浅谈大体积混凝土裂缝的可能原因及防治措施

苏俊荣

摘要：文章针对大体积混凝土裂缝类型及成因，分别从设计、施

工、温控等方面进行阐述，同时提出相应的政策建议，进而提高混凝土的施工质量，避免发生质量事故，为大体积混凝土施工提供参考依据。

关键词：大体积混凝土 裂缝 政策建议

1 大体积混凝土产生裂缝的原因

在对大体积混凝土进行施工的过程中，多种因素都会造成墩台身或基础等结构发生裂缝，其中裂缝类型不同，裂缝产生的原因也存在一定的差异性：

1.1 收缩裂缝 通常情况下收缩裂缝是混凝土因收缩并行而产生的裂缝。混凝土中的用水量和水泥用量是造成混凝土收缩的主要因素。混凝土的收缩随着用水量和水泥用量的增加而增大。在施工时，由于选用不同的水泥类型，其干缩量和收缩的量也存在一定的差异性。通常情况下，对于中低热水泥和粉煤灰水泥来说，其收缩量比较小。混凝土浇筑完成后，在散热和硬化过程中，会出现不同程度的收缩，进而产生收缩应力，当混凝土的收缩应力超过其极限抗拉强度时，就会在混凝土的表面产生收缩裂缝。在施工过程中，收缩受到人们的普遍关注，特别是由收缩造成的开裂。其中干燥收缩和温度收缩，是在混凝土收缩中比较常见的两种类型，这里自身收缩是重点介绍的对象，另外，提及一些关于塑性收缩的问题。在混凝土的收缩类型中，自身收缩与干缩一样都是由水的迁移造成的。与干缩相比，自身收缩是混凝土在水化过程中，受水分消耗的影响，导致凝胶孔的液面出现下降，进而造成弯月面，同时出现自干燥，同时降低了混凝土体的湿度，进一步使得混凝土的体积减小。水灰比对干燥收缩和自身收缩的影响正好相反，也就是，干燥收缩会随着混凝土水灰比的降低而出现减小，同时自身收缩却增大。

在混凝土拌合后的初龄期容易发生自身收缩。在初龄期之后，在自干燥的影响下，降低了混凝土的相对湿度，水化作用也处于终止状态。对于大部分混凝土来说，在拆除模板之前，其自身收缩已经产生，甚至已经完成；对于干燥收缩来说，主要发生在没有覆盖，并且暴露面很大位置，甚至混凝土构件在拆模以后也会出现干缩现象。因此，在混凝土浇筑完成之后，凡是对混凝土的表面进行了覆盖，基本上认为混凝土不发生干缩。

在施工过程中，在温度收缩的作用下，大体积混凝土即使水灰比很高，自身收缩量值很小，两者造成的收缩会出现叠加，在一定程度上增大了应力。因此，对大坝等工程进行施工的过程中，将自身收缩作为测定和考虑的一项重要的指标。对于当前来说，尽管混凝土断面尺寸一般，且水灰比也适中，但是，已经达到体积随着水化热的变化出现变形的情况，在一定程度上，为了最大限度地减少开裂造成的影响，因此，需要像大坝一样，温度收缩和自身收缩相互叠加造成的影响必须重点考虑。

另外，塑性收缩也是造成大体积混凝土产生开裂的重要因素。大体积混凝土会随着水泥活性的增大、温度的升高等会出现不同程度的开裂，当混凝土的水灰比较低时也会发生开裂。处于塑性状态的混凝土，受泌水明显减少的影响，来不及补充混凝土表面蒸发的水分，在很小的拉力作用下，在混凝土的表面也会引发不规则的裂缝。裂缝会随着混凝土体内水分的蒸发而逐渐扩展。

1.2 温差裂缝 在浇筑混凝土的过程中，由于混凝土构件内外之间存在温度差，当温差超过一定的限度时，也会引发混凝土出现裂缝。在温差裂缝形成的原因中水泥水化热是主要的因素，对于大体积混凝土来说，温差裂缝更为明显。通常情况下，都是一次性对大体积混凝土结构进行整体浇注。混凝土浇筑完成后，在水化作用的影响下，开始出现水化热，受大体积混凝土规模的影响，在混凝土构件的内部其水化热难以蒸发散失，进一步提升了混凝土内部的温度，相反，受周围环境的影响，混凝土表面的散热速度较快，进而在混凝土构件的内外之间形成明显的温度差，同时在混凝土的内部以及混凝土表面都会产生一定的压应力。对于刚刚浇筑的混凝土构件来说，受龄期的影响，其抗拉强度相对较弱。在温差的作用下，当混凝土产生的抗拉应力超过其抗拉强度时，便会在混凝土的表面出现裂缝。

在施工过程中，在大体积混凝土构件的内部与表面在散热速率方面存在一定的差异，在混凝土的表面形成温度梯度，进而形成较大的拉应力。受混凝土龄期较短的影响，其抗拉强度较弱，在温差的影响下，便会在混凝土的表面产生拉应力，当这种拉应力超过自身的抗拉强度时，便会在混凝土的表面出现裂缝。通常情况下，如果防护措施不到位，在混凝土浇筑后的第3天容易出现温差裂缝。

1.3 安定性裂缝 混凝土浇筑完成后，对于安定性裂缝来说，主要表现为龟裂，其产生原因主要是水泥安定性不合格。

2 预防裂缝的政策建议

2.1 设计方面

2.1.1 优化配合比。①设计混凝土配合比的过程中，使用低水化热以及凝结时间较长的水泥或者微膨水泥，对于粗集料通常采用连续级配，细集料通常采用中砂，同时对粗集料中的含泥量进行严格控制。掺用外加剂和掺合料进而降低混凝土的早期水化热，外加剂通常采用缓凝剂、缓凝型减水剂或者膨胀剂；通常采用粉煤灰、矿渣等作为掺合料。②在确保混凝土强度，以及工作性能良好的情况下，通常对粗集料级配、提高掺合料和粗集料的含量进行改善，通过采用降低水胶比等措施不断降低混凝土的单位水泥用量，进而生产出强度高、韧性好、中弹性、低热，以及高极拉值的混凝土。③设计大体积混凝土配合比，以及对其质量进行评定时，按照60d龄期的抗压强度进行控制。

2.1.2 通过提高增配构造筋，提高其抗裂性能。通常选用直径和间距较小的配筋。通常情况下，全截面的配筋率控制在0.3～0.5%。

2.1.3 为了防止应力过于集中，需要控制结构的突变。通常情况下，对应力集中的薄弱环节进行加强处理。

2.1.4 为了提高混凝土的极限拉伸，需要对边缘部位提高其配筋率，通常在容易断裂的边缘位置设置暗梁。

2.1.5 在设计结构的过程中，应将当地的气候特征纳入到考虑的范围，同时设置合理的后浇缝。在正常条件下，后浇缝的间距控制在20～30m，保留时间通常超过60天。如果施工时的具体条件难以准确预测，根据具体情况对设计进行临时的变更。

2.2 施工方面 对大体积混凝土进行施工前，需要提前制定专项的施工技术方案，采取措施控制混凝土的温度，在浇筑、养护和温度控制时需要注意：

2.2.1 合理选择各种原材料。选择水泥时，在条件允许的情况下，对于收缩系数小或者具有微膨胀性的水泥是首选。因此，应当控制水泥熟料中的碱含量。通常情况下，熟料中MgO控制在3.0%～5.0%，石膏与铝酸三钙的含量尽量大些，铝酸三钙控制在5.0%、硅酸三钙控制在50.0%、硅酸二钙控制在20.0%，通过对水泥进行上述处理，使之具有微膨胀抗裂性能。在大体积混凝土中，骨料所占比例为80%～83%。因此，为了确保施工质量，在选择骨料时，确保骨料膨胀系数小、岩石弹模低，并且级配良好。根据骨料的相关要求，选择砂，结合实际情况可以适当放宽石粉或细粉含量，一方面提高混凝土的工作性能，另一方面增加混凝土的密实性、耐久性和抗裂性。在大体积混凝土中，为了减少单位体积的用水量和胶凝材料用量，在大体积混凝土中合理使用高效减水剂和引气剂，在一定程度上改善混凝土的工作强度，提高混凝土的性能，同时也是向高性能混凝土方面发展的重要组成部分。

2.2.2 为了确保施工质量，需要细致分析混凝土集料的配比，对水灰比进行严格控制，降低混凝土的坍落度，合理添加塑化剂和减少剂。

2.2.3 为了减少和避免裂缝风险，通过采取综合措施，有效控制混凝土的初始温度。

2.2.4 充分利用混凝土的后期强度，减少用水量，降低水化热和收缩。

2.2.5 大体积混凝土可分层、分块浇筑，分层分块的尺寸宜根据温控设计的要求及浇筑能力合理确定。

2.2.6 在浇筑过程中，提高浇灌振捣质量，确保混凝土的密实度。

2.2.7 对于已浇筑的混凝土，控制拆模时间，同时拆模后将混凝土的表面温度控制在15℃以上，并且保证试块的强度高于5MPa。

2.2.8 为了提高混凝土的强度，增加其抗裂性能，通常进行两次振捣。

2.2.9 对于高强混凝土，使用中热微膨胀水泥和高效减水剂，同时添加矿粉和膨胀剂。

3 总结

为了提高大体积混凝土的性能，原材料的质量要严格控制，对混凝土的配合比进行优化，结合大体积混凝土的施工要求，编制施工方案，做好充分的准备。按照施工方案，对混凝土做好养护，同时控制好混凝土的温度，进而有效降低混凝土的有害裂缝，确保大体积混凝土的施工质量。

参考文献：

[1]JTG/T50-2011.公路桥涵施工技术规范[S].

[2]JTS 202-2011.水运工程混凝土施工规范[S].

[3]JGJ 55-2011.普通混凝土配合比设计规程[S].