浅谈大体积混凝土施工中裂缝控制

王毅军 湖南省有色地质勘查局二四七队

1 前言

建筑物的渗漏、破裂等问题往往是从裂缝开始演变的，所以普通老百姓看到裂缝通常会产生恐惧，认为是施工不善导致的。这种观点有些片面和武断，其实裂缝产生的原因有很多。只有通过理性分析，才能判断其根本原因和危害，并由此寻找到正确的控制和补救措施。

2 大体积混凝土裂缝控制的概念

国内外诸多混凝土试验表明，在放大镜下，任何混凝土结构中都会有裂缝，只是某些裂缝单凭肉眼无法察觉。换言之，混凝土中肯定有裂缝，没有裂缝的混凝土是不存在的。对混凝土裂缝的控制就是在设计、材料、施工技术、后期养护等方面采取一定的措施来保障建筑物不产生有害的裂缝以防止建筑物破裂和渗透；裂缝控制就是控制裂缝的宽度在允许范围值以内。国内外不同规范中允许的最大裂缝宽度略有不同，但相差不大：即常规环境裂缝宽度安全值是0.3mm以内或0.4mm以内；在轻腐蚀的环境中，安全值是0.2mm以内或0.3mm以内；在高腐蚀的环境中，安全值是0.1mm以内或0.2mm以内。科学的裂缝控制理念是：把裂缝的宽度控制在安全值以内，过度控制裂缝会需要付出巨大的经济代价。

3 大体积混凝土的定义及裂缝种类

3.1 大体积混凝土定义

大体积混凝土，英文是mass concrete，在《大体积混凝土施工标准》（GB 50496—2018）中定义为混凝土结构最小尺寸不小于1m的大体积混凝土，或由于混凝土中胶凝材料水化引起的温度变化和收缩而预计会引起有害裂缝的混凝土。

国际上，大体积混凝土在美国混凝土协会ACI 116R《水泥和混凝土术语》中被定义为：“任一混凝土体积大到要采取措施妥善处理水泥水化而产生的热和伴随的体积变化以使裂缝降至最小”。

简单地说，大体积混凝土与一般混凝土最大的区别就是是否需要通过控制温度和伸缩变形来控制裂缝。

3.2 大体积混凝土裂缝种类

裂缝按其开裂程度可分为表面裂缝，深层裂缝、贯穿裂缝三种；按后续演变状态，裂缝有稳固的和继续发展的、有可逆转的和不可逆转的；按裂缝的形状划分，有斜裂的、横裂的、爆裂状和网裂状的等；按形成的时间节点，可以分为混凝土硬化前形成的与硬化后形成的；根据裂缝成因，有因混凝土本身固定性变化或沉降、徐变、温变所产生的变形裂缝和受动、静荷载所产生的载荷裂缝。

图1

4 大体积混凝土裂缝成因分析

大体积混凝土裂缝的原因可概括为设计因素、混凝土自身因素和施工因素。

（1）设计因素，指在设计时对荷载的预计不足或计算错误，且强度计算模型与结构件的实际受力状态不匹配的情况。

（2）混凝土特有的因素，即由于混凝土收缩造成的拉应力大于其自身抗拉强度而引起的变形；混凝土特性的表象是稳定性、强度、抗裂性等，内因实际与混凝土的原料种类以及配比等息息相关。

（3）施工因素，是指施工过程中的施工工艺、温度控制、维修和保养缺陷以及自然环境的改变所造成的裂缝。

5 控制大体积混凝土裂缝的措施

5.1 设计措施

（1）当大体积混凝土尺寸过大时，可以设计后浇带（注意补浇时间最好在40d之后），具体时长可根据温度监测数据确定。

（2）设置滑动带或缓冲层:由于边界条件会产生应力热，因此在接触表面设置滑动条或缓冲层与外部应力接触可以大大减少外部应力。

（3）安装加固钢筋:在不同受力交叉点适当设计加固钢筋可防止因应力产生的变形裂缝。

5.2 技术措施

（1）优化混凝土配合比设计：大体积混凝土配合比设计的主要目的是在满足混凝土设计性能要求的前提下，通过科学计算，合理调整混凝土原材料的种类和用量来抑制温度应力所产生的裂缝。具体的的原则是降低水泥和水的用量，减少发热总量或延缓发热时长。

（2）选择合适的水泥：应选用发热量少、凝结慢的水泥。低热型、中热型的硅酸盐水泥满足这个要求，矿渣、火山灰也较为合适。在选择水泥的同时也要考虑其泌水性。

（3）选择合适的骨料：骨料在混凝土中占比最大，所以骨料的选择不仅影响混凝土的性能，还与经济效益息息相关。大体积混凝土的骨料应保持良好的级配连续性，尽量使用颗粒较大的粗骨料，但也应控制颗粒直径不要超过钢筋最小间距的3/4；骨料硬度应满足设计要求，因骨料中的泥或腐蚀物质对混凝土性能和钢筋影响巨大，所以，骨料在使用前应保持洁净。

（4）选择合适的外加剂和掺合料：混凝土外加剂种类繁多，起抑制裂缝作用的外加剂有缓凝型、减水型、引气型等，多种外加剂组合使用的效果更佳，一般减水与缓凝组合，减水与引气组合使用或缓凝与引气组合使用；外加剂添加的量不大（一般控制在水泥用量的5%以内），但效果显著，抗裂外加剂与其他作用的外加剂一同使用，有利于混凝土性能的全面提升。粉煤灰是一种常用的掺和料，添加粉煤灰可以减少水泥用量，并在推迟凝结，改变放热速率方面有较大作用，添加粉煤灰的作用不只是表现在增强混凝土的抗裂性能，其在改善泌水、离析、和易性方面也效果显著。可以说，现在设计一款性能优越的混凝土都离不开使用外加剂和掺和料，所以各类技术规范和标准中都推荐使用外加剂和掺和料。外加剂和掺和料的添加不仅需要充分考虑混凝土的性能要求、还要考虑自然环境状况以及施工组织能力等外部因素。

（5）水：混凝土配合比设计中对水的用量有明确的规定，但施工时拌和水的质量很容易被忽视，人们潜意识里认为清澈的水就符合要求，殊不知，清澈的水中也有可能存在不明化学物质或腐蚀物质，其纯净程度不仅影响混凝土的抗裂性能，在混凝土强度、耐久性方面的影响更大，更有甚者对钢筋造成腐蚀，影响构造物的结构安全。项目部配备的试验室在水质监测方面一般有所欠缺，所以在城市或人口聚集区，推荐使用饮用水进行拌和；在野外，在配合比设计前，宜提前将拟使用的拌和水进行送检，确保拌和水符合要求。

5.3 施工措施

5.3.1 材料、环境方面

混凝土材料的性能除满足设计要求外，其浇筑时自身的温度也应引起重视。

在下雨天、或低于5℃以下的低温天气或冰雪、冰冻天气是不宜进行混凝土浇筑的，如情况特殊仍需施工，则应搭建保温棚或雨棚后再施工，在高寒地区，极端情况下可在室内对原材料进行加热后再搅拌，但应控制相关材料温度在允许范围值以内（混凝土最终浇筑时的自身温度控制在5℃～30℃为宜）。大体积混凝土施工前应关注当地天气预报，大风天气或气温骤降或骤升也易造成混凝土开裂，如遇突发大风等情况，应及时中止混凝土施工并用塑料膜进行遮雨和保温覆盖，在中止施工时要妥善处理好施工缝的预留。高温炎热天气或阳光暴晒时段也同样不宜在露天下直接进行大体积混凝土的施工，应对水泥、砂石、搅拌设备、运输设备进行遮阳、浇水等降温处理，特殊情况下可加入冰进行冷却后再搅拌，也可以在混凝土浇筑前在其内部预留一定冷却管道或后浇带（混凝土最终浇筑时的自身温度控制在5℃～30℃为宜）。

5.3.2 模板工程

大体积混凝土模板和支撑系统应通过科学的计算和测试，确保不会因模板和支撑系统的稳定性产生裂缝。

大体积混凝土因体积过大，混凝土稳定时间较长，在实际施工过程中，在原标准上推迟拆除模板更为妥当，具体推迟的时长可根据混凝土体积和强度确定。

5.3.3 混凝土浇筑方法

混凝土浇筑应该连续有序地进行，最好选用泵送的方式，对于非泵送的浇筑方式，应妥善处理好接浆事宜。大体积混凝土泌水现象会在钢筋或粗骨料周边形成间隙或气泡，会影响混凝土强度并在其内部形成较多微裂缝，所以通常需要用振动棒进行二次振捣施工，振捣时应均匀流畅，避免过度和遗漏。为确保结构的整体性，大体积混凝土的浇筑方式要根据其几何形状采取合理的分层浇筑方式或连续浇筑方式，分层浇筑的每层厚度一般控制在300mm～500mm，当大体积混凝土中无钢筋或少钢筋时，在混凝土中放入一些尺寸和强度合适的干净石块，可有效减少水泥用量，降低水化热。在混凝土浇筑完成后、尚未完全凝固前，在混凝土表面进行多次压力抹面处理，可以很大程度上防止表面收缩裂缝的产生。

5.3.4 混凝土养护

根据相关数据统计，在大体积混凝土的诸多成因中，温度应力所造成的裂缝占比最大。所以在混凝土浇筑、振捣完成后，通过养护控制混凝土内外温度是最简单也是最经济的控制裂缝措施。其中及时覆土或在混凝土表面覆盖塑料膜、土工布、再根据现场环境辅以喷水养护是最常用的养护方案。养护方案中的关键点是温度的记录和反馈，一般来说，混凝土内部温度的曲线变化是可预计的，但外部环境具有多变性，养护的方式和频率要根据温度的记录情况实时变动，不能机械地按固定频率执行养护工作。

6 结束语

通过对大体积混凝土裂缝产生的系统分析，了解到裂缝产生的原因不只存在于施工过程中，还与设计、材料、环境等息息相关；也应理性地看待结构物裂缝这一常见现象，不必过于恐惧。工程质量管理是一个系统性的工作，任何一个环节都很重要，以科学理论为指导、遵守严格的标准，辅以先进的技术、抱以严谨的态度，工程质量必将稳步提升。