浅谈大体积混凝土裂缝成因及控制

郝润亮

摘 要：介绍了大体积混凝土的概念，依据大体积混凝土的特点，分析了大体积混凝土裂缝的成因,论述了在原材料控制、施工方面进行裂缝控制的综合措施，以供借鉴。

关键词：大体积混凝土，裂缝，控制

中图分类号：TV331文献标识码： A

前言

随着国民经济发展以及施工水平的不断提高，水电工程的发展迅速，对于水电工程的质量要求也越来越高。水工结构本身结构复杂形体巨大，比如××水利大坝，在水工结构中大体积混凝土为保证工程质量起着重要的作用。大体积混凝士由于尺寸巨大，当受到外界环境、温度以及自身变形的影响的时候，会产生裂缝，裂缝的存在是对整体水利工程质量的威胁，要保证工程质量和水利工程的平稳度必须研究大体积混凝土的裂缝成因，并有针对性地采取控制措施。研究水工结构大体积混凝土裂缝成因及控制处理不仅具有重大经济效益和社会效益，同时在实际工程施工中具有重大的指导意义。

1 、大体积混凝土概述

1、1大体积混凝土概念

在我国GB50496—2009大体积混凝土施工规范中，将大体积混凝土定义为：混凝土结构物实体最小几何尺寸不小于1 m的大体积混凝土，或预计会因混凝土中胶凝材料水化热引起的温度变化和收缩而导致有害裂缝产生的混凝土。

在日本，将大体积混凝土定义为：混凝土结构断面的最小尺寸必须在80cm 以上，且由于水化热问题引起的混凝土内部最高温度与外界温差预计会超过25℃。

在美国，将大体积混凝土定义为：何就地浇筑的大体积混凝土，其尺寸之大，必须要求解决水化热及随之引起的体积变形问题，以最大限度减少开裂。

1.2大体积混凝土特点

水工结构中大体积混凝土本身的结构和材料组成都比较复杂，从其自身材质特性看，大体积混凝土的受压能力强但是受拉能力弱，混凝土本身是脆性材料，受拉能力不足其受压能力的百分之十，因此当受到自身收缩力或外界力的作用时变形能力差，极易产生裂缝。

水工结构中大体积混凝土与钢筋结构并存，其中大体积混凝土受压能力较强，钢筋结构受拉能力较强，但是由于浇筑量大在大体积混凝土中钢筋的数量不足，大体积混凝土承受巨大的拉应力。同时由于其面积巨大，与外界的接触面大，大面积暴露在外界环境中，受到空气、水分的侵蚀作用，极易在内部产生拉应力，拉应力对大体积混凝土具有很大的破坏作用。

水工结构中大体积混凝土浇筑的时候需要大量的混凝土材料，混凝土具有水化热的特点，浇筑后在混凝土内部产生极高的温度，此时的弹性模量较小。变形比较小，随着散热过程的进行混凝土温度降低，弹性模量却变大，变形量也增大，混凝土的这一特点使得内部产生较大的拉应力，而混凝土受拉能力很差，因此在内部就会产生裂缝。

2 、大体积混凝土裂缝成因

2.1混凝土水化热导致裂缝

水泥水化热形成的温度差，多发生在混凝土升温阶段，主要是混凝土浇筑初期。混凝土浇筑后，水泥水化热反应会在混凝土内部产生大量的热，无法及时散发出去，以至于越积越高，使得混凝土内部温度迅速升高，体积膨胀扩大，此时由于受基岩或前期混凝土的约束产生压应力。在混凝土结构外露表面，其热量容易散发。这样，就在混凝土内外部形成温度差，同时，施工时遇到外界气温下降较大时，也会使得内外温差增大。在混凝土结构中，温度差形成温度应力，温差越大，应力越大。当温度应力超过混凝土当时的抗拉强度时，会产生表面裂缝。在混凝土凝固后期冷却收缩时，则产生拉应力，且拉应力大于升温膨胀产生的压应力值。当拉应力超过混凝土的极限抗拉应力时，则会在混凝土内部产生裂缝，可能发展成贯穿裂缝，对结构造成极大的破坏。

2.2混凝土收缩变形导致裂缝

在混凝土拌合过程中，水泥硬化需要20％的水分，剩余80％的水分会通过蒸发排出混凝土，内部水分蒸发是造成混凝土收缩的直接原因。当混凝土收缩后，仍然处在水饱和的状态，还可以恢复膨胀近乎原有体积。干湿相互交替会造成混凝土体积交替变化，这对于混凝土质量来说是极为不利的。

混凝土收缩导致的裂缝主要有两方面原因，—方面是混凝土自身的水分蒸发，在浇筑之后的很长一段时间里水泥中的水分会蒸发，由于大体积混凝土的体积庞大，混凝土表面和内部的水分蒸发程度不同，干缩程度不同，导致的内外变形不同最终使混凝土产生裂缝。另一方面，混凝土在浇筑后还没有凝固之前，其强度是不够的，但是因为大体积混凝土的面积较大，与外界的接触面积大，当遇到大风天气或者高温天气，混凝土表面的水分蒸发较快，内部的水分蒸发慢，混凝土由于强度不够不能承受表面的急剧收缩，导致裂纹产生。

2.3外界温差变化导致裂缝

在大体积混凝土施工中，外界气温变化会对混凝土浇筑温度产生直接的影响。尤其是当气温骤降的天气，混凝土内部和外部的温度都会出现大幅度变化情况，这种情况的出现非常不利于大体积混凝土的施工。温度应力主要是由于温差变化所造成的，温差越大，其温度应力也会越大。在高温条件下，大体积混凝土散热情况最差，这时混凝土内部温度将高达至 60～65℃，而且有很长的延续时间。

2.4其他因素

混凝土混合料中，水泥不合格或骨料的含泥量过多时，也会在混凝土表面产生龟裂。施工中，混凝土坍落度和掺加的外加剂不同及混凝土密实度的不同，也可能使得混凝土内部形成局部应力集中，产生裂缝。

3、大体积混凝土裂缝控制

3.1混凝土材料控制

3.1.1骨料的选择

选择骨料时应优先选用热膨胀系数小、含泥量低的骨料，并强调骨料的连续级配。采用连续级配的骨料，可以提高骨料在混凝土中所占的体积，大幅度降低水泥用量，从而间接地降低水化热。而且用连续级配的粗骨料配制的混凝土具有较好的和易性，可减少用水量，减小收缩。

细骨料最好选择中粗砂，将细骨料模数控制在2.8～3.0间，并注意不要在其中混入有机质的杂物，不允许使用海砂。在可泵送的情况下，粗骨料要选择粒径5～20mm连续级配石子，从而减少混凝土出现收缩变形。

3.1.2水泥和水的选择

(1)降低水化热。首先应优先使用低热和中低热水泥。大体积混凝土结构在选用水泥品种时，应综合考虑水化热、强度、坍落度等因素。

(2)减少水泥用量。水化热与水泥用量成正比，每立方米的混凝土中水泥用量每增减10kg，水泥水化热使混凝土的温度相应升降1℃。因此，可通过采取适当的措施减少水泥用量来控制混凝土的温升，降低温度应力，减少混凝土开裂的可能性。

(3)减少用水量。混凝土的单位用水量越多，干缩率越大，一般用水量每增加1％，干缩率可增大2％～3％，在便于施工操作并保证振捣密实的前提下，混凝土应尽可能取较小的坍落度，减少用水量，并把离析、泌水现象降到最低程度。

3.1.3矿物掺合料的选择

在混凝土中掺人粉煤灰之后，其混凝土的耐久性可抗震性都可以得到很大的提高，胶凝材料体系的水热化也得到了有效的降低，混凝土抗拉强度得到很大的提高，并且有效抑制了碱骨料，减少了新拌混凝土的泌水。

3.2施工方面控制

3.2.1浇筑控制

(1)分段分层法。混凝土浇筑时，先从底层开始，浇筑至一定距离后浇筑第二层，如此依次向前浇筑其他各层，由于总的层数较多，所以浇筑到顶后，第一层末端的混凝土还未初凝，又可以从第二段依次分层浇筑。这种方案适用于单位时间内要求供应的混凝土较少，结构物厚度不太大而面积或长度较大的工程。

(2)斜面分层法。要求斜面坡度不大于1／3，适用于结构长度大大超过厚度3倍的情况。混凝士从浇筑层下端开始，逐渐上移。混凝土的振捣也要适应斜面分层浇筑工艺，一般在每个斜面层的上、下各布嚣一道振动器，上面的一道布置在混凝土卸料处，保证上部混凝土的捣实。下面一道振动器布置在近坡脚处，确保下部混凝土密实。随着混凝土浇筑的向前推进，震动器也相应跟上。

(3)全面分层法。即在第一层全面浇筑完毕后，再回头浇筑第二层，第二层混凝土的浇筑时间应控制在第一层混凝土初凝之前，如此逐层连续浇筑，直至完工为止。这种方案适用于结构平面尺寸不太大，施工时从短边开始，沿长边推进比较合适。必要时可将结构分为两段，从中间向两端或从两端向中间同时进行浇筑。

3.2.2振捣控制

混凝土的振捣对于实体工程质量相当关键，浇捣时振动棒采用垂赢振捣，行列式排列，做到快插慢拔，根据混凝土坍落度正确掌握振捣时间，避免过振或漏振，采用二次振捣、二次抹面技术，以排除泌水、混凝土内部的水分和气泡，由于采用混凝土的分层浇筑，在振捣上一层时，应插入下一层中，以消除两层中间的接缝，上一层混凝土的自然形成厚度不能超过振动棒长的1.25倍。混凝土的振捣时间不宜过长，一般为8s～10s，以防止石子下沉造成混凝土结构不均匀。混凝土浇到面层时，表面应抹平压实，以排除泌水、混凝土内部的水分和气泡，以提高混凝土的密实度，通过合理的振捣工艺及方式，确保整个混凝土结构没有出现漏振现象，结构均匀密实，未出现分层。通过控制振捣时间，没有出现过振现象，混凝土没有因为施工问题出现泌水、离析等问题，在混凝土浇筑、振捣完成后及时的进行二次抹面，使得混凝土结构表面光洁，减少裂缝的出现。

总结

在大体积混凝土裂缝控制上，只要做好混凝土配合比设计， 严格施工并做好质量控制，重视混凝土养护，同步监测并控制好混凝土温度，以避免混凝土有害裂缝的产生，从而确保混凝土结构的适用性、耐久性和安全性。

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