，在避免产生温度裂缝的同时，不会影响混凝土后期强度的发展。

2.2 合理设计混凝土配合比

大体积混凝土配合比设计［4］，除应符合国家现行标准《普通混凝土配合比设计规范》JGJ55的有关规定外，尚应符合下列规定：

1）采用混凝土60d或90d强度作指标时，应将其作为混凝土配合比的设计依据。

2）所配制的混凝土拌合物，到浇筑工作面的坍落度不宜大于160mm 。

3）粉煤灰掺量不宜超过胶凝材料用量的40%；矿渣粉的掺量不宜超过胶凝材料用量的50%；粉煤灰和矿渣粉掺合料的总量不宜大于混凝土胶凝材料用量的50%。

4）拌合用水量不宜大于175 kg/m3；水胶比不宜大于0.50；砂率宜为35%～42%。

5）在混凝土制备前，应进行常规配合比试验，并应进行水化热、泌水率、可泵性等对大体积混凝土控制裂缝所需的技术参数的试验；必要时其配合比设计应当通过试泵送。

6）在确定混凝土配合比时，应根据混凝土的绝热温升、温控施工方案的要求等，提出混凝土制备时粗细骨料和拌合用水及入模温度控制的技术措施。

2.3 施工措施

2.3 .1 降低混凝土入模温度

大体积混凝土施工时应避开最炎热的气候浇筑混凝土，或用冰水搅拌混凝土，也可采取骨料和运输工具搭棚避晒的方法。

2.3 .2 消减温度应力

在浇筑过程中，应分层、分块浇筑，或设置后浇带，避免拌合物局部堆积过高形成温升中心。

2.3 .3 加强施工中的温度控制

大体积混凝土在施工过程中，不急于拆模，充分发挥“应力松弛”效应。在此基础上，加强测温，及时采取措施，使混凝土浇筑体表面与大气温差不应大于20℃，当模板作为保温养护措施的一部分时，其拆模时间应根据国标《大体积混凝土施工规范》GB50496规定的温控要求确定。

2.3 .4 加强养护

混凝土浇筑完成后，应及时进行保温保湿养护，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，尚应及时按温控技术措施的要求进行保温保湿养护。保湿养护的持续时间不得少于14d，并应经常检查塑料薄膜或养护剂涂层的完整情况，保持混凝土表面润湿。保温覆盖层的拆除应分层逐步进行，当混凝土的表面温度与环境最大温差小于20℃时，可全部拆除，以减小收缩变形。