大体积混凝土早期裂缝原因分析及控制措施

2020-12-08

魅力中国 2020年18期

（北京赛瑞斯国际工程咨询有限公司天津分公司，天津 300450）

随着我国工程建设的蓬勃发展，大体积混凝土在建筑中得到广泛应用，由于大体积混凝土的特点及多种原因，容易产生早期裂缝。本文从外界温度、混凝土收缩、水泥水化热、约束条件等方面分析了大体积混凝土早期裂缝产生的原因。从原材料、配合比、浇捣方法和后期养护等方面提出了大体积混凝土裂缝控制措施。

一、大体积混凝土内部温度分析

混凝土内部温度取决于混凝土本身所贮备的热能。在绝热条件下，混凝土内混凝土内部最高温度为浇筑温度与水泥水化热温度总和。实际施工过程中，由于混凝土内部温度与外界环境温度之间存在温差，并且混凝土四周不能充分散热，所以新浇筑的混凝土与周围环境之间便会发生热能交换。混凝土模板、外界环境和养护条件等因素都会不断改变混凝土内部所贮备的热能，并促使混凝土内部温度逐渐发生变化，表现为“由低到高，再由高到低”的变化过程，混凝土内部最高温度实际上是入模浇筑温度、水泥水化热引起的绝热升温和混凝土浇筑后的散热温度三者的叠加。

二、大体积混凝土裂缝的产生原因

混凝土中产生裂缝有多种原因，主要是温度和湿度的变化，混凝土的脆性和不均匀性，以及结构不合理，原材料不合格(如碱骨料反应)，模板变形，基础不均匀沉降等，归纳起来主要有以下几点。

外界气温变化，大体积混凝土在施工阶段，浇筑温度随着外界气温变化而变化。特别是气温骤降，会大大增加内外层温差，这对大体积混凝土是极为不利的。温度应力是由于温差引起温度变形而造成的，温差越大，温度应力也越大。同时，在高温条件下，大体积混凝土不易散热，内部的最高温度一般可达60℃-65℃，并且有较长的延续时间。因此，应采取温度控制措施，防止混凝土内外温差引起的温度应力。

混凝土的收缩，混凝土中约20%的水分是水泥硬化所必需的，而约80%的水分要蒸发，多余水分的蒸发会引起混凝土体积收缩。主要原因是内部水分蒸发引起的混凝土收缩，如果混凝土收缩后，在处于水饱和状态，还可以恢复膨胀并几乎达到原有的体积。干湿交替会引起混凝土体积的交替变化，在混凝土内部产生很大的收缩应力，导致混凝土裂缝。影响混凝土收缩主要是水泥品种、混凝土配合比、外加剂和掺合料以及施工工艺、养护条件等。

水泥水化热，水泥在水化过程中要释放一定的热量，而大体积混凝土结构断面较厚，表面系数较小，所以水泥产生的热量聚集在结构内部不易散失。这样混凝土内部的水化热无法及时散发出去，以至于越积越高，使内外温差增大，产生温度应力和收缩应力。水化热产生的内部最高温度，多发生在浇筑后的最初3 至5 天，以后逐渐降低，这与混凝土单位体积中水泥用量和水泥品种有关。结构裂缝主要是由收缩和降温引起的，前者引起自约束，主要引起表面裂缝，后者引起外约束，是导致贯通裂缝的主要原因。因此在降温阶段，如果温差较大，则早期裂缝的可能性较大。

约束条件，大体积混凝土与地基浇在一起，早期混凝土温度上升时，混凝土膨胀收到地基约束会产生压应力，当后期温度下降时，混凝土收缩受到地基约束便会产生拉应力，而在受拉时，当拉应力大于混凝土抗拉轻度时，就会在混凝土中出现垂直裂缝。

三、大体积混凝土裂缝的防控措施

（一）科学用料，合理调配

控制含泥量，根据结构断面最小尺寸和泵送管道内径，选择合理的最大粒径，选用天然连续级配的粗集料，使混凝土具有较好的可泵性，减少用水量、水泥用量，进而减少水化热，宜采用级配良好的中砂，采用细度模数2.8的中砂比采用细度模数2.3 的中砂，可减少用水量20kg/m3-25kg/m3,可降低水泥用量28kg/m3-35kg/m3,因而降低了水泥水化热。混凝土温度升高收缩，选用合理砂率对混凝土的可泵性是有所提高的。

控制水灰比。混凝土中掺入一定数量的优质粉煤灰，不但能代替部分水泥，而且粉煤灰颗粒呈球状具有滚动效应，起到润滑作用，可改善混凝土拌合物的流动性、粘聚性、保水性，并且能够补充泵送混凝土粒径在0.315mm 以下的细集料达到占15%的要求，从而改善了可泵性。掺优质粉煤灰的混凝土后期强度高，在一定范围内60 天比28 天强度可增长20%左右。

减少水泥用量。选用水化热较低的32.5 号矿渣硅酸盐水泥，其早期的水化热与同龄期的普通硅酸盐相比，3 天的水化热约低30%。大体积混凝土引起的裂缝的主要原因是水化热的大量积聚，使早期混凝土升温和后期降温产生内部和表面温差。合理的选用水泥是控制温度裂缝的有效措施。

（二）优化浇捣方法

大体积混凝土施工段的划分及浇筑顺序应根据具体情况确定，混凝土可采用混凝土运输车运到现场，汽车泵或混凝土输送泵运送入仓，如采用非泵送混凝土，可采用吊车直接补料或搭设脚手架采用机动车布料。大体积混凝土须根据天气预报，选择最佳天气条件进行浇筑，应尽量安排在低温时段浇筑，以最大限度降低初凝温度。在浇筑过程中，应遵循“同时浇捣，分层推进、一次到顶、循序渐进”的成熟工艺。振捣时重点控制两点，即混凝土流淌的最近点和最远点，振动点振动时不能漏振，尽可能采用两次振捣工艺，以提高混凝土的密实度。

（三）加强后期养护

养护是一项十分关键的工作，养护主要是保持适宜的温度和湿度，以便控制混凝土内表温差，促进混凝土强度的正常发展及防止混凝土裂缝的产生和发展。根据工程的具体情况，应尽可能多养护一段时间，拆模后立即回土或覆盖保护。同时预防骤冷气候影响，以控制内表温差，防止混凝土早期和中期裂缝。养护用水的温度应与现场测得的混凝土表面温度接近，以免人为造成混凝土表面温度梯度，进而出现裂缝。大体积混凝土的养护，不仅要满足强度增长的需要，还应通过温度控制，防止因温度变形引起混凝土的开裂。