大体积混凝土裂缝的控制

摘要大体积钢筋混凝土结构在工业与民用工程中多用作设备基础、厚大基础底板等，这类结构由于承受巨大的荷载，整体性要求高，往往不允许出现裂缝。本文对大体积混凝土施工裂缝的成因和在施工中易出现的问题进行了分析,并提出为避免裂缝产生所采取的控制措施。
关键词大体积混凝土裂缝成因控制措施
1大体积混凝土的认识
对于大体积混凝土的定义目前国家没有统一的标准，所以给人们的认识造成了很大的误区，有一部分人认为只要体积比较大的结构都是大体积混凝土。针对这种情况，本文根据美国混凝土学会和日本建筑学会标准（JASS5）的定义并结合国内建筑学者的论著，认为大体积混凝土至少应含有两个基本因素：混凝土结构物实体最小尺寸等于或大于1m，或预计会因水泥水化热引起混凝土内外温差过大而导致裂缝的混凝土。只有正确认识了大体积混凝土的含义，才能合理区分和采取措施保证大体积混凝土的质量。
2大体积混凝土施工裂缝成因及影响因素
大体积混凝土由于截面大、水泥用量大、水泥水化释放的水化热会产生较大的温度变化，由此形成的温度应力是导致产生裂缝的主要原因。大体积混凝土内出现温度裂缝，按其深度一般可以分为表面裂缝、深层裂缝和贯穿裂缝三种。贯穿裂缝切断了结构断面，可能破坏结构整体性、耐久性和防水性，影响正常使用，危害严重；深层裂缝部分切断了结构断面，也有一定的危害性；表面裂缝虽然不属于结构性裂缝，但在结构混凝土收缩时，由于表面裂缝处断面削弱且易产生应力集中，故能促使裂缝进一步展开。
2.1温度应力和温度变形使混凝土产生裂缝
水泥在水化过程中产生大量的水化热,是大体积混凝土内部热量的主要来源。温度应力和温差成正比,温差越大,温度应力也越大,当混凝土的内部与表面温差过大时,会产生温度应力和温度变形,当混凝土的抗拉强度不足以抵抗温度应力时,便开始产生温度裂缝。因此,防止混凝土出现裂缝的关键就是在保证混凝土设计强度的基础上,尽量降低水泥用量,减少内部水化热,控制大体积混凝土内外温差。
2.2外界气温的变化使混凝土产生裂缝
混凝土内部温度由浇筑温度、水泥水化热的绝热温度和混凝土的散热温度三者叠加。外界温度越高,混凝土的浇筑温度也越高。外界温度下降,尤其是骤降,将大大增加外层混凝土与内部混凝土的温度梯度,产生温度应力 ,造成混凝土出现裂缝。此裂缝可通过调整混凝土掺合料、减小水化热和控制温升时间及增减保温设施的方式进行施工控制。
2.3混凝土干缩使混凝土产生裂缝
混凝土的拌和水中,只有约束的水分是水泥水化热所必需的,其余被蒸发。随着混凝土的干燥就会出现干缩,混凝土的表面收缩较快,中心收缩较慢,则表面的干缩受到中心的约束 ,而在表面产生拉应力,出现裂缝。此种裂缝多数体现为表面裂缝,虽然对混凝土整体防水效果影响不大,但是影响钢筋保护层效果和观感质量。当裂缝宽度超过时,也达不到规范要求。此裂缝一般施工控制手段是增加表层防裂筋网和多次碾压。
2.4塑性收缩变形使混凝土产生裂缝
塑性收缩裂缝发生在混凝土硬化之前、处于塑性状态时。它的产生主要是由于上部混凝土的均匀沉降受到了限制,如遇有钢筋或大的骨料,或者是平面面积较大的混凝土,其水平方向的收缩比垂直方向更难 ,这样就会形成不规则的深裂缝。这种裂缝通常是互相平行的,间距为0.2 一 1m左右 ,并且有相当的深度。防止出现这种裂缝的最好办法,就是连续浇筑与修整抹面,并立即养护,保护混凝土免受风吹日晒。

3防止大体积混凝土开裂的控制措施
3.1原料选用与控制
1）合理选择水泥品种和减少水泥用量：优先选用中低热的水泥品种，以减少水化热的产生，有资料介绍矿渣水泥的水化热量比硅酸盐水泥要低10%一15% ,该品种水泥的矿物成分较为稳定 ,水化热只相当于普通水泥的60%水化热的反应速度也慢于普通水泥 ,矿渣水泥后期强度增长高,凝缩时间较慢，在保证设计要求的条件下尽量降低混凝土的强度等级以减少水化热外，还应该充分利用混凝土的后期强度。试验数据表明，每立方米的混凝土水泥用量每增（减）10kg，水泥水化热使混凝土的温度相对升（降）达1℃。
2）选用粗骨料：骨料对混凝土的热学性能 ,热膨胀、干缩及弹性模量均起到重要作用。一般来说 ,高密度及低吸水率的骨料会呈现低收缩性。目前 ,泵送混凝土的碎石级配一般为5~25mm。采用 5~40mm 石子比采用5~25mm 石子 ,每立方米混凝土可减少用水量15kg左右,相同水灰比情况下水泥用量减少25kg左右 ,因此尽量选择大粒径粗骨料。级配应符合《混凝土泵送施工技术规程》（JGJ/T10 一 1995）的要求 ,同时片状颗粒﹤10% ,含泥量 ﹤1%。
3）优化配合比设计：掺和粉煤灰、矿渣等活性混合材料置换部分水泥 ,粉煤灰颗粒呈球状 ,是一种表面圆滑的微细颗粒。具有滚珠效应，能改善混凝土薪塑性、可泵性、有效地减小水化热，延迟峰温出现的时间 ,改善后期的强度；外加剂在混凝土中掺加一定量的具有减水、增塑、缓凝等作用的高效缓凝减水剂 Cx一 1（掺量1.8% ,浓度33%）。改善拌合物的流动性、保水性、降低水化热。
3.2混凝土浇捣控制措施
1）混凝土浇筑宜采用斜面分层布料方法施工，即“一次浇筑、一个坡度、分层浇筑、薄层覆盖、顺序推进、一次到顶”。采用插入式振捣棒，每个混凝土泵配备5台插入式振捣棒（3台工作，2台备用），分三道布置：第一道布置在出料点，为防止混凝土集中堆积，先振捣出料口处混凝土使混凝土形成自然流淌坡度；第二道布置在坡脚处，确保混凝土下部密实；第三道布置在斜面中部，在斜面上各点严格控制振捣时间、移动距离和插入深度。每个浇筑区域的振捣由专人负责，特别加强最后一层的振捣，严防漏振。此外，在混凝土凝固之前进行表面二次振捣，以防混凝土表面出现收缩裂缝。
2）为防止混凝土在钢筋下部泌水或混凝土表面产生细小裂纹，在混凝土初凝前和预沉后，用长刮杠刮平表面初凝前反复用木抹子搓毛压实，搓毛后立即用塑料薄膜覆盖，防止混凝土温差过大和表面失水。
3.3温度控制措施
1）降低混凝土的入模温度，以达到降低厚大体积混凝土的温度的目的；在混凝土浇筑之后，做好混凝土的保温保湿养护，缓缓降温，充分发挥徐变特性，减低温度应力，夏季应注意避免曝晒，注意保湿，冬季应采取措施保温覆盖，以免发生急剧的温度梯度发生。
2）采取长时间的养护，规定合理的拆模时间，延缓降温时间和速度，充分发挥混凝土的“应力松弛效应”；加强测温和温度监测与管理，实行信息化控制，随时控制混凝土内的温度变化，内外温差控制在25℃以内，基面温差和基底面温差均控制在20℃以内，及时调整保温及养护措施，使混凝土的温度梯度和湿度不至过大，以有效控制有害裂缝的出现。在某些特殊工程的大体积混凝土结构内部预埋冷却管，通入循环冷却水，强制降低混凝土的水化热温度。
3.4设计和施工组织措施
1）合理安排施工工序，控制混凝土在浇筑过程中均匀上升，避免混凝土拌合物堆积过大高差。同时外部气候也是影响混凝土裂缝发生和开展的因素之一，其中风速对混凝土的水分蒸发有直接影响，所以在结构完成后及时回填土，避免其侧面长期暴露。
2）由于大体积混凝土尺寸较大，其水平方向的约束应力相当大，若无处释放，就极易产生竖向裂缝，因此应合理布置应力释放带，有目的的给予诱导释放，可以有效地减少或防止竖向裂缝的发生，在适当的位置设置施工后浇带，以放松约束程度，减少每次浇筑长度的蓄热量，以防止水化热的积聚，减少温度应力。
3)大体积混凝土基础与岩石地基，或基础与厚大的混凝土垫层之间设置滑动层，如采用平面浇沥青胶铺砂或刷热沥青、铺卷材。在垂直面、键槽部位设置缓冲层，可用铺设30-50mm厚沥青木丝板或聚苯乙烯泡沫塑料，以消除嵌固作用，释放约束应力。
技术管理人员必须正确认识大体积混凝土裂缝产生的原理和因素，精心编制施工方案，严格控制材料、浇筑、温控、养护等各关键环节的质量，采取合理有效的控制措施，才能避免大体积混凝土出现裂缝。

参考文献
[1]王铁梦.工程结构裂缝控制[J].中国建筑工业出版社 1990.
[2]戴烽滔.大体积混凝土结构裂缝的分析与对策[J].四川建筑科学研究 2007(01).